WO2014048907A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Optoelektronisches bauelement und verfahren zu seiner herstellung Download PDF

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Tobias Meyer
Matthias Peter
Jürgen OFF
Joachim Hertkorn
Andreas LÖFFLER
Alexander Walter
Dario SCHIAVON
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Definitions

  • the present invention relates to an optoelectronic component according to patent claim 1 and to a method for producing an optoelectronic component according to patent claim 12.
  • Nitride material system for example based on InGaN-GaN, and have an active zone consisting of several quantum wells (multi-quantum wells, MQW), the problem in the prior art is that not all quantum films co-operate optimally and homogeneously become. This results in efficiency losses of such LEDs result.
  • MQW multi-quantum wells
  • a charge carrier distribution over the majority of the quantum wells results from a charge carrier injection into the quantum wells along the growth direction of the semiconductor layer structure. It is desirable to have as homogeneous a charge carrier injection and distribution as possible. However, this is prevented in particular by the barriers arranged between the quantum films, which must be overcome by the injected charge carriers.
  • a non-equilibrium between the poorer moving positive charge carriers (holes) injected from a p-doped side of the semiconductor layer structure and better moving negative charge carriers (electrons) injected from an n-doped side of the semiconductor layer structure leads to an inhomogeneous filling of the quantum films, in particular to an inhomogeneous filling of the n- side quantum films, which reduces the efficiency of the LED min ⁇ dert.
  • Nearer to the n-doped side of the semiconductor layer structure of quantum wells receive less positive La ⁇ makers as closer to the p-doped side of the semiconductor layer structure of quantum wells.
  • An optoelectronic component has a layer structure with a light-active layer.
  • the luminous ⁇ active layer in a first lateral region of a higher density of defects on V-, than in a second lateral region.
  • charge carriers can then easily penetrate the light-active layer in the first lateral region than in the second lateral region. The charge carriers move through the V defects. In this way, charge carriers within the light-active layer can be injected from the first lateral area into the second lateral area.
  • the light-active layer has a plurality of sequential films following one another in the growth direction of the layer structure.
  • the increased permeability of the luminescent layer through the V defects arranged in the first lateral region then facilitates an injection of charge carriers into the quantum films of the light-active layer. This results in a filling of the quantum wells of the luminous ⁇ active layer with increased homogeneity, which can advantageously lead to improved efficiency of the optoelectronic device.
  • a barrier is formed between two quantum films.
  • the barrier is thinner in the area of a V defect in the growth direction than in the second lateral area.
  • the barrier in the first lateral region is then more permeable to charge carriers than in the second lateral region.
  • charge carriers are preferably injected in the first lateral region by V defects into the quantum wells of the light-active layer.
  • a first quantum film has a lower indium concentration in the region of a V defect than in the second lateral region. This advantageously has the consequence that the quantum film in the first lateral region is more easily accessible to charge carriers than in the second lateral region. As a result, the quantum film is advantageously filled with charge carriers in the first lateral region.
  • the optoelectronic component at least some V defects completely penetrate the luminous active layer in the growth direction of the layer structure.
  • the luminescent layer is characterized over its entire thickness in the growth direction for through the V
  • the layer structure has a p-doped layer.
  • the V defects widen in the direction of the p-doped layer.
  • positive charge carriers (Lö- rather) are thereby particularly easily injected in the first lateral region by V defects from the p-doped layer into the light-active layer.
  • the p-doped layer extends into the V defect in the region of a V defect.
  • under this ⁇ supports an injection of positive charge carriers from the p-doped layer by the V defects in the light-emitting active layer additionally.
  • a separating layer is arranged between the luminous active layer and the p-doped layer.
  • the separation layer in the region of a V defect is thinner in the growth direction than in the second lateral region.
  • the separating layer in the first lateral region is then more permeable to positive charge carriers than in the second lateral region. This advantageously promotes injection of positive charge carriers from the p-doped layer of the
  • an electrically conductive contact ⁇ layer is disposed on the layer structure.
  • the electrically conductive layer Kon ⁇ clock in the second lateral region of an opening.
  • a current injection is not required in the second lateral region since a Ladungsakiin- jection into the active luminescent layer in the second lateral loading ⁇ rich any case is less efficient than in the first lateral area.
  • a contact and mirror layer is arranged on the layer structure.
  • the contact and mirror layer has a different material in the first lateral region than in the second lateral region.
  • the contact and mirror layer in the first lateral area by a material with a particularly low contact resistance aufwei ⁇ sen and comprise a material with particularly high optical reflectance in the second lateral area.
  • the reasonable arranged in the second lateral region of material having high optical reflectivity results in a particularly effective reflection generated in the leuchtak ⁇ tive layer light, thereby allowing be ⁇ Sonders efficient coupling of such light on one of the contact and mirror layer opposite surface of the layer structure of the optoelectronic component.
  • the first lateral area forms a lateral grid.
  • a method for producing an optoelectronic component comprises steps for providing a substrate and for growing a layer structure onto the substrate.
  • the layer structure comprises a light-active layer. ⁇ except the V defects are thereby turned ⁇ embedded in the light-emitting active layer.
  • a first lateral area of the Luminescent layer more V defects per lateral area embedded than in a second lateral area of the light-active layer.
  • charge carriers are injected through the V-defects of the first lateral portion in the second lateral region of the light emitting active layer which tends to support a homogeneous filling of the phosphor active layer Ladungsträ ⁇ in the layer structure of the optoelectronic device manufactured by this method. This can advantageously contribute to an increased efficiency of the optoelectronic component.
  • a mask layer is applied before the growth of the light-active layer, which has an opening in the first lateral area.
  • thread defects can thereby continue through the opening of the mask layer in the first lateral region in the direction of the light-active layer, which entails an increased probability of the formation of V defects there.
  • the mask layer makes it possible to define the first lateral area and the second lateral area.
  • elevations are created on a surface of the substrate.
  • the application of the bumps to the surface of the substrate may influence the likelihood of forming V-defects in the luminous active layer above the bump of the substrate.
  • a definition of the first lateral area and the second lateral area is also made possible in this method.
  • an elevation is applied to the surface of the substrate in the first lateral area.
  • the survey causes at the
  • FIG. 1 shows a section through a layer structure of an optoelectronic component
  • Figure 2 is a perspective view of a V defect
  • FIG. 3 shows a further section through the layer structure with a V defect
  • Figure 4 is a plan view of a pre-structured surface of another layer structure
  • Figure 5 is a plan view of a luminous layer of the layer structure
  • Figure 6 is a plan view of a pre-structured surface of another layer structure
  • FIG. 7 shows a plan view of a light-active layer of this layer structure
  • FIG. 8 shows a plan view of a prestructured surface of a further layer structure
  • Figure 9 is a plan view of a luminous active layer of this Schich structure
  • FIG. 10 shows a section through a further layer structure with a mask layer
  • FIG. 12 shows a further section through this layer structure
  • FIG. 14 shows a section through a substrate of a further layer structure
  • Figure 15 is a plan view of this substrate
  • FIG. 16 shows a further section through this layer structure
  • Figure 17 is a plan view of this layer structure
  • FIG. 18 shows a section through a substrate of a further layer structure
  • Figure 19 is a plan view of this substrate
  • FIG. 20 shows a section through a further layer structure
  • FIG. 21 is a plan view of this layer structure;
  • FIG. 22 shows a section through a further layer structure;
  • Figure 23 is a perspective view of an opto-electro ⁇ African component.
  • the light-active layer 200 has a plurality of quantum ⁇ films, which follow one another in the growth direction 101 and are each spaced apart by barriers.
  • a first quantum well 210, a second quantum well 220, and a third quantum well 230 are present.
  • the first quantum well 210 and the second quantum well 220 are separated by a first barrier 215.
  • the second quantum well 220 and the third quantum ⁇ film 230 are separated by a second barrier 225 from each other.
  • the luminescent layer 200 could also comprise a different number of quantum wells.
  • the light-emitting active layer 200 may have successively between four and ten in growth ⁇ direction 101 following quantum wells.
  • the luminescent active layer 200 may also have thirty or more contiguous in the growth direction 101 following quantum Movies ⁇ .
  • Layer structure 100 not oriented perpendicular to the usual growth direction 101, but parallel to particular crystallographically predetermined planes at an angle between about 30 degrees and about 80 degrees with respect to the usual growth direction 101.
  • the section of the layer structure 100 shown in FIG. 1 has two V defects 300.
  • a first V-defect 301 he ⁇ extends in the growth direction 101 through the entire luminous active layer 200, that includes all quantum wells 210, 220, 230 of the light emitting active layer 200 of layered structure 100.
  • a second V-defect 302 extending in the growth direction 101 only by a part of the luminous
  • Layer 200 in the illustrated example thus comprises only the first quantum film 210 and the second quantum film 220.
  • the tip 330 of the second V defect 302 lies in the direction of growth 101 above the tip 330 of the first V defect 301.
  • the formation of the second V -De Stamms 302 has only used at a later date in the growth of the layer structure 100 than the formation of the first V defect 301.
  • the Ent ⁇ tion of the first V defect 301 has already before growth the light-active layer 200 used.
  • the formation of the second V-defect 302 has only begun during the growth of the light-active layer 200.
  • the highest possible number of V defects 300 penetrates the light-emitting active layer 200 in growth ⁇ direction 101 of the layer structure 100 completely, as is the case with the first V-defect three hundred and first
  • a large inhomogeneity of the sizes of the V defects 300 is desired.
  • trimethylgallium or triethylgallium can be used as group III precursor.
  • Figure 3 shows a further schematic sectional representation of a portion of the layer structure 100 with the first V-defect 300, 301.
  • Figure 3 shows, in contrast to Figure 1 a to ⁇ additional separating layer 130 of the layer structure 100, the interim ⁇ rule of the light emitting active layer 200 and the P-doped crystal 120 is arranged.
  • the separation layer 130 may consist of undoped GaN.
  • the separation layer 130 may serve to prevent diffusion of dopant atoms from the p-doped crystal 120 into the luminescent active layer 200.
  • the quantum wells 210, 220, 230 and in particular the barriers 215, 225 of the light active layer 200 have a smaller thickness in the region of the facets 310 of the V defect 300 than outside the V defect 300.
  • the first quantum well 210 outside the V Defect 300 has a first thickness 211 and in the region of the facets 310 of the V defect 300, a second thickness 212.
  • the first thickness 211 is greater than the second thickness 212.
  • the first barrier 215 has, in addition ⁇ half of the V-defect 300 has a first thickness 216, and in the range facets 310 of V-defect 300 have a second thickness 217.
  • the first thickness 216 is greater than the second thickness 217.
  • the reduced thickness 212, 217 of the layers 210, 215, 220, 225, 230 of the light emitting active layer 200 in the area of the facets 310 of the V-defect 300 facilitates injection positi ⁇ ver charge carriers from the p-doped crystal 120 in the light-emitting active layer 200 by the facets 310 of the V-defect 300 compared to injection of positive charge carriers from the p-doped crystal 120 in the light-emitting active layer 200 au ⁇ ßer devis of the V-defect 300.
  • a transport of positive charge carriers along a first transport direction 240 is anti-parallel to the growth direction 101 in a lateral area outside the V defect 300 less likely than a transport along a second transport direction 250 through the facets 310 of the V defect 300.
  • the barriers 215, 225 have a smaller thickness 217 in the area of the facets 310 than in a lateral area outside the V defect 300.
  • the thickness of the quantum films 210, 220, 230 can be less significant and In the region of the facets 310, it is not necessary to distinguish from the thickness 211 in a lateral region outside the V defect 300.
  • the quantum wells 210, 220, 230 of the light emitting active layer 200 can be in the range of the facets 310 of the V-defect 300 having a lower indium content than in a lateral region outside of the V-defect 300. In this way, the Bandkan ⁇ tenverlauf is in the growth direction 101 in Area of the V defect 300 against a lateral area outside the V defect 300 changed.
  • the reduced thickness of the layers 210, 215, 220, 225, 230 of the luminescent active layer 200 in the region of the V defect 300 and the reduced indium content of the quantum wells 210, 220, 230 in the region of the V defect 300 can be determined by suitable methods
  • Growth conditions such as pressure, temperature, V / III ratio, H2 / N2 ratio and growth rate are controlled.
  • the growth temperature can be located during the wax ⁇ tums of the light emitting active layer 200 below 950 degrees Celsius and the growth pressure above 10 mbar, when the growth is carried out in a group-III nitride MOVPE.
  • Figure 3 shows that also the separation layer 130 has in the area of the facets 310 of the V-defect 300 has a second thickness 132 ⁇ which is reduced in a lateral region outside of the V-defect 300 compared with a first thickness 131 of the separation layer 130th
  • This is not absolutely necessary erleich ⁇ but also tert an injection of positive charge carriers (holes) from the p-doped crystal 120 in the light-emitting active layer 200 along the second transport direction 200 by the facets 310 of the V-defect 300 compared with an injection along the first Transport direction 240 in a lateral region outside the V defect 300.
  • the first thickness 131 of the separation layer 130 in a lateral Be ⁇ rich outside the V defect 300 is at least 4 nm.
  • the second thickness 132 of the release layer 130 in the facets 310 of V defect 300 is preferably less than 8 nm.
  • the opening 320 of the V-defect 300 facing the p-doped Kris ⁇ tall 120 of the layer structure 100th has a filling 340, which is formed from the Ma ⁇ TERIAL the p-doped crystal 120th Thus, it ⁇ the p-doped crystal 120 extends into the V-defect 300 in the region of V defect 300th
  • the filling 340 or the extension of the p-doped crystal 120 into the V defect 300 has a depth 341. This depth 341 preferably corresponds at least to the sum of the thicknesses of two quantum wells 220, 230 and a bar.
  • the depth 341 is preferably between 10 nm and 400 nm, in particular between 20 nm and 100 nm
  • a high depth 341 may be achieved by initiating the formation of the V defect 300 prior to the growth of the luminescent layer 200, or at an early time during the growth of the luminescent layer 200.
  • the formation of the first V defect 300, 301 shown in FIG. 3 has already begun before the epitaxial growth of the light-active layer 200, whereby the tip 330 of the V defect 300, 301 in FIG.
  • an injection of charge carriers is from the p-doped one
  • Crystal 120 against injection in a lateral region of the layer structure 100 and the light-active layer 200 outside the V-defect 300 facilitates. This may be accompanied by the fact that the luminescent active layer 200 has a lower series resistance in the region of the V defect 300 than in a lateral region outside the V defect 300. In this way, in the region of the V defect 300, an improved Filling the quantum wells 210, 220, 230 of the light-active layer 200 with charge carriers possible.
  • the charge carriers injected into the quantum wells 210, 220, 230 in the region of the V defect 300 can be transferred by diffusion into lateral regions outside the V defect 300 if these lateral regions of the V defect 300 have a spacing which is typically in the range Magnitude of the charge carrier diffusion length, in particular the Locherdiffusi- length, is.
  • the distance can lie, for example, Zvi ⁇ rule 0.2 ym and 10 ym.
  • the layer structure 100 has a plurality of V defects 300.
  • the V defects are preferably distributed 300 in the lateral direction of the layer structure 100 such that each lateral portion of the light emitting active layer highest comprises 200 in the lateral direction at a maximum distance from a V-defect 300, which is about the carrier diffusion length, insbesonde ⁇ re about the hole diffusion length , corresponds. This ensures that each lateral section of the luminous layer 200 of the layer structure 100 can be supplied with charge carriers injected by V defects 300.
  • the lateral arrangement of the V defects 300 in the light-active layer 200 of the layer structure 100 can be defined or at least influenced during the production of the layer structure 100. It is known that V defects form in particular in crystal regions which have crystal defects, in particular thread defects. V defects can be detected immediately form at the thread defects. A lateral density of such defects can be during the production of the
  • Layer structure 100 influenced by a pre-structuring of a substrate or a layer of the layer structure 100 sen.
  • a lateral density of V defects 300 in different lateral sections of the light-active layer 200 of the layer structure 100 can also be predetermined.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a plan view of a layer structure 400.
  • the layer structure 400 has a prestructured surface 401.
  • the pre-structured surface 401 may be a surface of a substrate on which the remainder of the layered structure 400 is grown. However, the pre-structured surface 401 can also be a surface of a layer of the layer structure 400 already grown on a substrate.
  • the pre-structured surface 401 is structured such that it has approximately regularly arranged structures, which together form a first lateral region 403.
  • the remaining sections of the prestructured surface 401 form a second lateral region 404.
  • the structures of the first lateral region 403 are circular disk-shaped and are arranged approximately at the nodal points of a rectangular lattice.
  • the one ⁇ individual structures could be otherwise shaped and arranged differently.
  • the structures of the first lateral region 403 could be arranged at the junctions of a hexagonal lattice.
  • FIG. 5 shows, in a schematic representation, a plan view of a light-active layer 402 of the layer structure 400 which has been grown above the prestructured surface 401.
  • a V defect 300 has formed in the light active layer 402.
  • the first lateral region 403 has a higher density of V-defects 300 than the second lateral region 404.
  • Each lateral portion of the second lateral region 404 is at most a distance 405 from a nearest V defect 300.
  • the distance 405 is of the order of magnitude of the charge carrier diffusion length, in particular of the Lö ⁇ cherdiffusionsmother.
  • the distance 405 may be, for example, Zvi ⁇ rule 0.2 ym and 10 ym.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a plan view of a prestructured surface 411 of a layer structure 410.
  • the prestructured surface 411 may in turn be a surface of a substrate to which the rest of the substrate 411 is applied
  • FIG. 7 schematically shows a plan view of a light-active layer 412 of the layer structure 410.
  • the light-active layer 412 was produced above the prestructured surface 411 by epitaxial growth.
  • V defects 300 Density of V defects 300 as the second lateral region 414.
  • Each lateral portion of the second lateral region 414 is a maximum of a distance 415 away from a nearest V-defect 300, the ge is in the order of magnitude of charge ⁇ carrier diffusion length, in particular the Löcherdiffusionslän-.
  • the distance 415 for example, Zvi ⁇ rule ym 0.2 ym and 10, respectively.
  • the pre-structured surface 421 has structures that collectively form a first lateral region 423.
  • the structures are arranged along the edges of a rectangle ⁇ and each formed approximately circular disk-shaped.
  • the remaining portions of the pre-structured surface 421 form a second lateral region 424.
  • Figure 9 shows a schematic representation of a plan view of a light-emitting active layer 422 of the layer structure 420.
  • the luminous active layer 422 was epitaxially created above the textured front surface 421 of the layer structure ⁇ 420th In the first lateral region 423, V defects 300 have formed. In this way, the first lateral Be ⁇ 423 reaching the light-emitting active layer 422, a higher density of defects V-300 than the second lateral region 424th
  • Each lateral portion of the second lateral region 424 is at most a distance 425 from a nearest V defect 300 of the first lateral region 423.
  • the distance 425 is on the order of Ladungschidif ⁇ fusion length, in particular the hole diffusion length, and can for example between 0.2 and ym be 10 ym.
  • Figure 10 shows a schematic representation of a section through an unfinished structure layer 500.
  • the layer structure 500 comprises a substrate 510.
  • the substrate 510 may include at ⁇ game as sapphire, SiC or Si.
  • a semiconductor layer 520 is angeord ⁇ net, which has been epitaxially grown.
  • the semiconductor layer 520 may comprise, for example, GaN.
  • the half ⁇ conductor layer 520 has a plurality of defects 560, which extend in the vertical direction or the growth direction of the semiconductor layer 520th In particular, the defects 560 may be thread dislocations.
  • the first lateral region 533 may, for example, have the shape of the first lateral region 403 of the layer structure 400, the shape of the first lateral region 413 of the layer structure 410, or the shape of the first lateral region 423 of the layer structure 420.
  • the first lateral region 533 and the second lateral region 534 may also be formed as alternating strips, as shown schematically in the plan view of FIG.
  • the portions of the covered region 532 of the mask layer 530 forming the second lateral region 534 preferably have a width of between approximately 3ym and approximately 8ym.
  • the distances between two sections of the covered region 532 that is to say the width of the sections of the opened region 531, preferably have sizes between 1 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • Figure 12 shows a schematic representation of a further section through the layer structure 500 after a further semiconductor layer 540 and a light-emitting active layer were grown on ⁇ 550th
  • FIG. 13 shows a schematic representation of a plan view of the light-active layer 550.
  • the further semiconductor layer 540 may comprise GaN and be n-doped.
  • Layer structure 500 then corresponds to the n-doped crystal 110 of the layer structure 100.
  • the light-active layer 550 corresponds to the light-active layer 200 of the layer structure 100 and can be constructed like this.
  • defects 560 ben continued as continuous defects 563 from the semiconductor layer 520 through the other semiconductor layer 540 in the growth direction of the layer structure 500th.
  • the second lateral region 534 of the semiconductor layer 520 below the mask covered preparation ⁇ surface 532 disposed defects 560 have not continued as blocked defects 561 in the growth direction of the layer structure 500 by the further semiconductor layer 540th
  • the defects 560, 563 provide a higher perception ⁇ probability for the formation of V-300 defects have thus have in the first lateral region 533 of the light-emitting active layer 550 has more V defects 300 per lateral area than in the second lateral area 534 of the light active layer 550.
  • the light active layer 550 thus has a higher density of V defects 300 than in the second lateral area 534.
  • the surface of the substrate 610 is structured such that bumps 611 are formed, which are separated from each other by depressions 612.
  • the elevations 611 can also be referred to as domes.
  • the elevations 611 are formed as round truncated cones.
  • the elevations 611 and depressions 612 of the substrate 610 can serve to improve a light extraction from a layer structure grown on the substrate 610 and an optoelectronic component formed therefrom.
  • the bumps 611 and depressions 612 may also cause lateral modulation of a distribution of V defects in a luminous active layer disposed above the substrate 610.
  • the elevations 611 may for example have a diameter between 2 ym and 4 ym.
  • a distance between two adjacent bumps 611 may be between 0.5 ym and 6 ym.
  • FIG. 16 shows a schematic representation of a section through a layer structure 600, which is formed by epitaxial growth
  • Areas of the luminous active layer 630 are located at the ends of the luminous active layer 630. These areas bil ⁇ a first lateral region 630 of the light emitting active layer 630, with higher density occurring defects ⁇ th in the V defects 300th
  • the remaining lateral portions of the phosphor active layer 630 constitute a second lateral region 614, in occur with lower density V defect 300.
  • the lateral geometry of the first lateral region 613 and of the second lateral region 614 may alternatively also be those of the lateral regions 403, 404 of the layer structure 400, the lateral regions 413, 414 of the layer structure 410 or the lateral ones Areas 423, 424 of the layer structure 420 correspond.
  • the high elevations 711 and the low elevations 715 on the surface of the substrate 710 jointly serve to improve an outcoupling of light from a layer structure 700 produced by epitaxial growth on the substrate 710.
  • the high elevations 711 additionally cause an appearance of higher density V defects in lateral areas of a light-active layer of the layer structure 700 above the high elevations 711 and in abutting areas centrally between adjacent high elevations 711.
  • the low elevations 715 influence the occurrence of V. Defects are not essential.
  • elevations 711 together form a first lateral area 713, while the remaining lateral areas form a second lateral area 714.
  • a density of V defects is higher in the first lateral region 713 than in the second lateral region 714.
  • FIG. 20 shows a schematic representation of a section through a further layer structure 800.
  • the layer structure 800 has correspondences with the layer structure 500 of FIG. Corresponding components are therefore provided with the same reference numerals as there.
  • the layer structure 800 has a light-active layer 550, in which in a first lateral area
  • Electromagnetic radiation generated in the light-active layer 550 by recombination of charge carriers injected into the light-active layer 550 can leave the layer structure 800 through the further semiconductor layer 870. In the opened areas 882 of the contact layer 880, no absorption of the electromagnetic radiation takes place, as a result of which more total electromagnetic radiation is emitted
  • FIG. 22 shows a schematic representation of a section through a further layer structure 900.
  • the layer structure 900 has correspondences with the layer structures 800 and 500 of FIGS. 20 and 12. Corresponding components are therefore provided with the same reference numerals.
  • Layers of the layer structure 900 lower in the direction of growth are separated from the layer structure 900 during the production of an optoelectronic component.
  • Strah ⁇ lung can be reflected in the mirror regions 982 of the contact and mirror layer 980 and conductor layer in the direction of the additional semi ⁇ 540 thrown back. This compensates for the amount of electromagnetic radiation that can leave the layer structure 900 altogether. This increases the efficiency of an optoelectronic component produced from the layer structure 900.
  • FIG 23 shows purely by way of example a schematic perspective-vische illustration of an optoelectronic device 1000.
  • the optoelectronic component 1000 may be, for example egg ⁇ ne light emitting diode.
  • the optoelectronic component 1000 has a housing 1010. On the housing 1010, an LED chip 1020 is arranged, which is manufactured from a layer structure 1025.
  • the layer structure 1025 may, like the layer structure 100, the layer structure 400, the

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Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Her¬ stellung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements gemäß Patentanspruch 12.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102012217640.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bei Leuchtdioden, die auf Halbleitern aus dem Gruppe-III-
Nitrid-Materialsystem, beispielsweise auf InGaN-GaN, basieren, und eine aktiven Zone aufweisen, die aus mehreren Quantenfilmen (Multi-Quantum-Well ; MQW) besteht, zeigt sich im Stand der Technik das Problem, dass nicht alle Quantentfilme optimal und homogen mitbetrieben werden. Dies hat Effizienzverluste solcher Leuchtdioden zur Folge.
Eine Ladungsträgerverteilung über die Mehrzahl der Quantenfilme ergibt sich durch eine Ladungsträgerinjektion in die Quantenfilme entlang der Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtstruktur. Wünschenswert ist eine möglichst homogene Ladungsträgerinjektion und -Verteilung. Diese wird jedoch insbesondere durch die zwischen den Quantenfilmen angeordneten Barrieren, die durch die injizierten Ladungsträger über- wunden werden müssen, verhindert. Insbesondere ein Nicht- gleichgewicht zwischen den schlechter beweglichen positiven Ladungsträgern (Löchern) , die von einer p-dotierten Seite der Halbleiterschichtenstruktur injiziert werden, und besser beweglichen negativen Ladungsträgern (Elektronen) , die von ei- ner n-dotierten Seite der Halbleiterschichtenstruktur injiziert werden, führt zu einer inhomogenen Befüllung der Quantenfilme, insbesondere zu einer inhomogenen Befüllung der n- seitigen Quantenfilme, was die Effizienz der Leuchtdiode min¬ dert. Näher an der n-dotierten Seite der Halbleiterschichtenstruktur gelegene Quantenfilme erhalten weniger positive La¬ dungsträger als näher an der p-dotierten Seite der Halb- leiterschichtenstruktur gelegene Quantenfilme.
Die Effizienzabnahme nimmt dabei mit der Anzahl der Quanten¬ filme zu. Ferner ist der Effekt umso ausgeprägter, je länger die Emissionswellenlänge der Leuchtdiode ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Diese Aufgabe wird duruch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufga- be der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein optoelektronisches Bauelement weist eine Schichtstruktur mit einer leuchtaktiven Schicht auf. Dabei weist die leucht¬ aktive Schicht in einem ersten lateralen Bereich eine höhere Dichte an V-Defekten auf, als in einem zweiten lateralen Be- reich. Vorteilhafterweise können Ladungsträger die leuchtaktive Schicht im ersten lateralen Bereich dann einfacher durchdringen als im zweiten lateralen Bereich. Dabei bewegen sich die Ladungsträger durch die V-Defekte. Auf diese Weise können Ladungsträger innerhalb der leuchtaktiven Schicht aus dem ersten lateralen Bereich in den zweiten lateralen Bereich injiziert werden.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die leuchtaktive Schicht mehrere in Wachstumsrichtung der Schichtstruktur aufeinander folgende Quantenfilme auf. Vorteilhafterweise erleichtert die erhöhte Durchlässigkeit der leuchtaktiven Schicht durch die im ersten lateralen Bereich angeordneten V-Defekte dann eine Injektion von Ladungs- trägern in die Quantenfilme der leuchtaktiven Schicht. Hierdurch ergibt sich eine Befüllung der Quantenfilme der leucht¬ aktiven Schicht mit erhöhter Homogenität, was vorteilhafterweise zu einer verbesserten Effizienz des optoelektronischen Bauelements führen kann.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist zwischen zwei Quantenfilmen eine Barriere ausgebildet. Dabei ist die Barriere im Bereich eines V-Defekts in Wachs- tumsrichtung dünner als im zweiten lateralen Bereich. Vorteilhafterweise ist die Barriere im ersten lateralen Bereich dann durchlässiger für Ladungsträger als im zweiten lateralen Bereich. Dies hat zur Folge, dass Ladungsträger bevorzugt im ersten lateralen Bereich durch V-Defekte in die Quantenfilme der leuchtaktiven Schicht injiziert werden.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist ein erster Quantenfilm im Bereich eines V-Defekts eine niedrigere Indiumkonzentration auf als im zweiten lateralen Bereich. Vorteilhafterweise hat dies zur Folge, dass der Quantenfilm im ersten lateralen Bereich für Ladungsträger leichter zugänglich ist als im zweiten lateralen Bereich. Dadurch wird der Quantenfilm vorteilhafterweise bevorzugt im ersten lateralen Bereich mit Ladungsträgern befüllt.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements durchdringen zumindest einige V-Defekte die leuchtaktive Schicht in Wachstumsrichtung der Schichtstruktur vollständig. Vorteilhafterweise ist die leuchtaktive Schicht dadurch über ihre gesamte Dicke in Wachstumsrichtung für durch die V-
Defekte injizierte Ladungsträger zugänglich. Dadurch wird eine homogene Befüllung der leuchtaktiven Schicht mit Ladungs¬ trägern unterstützt. In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die Schichtstruktur eine p-dotierte Schicht auf. Dabei weiten sich die V-Defekte in Richtung der p-dotierten Schicht auf. Vorteilhafterweise können positive Ladungsträger (Lö- eher) dadurch besonders einfach im ersten lateralen Bereich durch V-Defekte aus der p-dotierten Schicht in die leuchtaktive Schicht injiziert werden. In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements erstreckt sich die p-dotierte Schicht im Bereich eines V- Defekts in den V-Defekt hinein. Vorteilhafterweise unter¬ stützt dies eine Injektion positiver Ladungsträger aus der p- dotierten Schicht durch die V-Defekte in die leuchtaktive Schicht zusätzlich.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist zwischen der leuchtaktiven Schicht und der p-dotierten Schicht eine Trennschicht angeordnet. Dabei ist die Trenn- schicht im Bereich eines V-Defekts in Wachstumsrichtung dünner als im zweiten lateralen Bereich. Vorteilhafterweise ist die Trennschicht im ersten lateralen Bereich dann durchlässiger für positive Ladungsträger als im zweiten lateralen Bereich. Dies unterstützt vorteilhafterweise eine Injektion po- sitiver Ladungsträger aus der p-dotierten Schicht der
Schichtstruktur in die leuchtaktive Schicht der Schichtstruktur durch die V-Defekte des ersten lateralen Bereichs.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist auf der Schichtstruktur eine elektrisch leitende Kontakt¬ schicht angeordnet. Dabei weist die elektrisch leitende Kon¬ taktschicht im zweiten lateralen Bereich eine Öffnung auf. Vorteilhafterweise ist im zweiten lateralen Bereich eine Stromeinprägung nicht erforderlich, da eine Ladungsträgerin- jektion in die leuchtaktive Schicht im zweiten lateralen Be¬ reich ohnehin ineffizienter ist als im ersten lateralen Bereich. Dadurch kann der zweite laterale Bereich vorteilhafterweise unbedeckt durch die elektrisch leitende Kontakt¬ schicht verbleiben. Hierdurch kann eine Lichtemission mit re- duzierter Lichtabsorption durch den zweiten lateralen Bereich erfolgen, wodurch das optoelektronische Bauelement eine er¬ höhte Effizienz aufweisen kann. In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist auf der Schichtstruktur eine Kontakt- und Spiegelschicht angeordnet. Dabei weist die Kontakt- und Spiegelschicht im ersten lateralen Bereich ein anderes Material auf als im zweiten lateralen Bereich. Vorteilhafterweise kann die Kontakt- und Spiegelschicht im ersten lateralen Bereich dadurch ein Material mit besonders geringem Kontaktwiderstand aufwei¬ sen und im zweiten lateralen Bereich ein Material mit besonders hohem optischem Reflexionsvermögen aufweisen. Dabei wird ausgenutzt, dass im zweiten lateralen Bereich eine Stromeinprägung nicht erforderlich ist, da ein Stromfluss im zweiten lateralen Bereich durch die fehlende Injektion von Ladungsträgern durch V-Defekte ohnehin ineffizienter ist als im ersten lateralen Bereich. Das im zweiten lateralen Bereich ange- ordnete Material mit hohem optischen Reflexionsvermögen bewirkt eine besonders effektive Reflexion von in der leuchtak¬ tiven Schicht erzeugtem Licht und ermöglicht dadurch eine be¬ sonders effiziente Auskopplung dieses Lichts auf einer der Kontakt- und Spiegelschicht gegenüberliegenden Oberfläche der Schichtstruktur des optoelektronischen Bauelements.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements bildet der erste laterale Bereich ein laterales Gitter. Vor¬ teilhafterweise ist dadurch sichergestellt, dass jeder Punkt des zweiten lateralen Bereichs nicht weiter als einen festge¬ legten Wert in lateraler Richtung von einem V-Defekt im ersten lateralen Bereich entfernt ist. Hierdurch wird vorteilhafterweise eine besonders wirksame Injektion von Ladungsträ¬ gern aus dem ersten lateralen Bereich in den zweiten latera- len Bereich innerhalb der leuchtaktiven Schicht gewährleis¬ tet .
Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements umfasst Schritte zum Bereitstellen eines Substrats und zum Aufwachsen einer Schichtstruktur auf das Substrat. Dabei umfasst die Schichtstruktur eine leuchtaktive Schicht. Außer¬ dem werden dabei V-Defekte in die leuchtaktive Schicht einge¬ bettet. Dabei werden in einem ersten lateralen Bereich der leuchtaktiven Schicht mehr V-Defekte pro lateraler Fläche eingebettet als in einem zweiten lateralen Bereich der leuchtaktiven Schicht. Vorteilhafterweise können bei der Schichtstruktur des nach diesem Verfahren hergestellten opto- elektronischen Bauelements Ladungsträger durch die V-Defekte des ersten lateralen Bereichs in den zweiten lateralen Bereich der leuchtaktiven Schicht injiziert werden, was eine homogene Befüllung der leuchtaktiven Schicht mit Ladungsträ¬ gern unterstützt. Dies kann vorteilhafterweise zu einer er- höhten Effizienz des optoelektronischen Bauelements beitragen .
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Aufwachsen der leuchtaktiven Schicht eine Maskenschicht angelegt, die im ersten lateralen Bereich eine Öffnung aufweist. Vorteilhafterweise können Fadendefekte sich dadurch durch die Öffnung der Maskenschicht im ersten lateralen Bereich in Richtung der leuchtaktiven Schicht fortsetzen, was dort eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für die Bildung von V-Defekten nach sich zieht. Dadurch ermöglicht es die Maskenschicht, den ersten lateralen Bereich und den zweiten lateralen Bereich zu definieren .
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden an einer Ober- fläche des Substrats Erhebungen angelegt. Vorteilhafterweise kann das Anlegen der Erhebungen an der Oberfläche des Substrats die Wahrscheinlichkeit einer Bildung von V-Defekten in der leuchtaktiven Schicht oberhalb der Erhebung des Substrats beeinflussen. Dadurch wird auch bei diesem Verfahren eine De- finition des ersten lateralen Bereichs und des zweiten lateralen Bereichs ermöglicht.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird an der Oberfläche des Substrats im ersten lateralen Bereich eine Erhebung angelegt. Vorteilhafterweise bewirkt die Erhebung an der
Oberfläche des Substrats eine Erhöhung einer Wahrscheinlichkeit für eine Bildung von V-Defekten in der leuchtaktiven Schicht oberhalb der Erhebung, was eine höhere Dichte von V- Defekten im ersten lateralen Bereich oberhalb der Erhebung zur Folge hat.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils stark schematisierter Darstellung
Figur 1 einen Schnitt durch eine Schichtstruktur eines optoelektronischen Bauelements; Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines V-Defekts;
Figur 3 einen weiteren Schnitt durch die Schichtstruktur mit einem V-Defekt; Figur 4 eine Aufsicht auf eine vorstrukturierte Oberfläche einer weiteren Schichtstruktur;
Figur 5 eine Aufsicht auf eine leuchtaktive Schicht der Schichtstruktur;
Figur 6 eine Aufsicht auf eine vorstrukturierte Oberfläche einer weiteren Schichtstruktur;
Figur 7 eine Aufsicht auf eine leuchtaktive Schicht dieser Schichtstruktur;
Figur 8 eine Aufsicht auf eine vorstrukturierte Oberfläche einer weiteren Schichtstruktur; Figur 9 eine Aufsicht auf eine leuchtaktive Schicht dieser Schichstruktur ; Figur 10 einen Schnitt durch eine weitere Schichtstruktur mit einer Maskenschicht;
Figur 11 eine Aufsicht auf die Maskenschicht dieser
Schichtstruktur;
Figur 12 einen weiteren Schnitt durch diese Schichtstruktur;
Figur 13 eine Aufsicht auf eine leuchtaktive Schicht dieser Schichtstruktur;
Figur 14 einen Schnitt durch ein Substrat einer weiteren Schichtstruktur; Figur 15 eine Aufsicht auf dieses Substrat;
Figur 16 einen weiteren Schnitt durch diese Schichtstruktur;
Figur 17 eine Aufsicht auf diese Schichtstruktur;
Figur 18 einen Schnitt durch ein Substrat einer weiteren Schichtstruktur;
Figur 19 eine Aufsicht auf dieses Substrat;
Figur 20 einen Schnitt durch eine weitere Schichtstruktur;
Figur 21 eine Aufsicht auf diese Schichtstruktur; Figur 22 einen Schnitt durch eine weitere Schichtstruktur; und
Figur 23 eine perspektivische Darstellung eines optoelektro¬ nischen Bauelements.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen Teil einer Schichtstruktur 100. Die Schichtstruktur 100 ist eine epitaktisch gewachsene Halbleiter- Schichtstruktur. Insbesondere kann die Schichstruktur 100 aus einem Gruppe-III-Nitrid-Materialsystem aufgebaut sein. Die Schichtstruktur 100 kann in einem optoelektronischen Bauelement, insbesondere in einer Leuchtdiode, Verwendung finden.
In eine epitaktische Wachstumsrichtung 101 folgen bei der Schichtstruktur 100 aufeinander ein n-dotierter Kristall 110, eine leuchtaktive Schicht 200 und ein p-dotierter Kristall 120. Die Schichtstruktur 100 kann auf einem in Figur 1 nicht dargestellten Substrat angeordnet sein. Zwischen dem Substrat und dem in Figur 1 gezeigten Teil der Schichtstruktur 100 können noch weitere Schichten angeordnet sein. Auch zwischen den genannten Schichten 110, 200, 120 der Schichtstruktur 100 können noch weitere Schichten vorgesehen sein.
Die leuchtaktive Schicht 200 weist eine Mehrzahl an Quanten¬ filmen auf, die in Wachstumsrichtung 101 aufeinander folgen und jeweils durch Barrieren voneinander beabstandet sind. Im in Figur 1 gezeigten Beispiel sind ein erster Quantenfilm 210, ein zweiter Quantenfilm 220 und ein dritter Quantenfilm 230 vorhanden. Der erste Quantenfilm 210 und der zweite Quantenfilm 220 sind durch eine erste Barriere 215 voneinander getrennt. Der zweite Quantenfilm 220 und der dritte Quanten¬ film 230 sind durch eine zweite Barriere 225 voneinander ge- trennt. Die leuchtaktive Schicht 200 könnte auch eine andere Zahl an Quantenfilmen umfassen. Beispielsweise könnte die leuchtaktive Schicht 200 zwischen vier und zehn in Wachstums¬ richtung 101 aufeinander folgende Quantenfilme aufweisen. Die leuchtaktive Schicht 200 könnte auch dreißig oder mehr in Wachstumsrichtung 101 aufeinander folgende Quantenfilme auf¬ weisen .
Der n-dotierte Kristall 110 kann beispielsweise GaN aufweisen und mit Si dotiert sein. Die Quantenfilme 210, 220, 230 der leuchtaktiven Schicht 200 können beispielsweise InGaN aufwei¬ sen. Die Barrieren 215, 225 zwischen den Quantenfilmen 210, 220, 230 können beispielsweise GaN aufweisen. Der p-dotierte Kristall 120 kann beispielsweise GaN aufweisen und mit Mg do¬ tiert sein.
Die Schichtstruktur 100 weist im Bereich der leuchtaktiven Schicht 200 zwei V-Defekte 300 auf. Die V-Defekte 300 können auch als V-Pits bezeichnet werden. Figur 2 zeigt eine schema¬ tische perspektivische Darstellung eines V-Defekts 300. Jeder V-Defekt 300 weist die Form einer inversen Pyramide mit typi¬ scherweise 6 oder 12 Facetten (Flanken) 310 auf. Die Zahl der Facetten 310 ist von der Kristallstruktur des umgebenen Kristalls abhängig. Dabei weitet sich der pyramidenförmige V- Defekt 300 ausgehend von einer in Richtung des n-dotierten Kristalls 110 orientierten Spitze 330 in Richtung des p- dotierten Kristalls 120 auf und bildet eine dem p-dotierten Kristall 120 zugewandte Öffnung 320.
Im Bereich der V-Defekte 300 sind die Schichten der
Schichtstruktur 100 nicht senkrecht zur gewöhnlichen Wachstumsrichtung 101 orientiert, sondern parallel zu insbesondere kristallographisch vorgegebenen Ebenen unter einem Winkel zwischen etwa 30 Grad und etwa 80 Grad gegenüber der gewöhnlichen Wachstumsrichtung 101.
Der in Figur 1 dargestellte Ausschnitt der Schichtstruktur 100 weist zwei V-Defekte 300 auf. Ein erster V-Defekt 301 er¬ streckt sich in Wachstumsrichtung 101 durch die gesamte leuchtaktive Schicht 200, umfasst also alle Quantenfilme 210, 220, 230 der leuchtaktiven Schicht 200 der Schichtstruktur 100. Ein zweiter V-Defekt 302 erstreckt sich in Wachstums- richtung 101 lediglich durch einen Teil der leuchtaktiven
Schicht 200, umfasst im dargestellten Beispiel also nur den ersten Quantenfilm 210 und den zweiten Quantenfilm 220. Die Spitze 330 des zweiten V-Defekts 302 liegt in Wachstumsrich¬ tung 101 oberhalb der Spitze 330 des ersten V-Defekts 301. Die Entstehung des zweiten V-Defekts 302 hat beim Wachstum der Schichtstruktur 100 erst zu einem späteren Zeitpunkt eingesetzt als die Entstehung des ersten V-Defekts 301. Die Ent¬ stehung des ersten V-Defekts 301 hat bereits vor dem Wachstum der leuchtaktiven Schicht 200 eingesetzt. Die Entstehung des zweiten V-Defekts 302 hat erst während des Wachstums der leuchtaktiven Schicht 200 eingesetzt. In einer Ausführungsform durchdringt eine möglichst hohe Zahl an V-Defekten 300 die leuchtaktive Schicht 200 in Wachstums¬ richtung 101 der Schichtstruktur 100 vollständig, wie dies beim ersten V-Defekt 301 der Fall ist. In einer anderen Ausführungsform wird eine große Inhomogenität der Größen der V- Defekte 300 angestrebt.
Durch geeignete Wachstumsbedingungen während des epitakti¬ schen Wachstums der Schichtstruktur 100 kann eine Entstehung von V-Defekten 300 initiiert werden. Die Wachstumsbedingungen in einer MOVPE-Anlage können dabei Temperaturen zwischen
600 °C und 900 °C umfassen. Dabei kann Trimethylgallium oder Triethylgallium als Gruppe-III-Precursor verwendet werden.
Figur 3 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung eines Teils der Schichtstruktur 100 mit dem ersten V-Defekt 300, 301. Figur 3 zeigt im Unterschied zur Figur 1 eine zu¬ sätzliche Trennschicht 130 der Schichtstruktur 100, die zwi¬ schen der leuchtaktiven Schicht 200 und dem p-dotierten Kristall 120 angeordnet ist. Die Trennschicht 130 kann aus undo- tiertem GaN bestehen. Die Trennschicht 130 kann dazu dienen, eine Diffusion von Dotieratomen aus dem p-dotierten Kristall 120 in die leuchtaktive Schicht 200 zu verhindern.
Die Quantenfilme 210, 220, 230 und insbesondere die Barrieren 215, 225 der leuchtaktiven Schicht 200 weisen im Bereich der Facetten 310 des V-Defekts 300 eine geringere Dicke auf als außerhalb des V-Defekts 300. Beispielsweise weist der erste Quantenfilm 210 außerhalb des V-Defekts 300 eine erste Dicke 211 und im Bereich der Facetten 310 des V-Defekts 300 eine zweite Dicke 212 auf. Dabei ist die erste Dicke 211 größer als die zweite Dicke 212. Die erste Barriere 215 weist außer¬ halb des V-Defekts 300 eine erste Dicke 216 und im Bereich der Facetten 310 des V-Defekts 300 eine zweite Dicke 217 auf. Die erste Dicke 216 ist größer als die zweite Dicke 217.
Die geringere Dicke 212, 217 der Schichten 210, 215, 220, 225, 230 der leuchtaktiven Schicht 200 im Bereich der Facetten 310 des V-Defekts 300 erleichtert eine Injektion positi¬ ver Ladungsträger aus dem p-dotierten Kristall 120 in die leuchtaktive Schicht 200 durch die Facetten 310 des V-Defekts 300 gegenüber einer Injektion positiver Ladungsträger aus dem p-dotierten Kristall 120 in die leuchtaktive Schicht 200 au¬ ßerhalb des V-Defekts 300. Somit ist ein Transport positiver Ladungsträger entlang einer ersten Transportrichtung 240 antiparallel zur Wachstumsrichtung 101 in einem lateralen Bereich außerhalb des V-Defekts 300 weniger wahrscheinlich als ein Transport entlang einer zweiten Transportrichtung 250 durch die Facetten 310 des V-Defekts 300.
Für die erhöhte Durchlässigkeit ist insbesondere erheblich, dass die Barrieren 215, 225 im Bereich der Facetten 310 eine geringere Dicke 217 aufweisen als in einem lateralen Bereich außerhalb des V-Defekts 300. Die Dicke der Quantenfilme 210, 220, 230 kann weniger erheblich sein und muss sich im Bereich der Facetten 310 nicht notwendigerweise von der Dicke 211 in einem lateralen Bereich außerhalb des V-Defekts 300 unter- scheiden.
Die Quantenfilme 210, 220, 230 der leuchtaktiven Schicht 200 können im Bereich der Facetten 310 des V-Defekts 300 einen geringeren Indiumgehalt aufweisen als in einem lateralen Be- reich außerhalb des V-Defekts 300. Hierdurch ist der Bandkan¬ tenverlauf in Wachstumsrichtung 101 im Bereich des V-Defekts 300 gegenüber einem lateralen Bereich außerhalb des V-Defekts 300 verändert. Auch dies erleichtert einen Transport von La¬ dungsträgern entlang der zweiten Transportrichtung 250 gegen- über einem Transport entlang der ersten Transportrichtung 240. Die reduzierte Dicke der Schichten 210, 215, 220, 225, 230 der leuchtaktiven Schicht 200 im Bereich des V-Defekts 300 und der reduzierte Indiumgehalt der Quantenfilme 210, 220, 230 im Bereich des V-Defekts 300 können durch geeignete
Wachstumsbedingungen wie Druck, Temperatur, V/III-Verhältnis, H2/N2-Verhältnis und Wachstumsrate kontrolliert werden. Ins¬ besondere können die Wachstumstemperatur während des Wachs¬ tums der leuchtaktiven Schicht 200 unterhalb von 950 Grad Celsius und der Wachstumsdruck oberhalb von 10 mbar liegen, wenn das Wachstum in einer Gruppe-III-Nitrid-MOVPE erfolgt.
Figur 3 zeigt, dass auch die Trennschicht 130 im Bereich der Facetten 310 des V-Defekts 300 eine zweite Dicke 132 auf¬ weist, die gegenüber einer ersten Dicke 131 der Trennschicht 130 in einem lateralen Bereich außerhalb des V-Defekts 300 reduziert ist. Dies ist nicht zwingend erforderlich, erleich¬ tert jedoch ebenfalls eine Injektion positiver Ladungsträger (Löcher) aus dem p-dotierten Kristall 120 in die leuchtaktive Schicht 200 entlang der zweiten Transportrichtung 200 durch die Facetten 310 des V-Defekts 300 gegenüber einer Injektion entlang der ersten Transportrichtung 240 in einem lateralen Bereich außerhalb des V-Defekts 300. Bevorzugt beträgt die erste Dicke 131 der Trennschicht 130 in einem lateralen Be¬ reich außerhalb des V-Defekts 300 mindestens 4 nm. Die zweite Dicke 132 der Trennschicht 130 in den Facetten 310 des V- Defekts 300 beträgt bevorzugt weniger als 8 nm.
Die Öffnung 320 des V-Defekts 300 ist dem p-dotierten Kris¬ tall 120 der Schichtstruktur 100 zugewandt. Die Öffnung 320 des V-Defekts 300 weist eine Füllung 340 auf, die aus dem Ma¬ terial des p-dotierten Kristalls 120 gebildet ist. Somit er¬ streckt sich der p-dotierte Kristall 120 im Bereich des V- Defekts 300 in den V-Defekt 300 hinein. Die Füllung 340 bzw. die Erstreckung des p-dotierten Kristalls 120 in den V-Defekt 300 hinein weist dabei eine Tiefe 341 auf. Diese Tiefe 341 entspricht bevorzugt mindestens der Summe der Dicken zweier Quantenfilme 220, 230 und einer Bar- riere 225 in einem lateralen Bereich der Schichtstruktur 100 außerhalb des V-Defekts 300. Falls die leuchtaktive Schicht 200 fünf Quantenfilme 210, 220, 230 aufweist, so beträgt die Tiefe 341 bevorzugt zwischen 10 nm und 400 nm, insbesondere zwischen 20 nm und 100 nm. Eine hohe Tiefe 341 kann dadurch erreicht werden, dass das Entstehen des V-Defekts 300 bereits vor dem Wachstum der leuchtaktiven Schicht 200 oder zu einem frühen Zeitpunkt während des Wachstums der leuchtaktiven Schicht 200 initiiert wird. Die Entstehung des in Figur 3 dargestellten ersten V-Defekts 300, 301 hat bereits vor dem epitaktischen Wachstum der leuchtaktiven Schicht 200 eingesetzt, wodurch die Spitze 330 des V-Defekts 300, 301 in
Wachstumsrichtung 301 unterhalb der leuchtaktiven Schicht 200 angeordnet ist und der V-Defekt 300, 301 eine ausreichende Tiefe 341 aufweist.
Die Füllung 340 der Öffnung 320 des V-Defekts 300 mit dem Ma¬ terial des p-dotierten Kristalls 120 bewirkt gemeinsam mit der geringeren Dicke 212, 217 der Schichten 210, 215, 220, 225, 230 der leuchtaktiven Schicht 200 im Bereich der Facetten 310 des V-Defekts 300 ebenfalls eine Injektion von posi¬ tiven Ladungsträgern entlang der zweiten Transportrichtung 250 durch die Facetten 310 des V-Defekts 300, die gegenüber einer Injektion entlang der ersten Transportrichtung 240 in einem lateralen Bereich außerhalb des V-Defekts 300 erleichtert ist.
Wie vorstehend dargelegt wurde, ist im Bereich des V-Defekts 300 eine Injektion von Ladungsträgern, insbesondere eine In- jektion von positiven Ladungsträgern aus dem p-dotierten
Kristall 120, gegenüber einer Injektion in einem lateralen Bereich der Schichtstruktur 100 und der leuchtaktiven Schicht 200 außerhalb des V-Defekts 300 erleichtert. Dies kann damit einhergehen, dass die leuchtaktive Schicht 200 im Bereich des V-Defekts 300 einen geringeren Serienwiderstand aufweist als in einem lateralen Bereich außerhalb des V-Defekts 300. Hierdurch ist im Bereich des V-Defekts 300 eine verbesserte Be- füllung der Quantenfilme 210, 220, 230 der leuchtaktiven Schicht 200 mit Ladungsträgern möglich.
Die im Bereich des V-Defekts 300 in die Quantenfilme 210, 220, 230 injizierten Ladungsträger können durch Diffusion in laterale Bereiche außerhalb des V-Defekts 300 gelangen, wenn diese lateralen Bereiche von dem V-Defekt 300 einen Abstand aufweisen, der typischerweise in der Größenordnung der Ladungsträgerdiffusionslänge, insbesondere der Löcherdiffusi- onslänge, liegt. Der Abstand kann dabei beispielsweise zwi¬ schen 0,2 ym und 10 ym liegen.
Im Bereich des V-Defekts 300 in die Quantenfilme 210, 220, 230 der leuchtaktiven Schicht 200 injizierte Ladungsträger können dadurch in lateralen Bereichen der leuchtaktiven
Schicht 200 außerhalb des V-Defekts rekombinieren. Insbeson¬ dere kann in lateralen Bereichen der leuchtaktiven Schicht 200 außerhalb des V-Defekts 300 eine strahlende Rekombination der in die Quantenfilme 210, 220, 230 injizierten Ladungsträ- ger erfolgen.
Die Schichtstruktur 100 weist eine Mehrzahl an V-Defekten 300 auf. Bevorzugt sind die V-Defekte 300 in lateraler Richtung der Schichtstruktur 100 derart verteilt, dass jeder laterale Abschnitt der leuchtaktiven Schicht 200 in lateraler Richtung höchsten einen maximalen Abstand von einem V-Defekt 300 aufweist, der etwa der Ladungsträgerdiffusionslänge, insbesonde¬ re etwa der Löcherdiffusionslänge, entspricht. Dadurch wird gewährleistet, dass jeder laterale Abschnitt der leuchtakti- ven Schicht 200 der Schichtstruktur 100 mit durch V-Defekte 300 injizierten Ladungsträgern versorgt werden kann.
Die laterale Anordnung der V-Defekte 300 in der leuchtaktiven Schicht 200 der Schichtstruktur 100 kann bei der Herstellung der Schichtstruktur 100 festgelegt oder zumindest beeinflusst werden. Es ist bekannt, dass sich V-Defekte insbesondere in Kristallbereichen bilden, die Kristalldefekte, insbesondere Fadendefekte, aufweisen. V-Defekte können sich dabei unmit- telbar an den Fadendefekten bilden. Eine laterale Dichte solcher Defekte lässt sich während der Herstellung der
Schichtstruktur 100 durch eine Vorstrukturierung eines Substrats oder einer Schicht der Schichtstruktur 100 beeinflus- sen. Somit kann auch eine laterale Dichte von V-Defekten 300 in unterschiedlichen lateralen Abschnitten der leuchtaktiven Schicht 200 der Schichtstruktur 100 vorgegeben werden.
Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf eine Schichtstruktur 400. Die Schichtstruktur 400 weist eine vorstrukturierte Oberfläche 401 auf. Die vorstrukturierte Oberfläche 401 kann eine Oberfläche eines Substrats sein, auf die die übrige Schichtstruktur 400 aufgewachsen wird. Die vorstrukturierte Oberfläche 401 kann aber auch eine Oberflä- che einer bereits auf ein Substrat aufgewachsenen Schicht der Schichtstruktur 400 sein.
Die vorstrukturierte Oberfläche 401 ist derart strukturiert, dass sie annährend regelmäßig angeordnete Strukturen auf- weist, die gemeinsam einen ersten lateralen Bereich 403 bilden. Die übrigen Abschnitte der vorstrukturierten Oberfläche 401 bilden einen zweiten lateralen Bereich 404. Im dargestellten Beispiel sind die Strukturen des ersten lateralen Bereichs 403 kreisscheibenförmig ausgebildet und ungefähr an den Knotenpunkten eines Rechteckgitters angeordnet. Die ein¬ zelnen Strukturen könnten jedoch auch anders geformt und anders angeordnet sein. Beispielsweise könnten die Strukturen des ersten lateralen Bereichs 403 an den Knotenpunkten eines hexagonalen Gitters angeordnet sein.
Figur 5 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf eine leuchtaktive Schicht 402 der Schichtstruktur 400, die oberhalb der vorstrukturierten Oberfläche 401 aufgewachsen worden ist. Oberhalb jeder Struktur oder fast jeder Struktur des ersten lateralen Bereichs 403 hat sich ein V-Defekt 300 in der leuchtaktiven Schicht 402 gebildet. Somit weist der erste laterale Bereich 403 eine höhere Dichte an V-Defekten 300 auf als der zweite laterale Bereich 404. Jeder laterale Abschnitt des zweiten lateralen Bereichs 404 ist maximal einen Abstand 405 von einem nächstgelegenen V- Defekt 300 entfernt. Der Abstand 405 liegt in der Größenord- nung der Ladungsträgerdiffusionslänge, insbesondere der Lö¬ cherdiffusionslänge. Der Abstand 405 kann beispielsweise zwi¬ schen 0,2 ym und 10 ym liegen.
Figur 6 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf eine vorstrukturierte Oberfläche 411 einer Schichtstruktur 410. Die vorstrukturierte Oberfläche 411 kann wiederum eine Oberfläche eines Substrats sein, auf die die übrige
Schichtstruktur 410 aufgewachsen wird. Die vorstrukturierte Oberfläche 411 kann auch die Oberfläche einer epitaktisch aufgewachsenen Schicht der Schichtstruktur 410 sein.
Die vorstrukturierte Oberfläche 411 weist wiederum regelmäßig angeordnete Strukturen auf, die gemeinsam einen ersten lateralen Bereich 413 bilden. Die Strukturen des ersten lateralen Bereichs 413 sind im dargestellten Beispiel wiederum nahe der Knoten eines Rechteckgitters angeordnet, könnten jedoch auch anders angeordnet sein. Die übrigen Abschnitte der vorstruk¬ turierten Oberfläche 411 bilden einen zweiten lateralen Bereich 414.
Figur 7 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf eine leuchtaktive Schicht 412 der Schichtstruktur 410. Die leuchtaktive Schicht 412 wurde oberhalb der vorstrukturierten Oberfläche 411 durch epitaktisches Wachstum erzeugt. Dabei haben sich oberhalb der Strukturen der vorstrukturierten
Oberfläche 411, die den ersten lateralen Bereich 413 bilden, jeweils Gruppen 416 von V-Defekten 300 gebildet. Oberhalb je¬ der Struktur des ersten lateralen Bereichs 413 sind ein oder mehrere V-Defekte 300 angeordnet. Somit weist der erste late- rale Bereich 413 der leuchtaktiven Schicht 412 eine höhere
Dichte an V-Defekten 300 auf als der zweite laterale Bereich 414. Jeder laterale Abschnitt des zweiten lateralen Bereichs 414 ist dabei maximal einen Abstand 415 von einem nächstgelegenen V-Defekt 300 entfernt, der in der Größenordnung der Ladungs¬ trägerdiffusionslänge, insbesondere der Löcherdiffusionslän- ge, liegt. Wiederum kann der Abstand 415 beispielsweise zwi¬ schen 0,2 ym und 10 ym betragen.
Figur 8 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf eine vorstrukturierte Oberfläche 421 einer Schichtstruktur 420. Die vorstrukturierte Oberfläche 421 kann eine Oberfläche eines Substrats sein, auf die die übrige Schichtstruktur 420 aufgewachsen wird. Die vorstrukturierte Oberfläche 421 kann aber auch eine Oberfläche einer epitaktisch gewachsenen
Schicht der Schichtstruktur 420 sein.
Die vorstrukturierte Oberfläche 421 weist Strukturen auf, die gemeinsam einen ersten lateralen Bereich 423 bilden. Die Strukturen sind dabei entlang der Kanten eine Rechtecks ange¬ ordnet und jeweils etwa kreisscheibenförmig ausgebildet. Die übrigen Abschnitte der vorstrukturierten Oberfläche 421 bilden einen zweiten lateralen Bereich 424.
Figur 9 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf eine leuchtaktive Schicht 422 der Schichtstruktur 420. Die leuchtaktive Schicht 422 wurde epitaktisch oberhalb der vor¬ strukturierten Oberfläche 421 der Schichtstruktur 420 erzeugt. Im ersten lateralen Bereich 423 haben sich dabei V- Defekte 300 gebildet. Hierdurch weist der erste laterale Be¬ reich 423 der leuchtaktiven Schicht 422 eine höhere Dichte an V-Defekten 300 auf als der zweite laterale Bereich 424.
Jeder laterale Abschnitt des zweiten lateralen Bereichs 424 ist höchstens um einen Abstand 425 von einem nächstgelegenen V-Defekt 300 des ersten lateralen Bereichs 423 entfernt. Der Abstand 425 liegt in der Größenordnung der Ladungsträgerdif¬ fusionslänge, insbesondere der Löcherdiffusionslänge, und kann beispielsweise zwischen 0,2 ym und 10 ym betragen. Figur 10 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine unfertige Schichtstruktur 500. Die Schichtstruktur 500 umfasst ein Substrat 510. Das Substrat 510 kann bei¬ spielsweise Saphir, SiC oder Si aufweisen.
Auf dem Substrat 510 ist eine Halbleiterschicht 520 angeord¬ net, die epitaktisch aufgewachsen worden ist. Die Halbleiterschicht 520 kann beispielsweise GaN aufweisen. Die Halb¬ leiterschicht 520 weist eine Mehrzahl an Defekten 560 auf, die sich in vertikaler Richtung bzw. Wachstumsrichtung durch die Halbleiterschicht 520 erstrecken. Bei den Defekten 560 kann es sich insbesondere um Fadenversetzungen handeln.
Auf der Halbleiterschicht 520 der Schichtstruktur 500 ist ei- ne strukturierte Maskenschicht 530 angeordnet. Figur 11 zeigt eine schematische Aufsicht auf die Maskenschicht 530. Die Maskenschicht 530 kann beispielsweise Si02 oder SiN aufwei¬ sen . Die strukturierte Maskenschicht 530 weist Öffnungen auf, die gemeinsam einen geöffneten Bereich 531 der Maskenschicht 530 bilden. Von der Maskenschicht 530 abgedeckte Bereiche der Halbleiterschicht 520 bilden gemeinsam einen abgedeckten Bereich 532. Der geöffnete Bereich 531 bildet einen ersten la- teralen Bereich. Der abgedeckte Bereich 532 bildet einen zweiten lateralen Bereich 534.
Der erste laterale Bereich 533 kann beispielsweise die Form des ersten lateralen Bereichs 403 der Schichtstruktur 400, die Form des ersten lateralen Bereichs 413 der Schichtstruktur 410 oder die Form des ersten lateralen Bereichs 423 der Schichtstruktur 420 aufweisen. Der erste laterale Bereich 533 und der zweite laterale Bereich 534 können jedoch auch als sich abwechselnde Streifen ausgebildet sein, wie dies schema- tisch in der Aufsicht der Figur 11 dargestellt ist. Die den zweiten lateralen Bereich 534 bildenden Abschnitte des abgedeckten Bereichs 532 der Maskenschicht 530 weisen bevorzugt eine Breite zwischen etwa 3ym und etwa 8ym auf. Die Abstände zwischen zwei Abschnitten des abgedeckten Bereichs 532, also die Breite der Abschnitte des geöffneten Bereichs 531, weisen bevorzugt Größen zwischen 1 ym und 10 ym auf. Figur 12 zeigt in schematischer Darstellung einen weiteren Schnitt durch die Schichtstruktur 500, nachdem eine weitere Halbleiterschicht 540 und eine leuchtaktive Schicht 550 auf¬ gewachsen wurden. Figur 13 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf die leuchtaktive Schicht 550.
Die weitere Halbleiterschicht 540 kann GaN aufweisen und n- dotiert sein. Die weitere Halbleiterschicht 540 der
Schichtstruktur 500 entspricht dann dem n-dotierten Kristall 110 der Schichtstruktur 100. Die leuchtaktive Schicht 550 entspricht der leuchtaktiven Schicht 200 der Schichtstruktur 100 und kann wie diese aufgebaut sein.
Während des Wachstums der weiteren Halbleiterschicht 540 ha¬ ben sich die im ersten lateralen Bereich 533, also unterhalb der geöffneten Maskenbereiche 531, angeordneten Defekte 560 als fortgesetzte Defekte 563 aus der Halbleiterschicht 520 durch die weitere Halbleiterschicht 540 in Wachstumsrichtung der Schichtstruktur 500 fortgesetzt. Einige der im ersten lateralen Bereich 533 der Halbleiterschicht 520 angeordneten Defekte 560 haben sich während des Wachstums der weiteren
Halbleiterschicht 540 auch als ausgelöschte Defekte 562 ge¬ genseitig ausgelöscht. Im zweiten lateralen Bereich 534 der Halbleiterschicht 520 unterhalb der abgedeckten Maskenberei¬ che 532 angeordnete Defekte 560 haben sich als blockierte De- fekte 561 nicht in Wachstumsrichtung der Schichtstruktur 500 durch die weitere Halbleiterschicht 540 fortgesetzt.
Somit haben sich im Wesentlichen nur im ersten lateralen Bereich 533 Defekte 560, 563 durch die weitere Halbleiter¬ schicht 540 fortgesetzt. Beim Wachstum der leuchtaktiven Schicht 550 haben die Defekte 560, 563 eine höhere Wahr¬ scheinlichkeit für die Entstehung von V-Defekten 300 bewirkt Somit haben sich im ersten lateralen Bereich 533 der leucht- aktiven Schicht 550 mehr V-Defekte 300 pro lateraler Fläche gebildet als im zweiten lateralen Bereich 534 der leuchtaktiven Schicht 550. Im ersten lateralen Bereich 533 weist die leuchtaktive Schicht 550 somit eine höhere Dichte an V- Defekten 300 auf als im zweiten lateralen Bereich 534.
Figur 14 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch ein Substrat 610. Figur 15 zeigt im schematischer Darstellung eine Aufsicht auf eine Oberfläche des Substrats 610. Das Substrat 610 weist Saphir auf.
Die Oberfläche des Substrats 610 ist derart strukturiert, dass Erhebungen 611 ausgebildet sind, die durch Vertiefungen 612 voneinander getrennt sind. Die Erhebungen 611 können auch als Dome bezeichnet werden. Im dargestellten Beispiel sind die Erhebungen 611 als runde Kegelstümpfe ausgebildet.
Die Erhebungen 611 und Vertiefungen 612 des Substrats 610 können dazu dienen, eine Lichtauskopplung aus einer auf dem Substrat 610 aufgewachsenen Schichtstruktur und einem daraus gebildeten optoelektronischen Bauelement zu verbessern. Die Erhebungen 611 und Vertiefungen 612 können jedoch auch eine laterale Modulation einer Verteilung von V-Defekten in einer oberhalb des Substrats 610 angeordneten leuchtaktiven Schicht bewirken. Die Erhebungen 611 können beispielsweise einen Durchmesser zwischen 2 ym und 4 ym aufweisen. Ein Abstand zwischen zwei benachbarten Erhebungen 611 kann beispielsweise zwischen 0,5 ym und 6 ym liegen. Figur 16 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine Schichtstruktur 600, die durch epitaktisches
Wachstum auf der Oberfläche des Substrats 610 entstanden ist. Dabei wurden in Wachstumsrichtung aufeinander folgend eine Halbleiterschicht 620, eine leuchtaktive Schicht 630 und eine weitere Halbleiterschicht 640 aufgewachsen. Figur 17 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf die leuchtaktive Schicht 630. Die Halbleiterschicht 620 kann GaN aufweisen und n-dotiert sein. Die Halbleiterschicht 520 entspricht dann dem n- dotierten Kristall 110 der Schichtstruktur 100. Die leuchtaktive Schicht 630 kann der leuchtaktiven Schicht 200 der
Schichtstruktur 100 entsprechen und wie diese aufgebaut sein. Die weitere Halbleiterschicht 640 kann GaN aufweisen und p- dotiert sein. Die weitere Halbleiterschicht 640 kann dem p- dotierten Kristall 120 der Schichtstrutur 100 entsprechen. Das Wachstum der Halbleiterschicht 620 ist ausgehend von den Erhebungen 611 erfolgt und hat sich von dort sowohl in verti¬ kaler Richtung (der Hauptwachstumsrichtung) als auch in lateraler Richtung in die Vertiefungen 612 hinein fortgesetzt. Dabei ist im lateralen Bereich oberhalb der Erhebungen 611 eine höhere Zahl an Defekten 660 entstanden als in anderen lateralen Bereichen der Halbleiterschicht 620. Auch in den Mitten der Vertiefungen 612 zwischen zwei Erhebungen 611, wo zwei sich in laterale Richtung fortsetzende Teile der Halb¬ leiterschicht 620 aneinander gestoßen sind, haben sich mehr Defekte 660 gebildet. Die Defekte 660 können wiederum insbe¬ sondere Fadenversetzungen sein, die sich in vertikaler Richtung, also der Hauptwachstumsrichtung, durch die Halbleiterschicht 620 fortsetzen. In der leuchtaktiven Schicht 630 haben die Defekte 660 eine höhere Wahrscheinlichkeit für eine Entstehung von V-Defekten 300 bewirkt. Somit haben sich oberhalb der Erhebungen 611 des Substrats 610 und oberhalb der Mitten der Vertiefungen 612 zwischen zwei Erhebungen 611 des Substrats 610 mehr V-Defekte 300 pro lateraler Fläche gebildet als in anderen lateralen
Bereichen der leuchtaktiven Schicht 630. Diese Bereiche bil¬ den einen ersten lateralen Bereich 630 der leuchtaktiven Schicht 630, in dem V-Defekte 300 mit höherer Dichte auftre¬ ten. Die übrigen lateralen Bereiche der leuchtaktiven Schicht 630 bilden einen zweiten lateralen Bereich 614, in dem V- Defekte 300 mit geringerer Dichte auftreten. Die laterale Geometrie des ersten lateralen Bereichs 613 und des zweiten lateralen Bereichs 614 kann alternativ zum in Figuren 14 bis 17 dargestellten Dreieckgitter auch denen der lateralen Bereiche 403, 404 der Schichtstruktur 400, der la- teralen Bereiche 413, 414 der Schichtstruktur 410 oder der lateralen Bereiche 423, 424 der Schichtstruktur 420 entsprechen .
Figur 18 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch ein Substrat 710. Figur 19 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf eine Oberfläche des Substrats 710. Das Substrat 710 weist wiederum Saphir auf.
Die Oberfläche des Substrats 710 ist strukturiert und weist hohe Erhebungen 711 auf, die durch Vertiefungen 712 voneinander beabstandet sind. Zusätzlich weist die Oberfläche des Substrats 710 niedrige Erhebungen 715 auf, die in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats 710 weniger hoch aus¬ gebildet sind als die hohen Erhebungen 711. Die niedrigen Er- hebungen 715 können auch in lateraler Richtung einen geringeren Durchmesser als die hohen Erhebungen 711 aufweisen. Es ist auch möglich, dass die niedrigen Erhebungen 715 eine andere Form als die hohen Erhebungen 711 aufweisen oder mit einer abweichenden Zahl pro lateraler Fläche vorgesehen sind.
Die hohen Erhebungen 711 und die niedrigen Erhebungen 715 an der Oberfläche des Substrats 710 dienen gemeinsam dazu, eine Auskopplung von Licht aus einer durch epitaktisches Wachstum auf dem Substrat 710 erzeugten Schichtstruktur 700 zu verbes- sern. Die hohen Erhebungen 711 bewirken zusätzlich ein Auftreten von V-Defekten mit höherer Dichte in lateralen Bereichen einer leuchtaktiven Schicht der Schichtstruktur 700 oberhalb der hohen Erhebungen 711 und in Stoßbereichen mittig zwischen benachbarten hohen Erhebungen 711. Die niedrigen Er- hebungen 715 beeinflussen das Auftreten von V-Defekten dagegen nicht wesentlich. Somit bilden auch bei der Schichtstruktur 700 die Bereiche, in denen die hohen Erhebungen 711 angeordnet sind und die Bereiche mittig zwischen benachbarten ho- hen Erhebungen 711 gemeinsam einen ersten lateralen Bereich 713, während die übrigen lateralen Abschnitte einen zweiten lateralen Bereich 714 bilden. In einer leuchtaktiven Schicht der Schichtstruktur 700 ist im ersten lateralen Bereich 713 eine Dichte von V-Defekten höher als im zweiten lateralen Bereich 714.
Figur 20 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine weitere Schichtstruktur 800. Die Schichtstruktur 800 weist Übereinstimmungen mit der Schichtstruktur 500 der Figur 12 auf. Entsprechende Komponenten sind daher mit denselben Bezugszeichen versehen wie dort.
Insbesondere weist die Schichtstruktur 800 eine leuchtaktive Schicht 550 auf, bei der in einem ersten lateralen Bereich
533 eine höhere Dichte an V-Defekten 300 vorhanden ist als in einem zweiten lateralen Bereich 534. Dies wurde im darget- sellten Beispiel nach der anhand der Figuren 10 bis 13 erläu¬ terten Methode erreicht. Es wäre jedoch auch möglich, dass die Dichte der V-Defekte 300 in der leuchtaktiven Schicht 550 nach einer der anhand der Figuren 14 bis 19 erläuterten Methode lateral moduliert wurde.
Bei der Schichtstruktur 800 wurde auf der leuchtaktiven
Schicht 550 eine weitere Halbleiterschicht 870 aufgewachsen. Die weitere Halbleiterschicht 870 kann GaN aufweisen und p- dotiert sein. Die weitere Halbleiterschicht 870 kann dem p- dotierten Kristall 120 der Schichtstruktur 100 entsprechen. Auf die weitere Halbleiterschicht 870 wurde eine Kontakt¬ schicht 880 aufgebracht. Die Kontaktschicht 880 weist ein elektrisch leitendes Material auf, beispielsweise ein Metall. Die Kontaktschicht 880 dient dazu, eine elektrisch leitende Verbindung zur weiteren Halbleiterschicht 870 herzustellen, um einen Stromfluss durch die Halbleiterschicht 870, die leuchtaktive Schicht 550 und die Halbleiterschicht 540 zu er¬ möglichen. Figur 21 zeigt eine Aufsicht auf die Kontakt¬ schicht 880. Die Kontaktschicht 880 ist in lateraler Richtung nicht durch¬ gängig ausgebildet, sondern weist geschlossene Bereiche 881 und geöffnete Bereiche 882 auf. Die geschlossenen Bereiche 881 sind dabei in vertikaler Richtung (der Wachstumsrichtung der Schichtstruktur 800) oberhalb der ersten lateralen Bereiche 533 der leuchtaktiven Schicht 550 angeordnet. Die geöff¬ neten Bereiche 882 sind in vertikaler Richtung oberhalb der zweiten lateralen Bereiche 534 der leuchtaktiven Schicht 550 angeordnet. Hierbei wird ausgenutzt, dass eine Injektion von Ladungsträgern in die leuchtaktive Schicht 550 in vertikaler Richtung bevorzugt über die V-Defekte 300 im ersten lateralen Bereich 533 stattfindet. Daher ist eine Stromeinprägung in die weitere Halbleiterschicht 870 oberhalb des zweiten late- ralen Bereichs 534 nicht erforderlich.
In der leuchtaktiven Schicht 550 durch Rekombination von in die leuchtaktive Schicht 550 injizierten Ladungsträgern erzeugte elektromagnetische Strahlung kann die Schichtstruktur 800 durch die weitere Halbleiterschicht 870 verlassen. In den geöffneten Bereichen 882 der Kontaktschicht 880 findet dabei keine Absorption der elektromagnetischen Strahlung statt, wodurch insgesamt mehr elektromagnetische Strahlung die
Schichtstruktur 800 verlassen kann. Hierdurch steigt die Ef- fizienz eines aus der Schichtstruktur 800 hergestellten optoelektronischen Bauelements.
Figur 22 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine weitere Schichtstruktur 900. Die Schichtstruktur 900 weist Übereinstimmungen mit den Schichtstrukturen 800 und 500 der Figuren 20 und 12 auf. Entsprechende Komponenten sind daher mit denselben Bezugszeichen versehen.
Im Unterschied zur Schichtstruktur 800 ist bei der
Schichtstruktur 900 auf der Oberseite der weiteren Halbleiterschicht 870 anstelle der Kontaktschicht 880 eine Kon¬ takt- und Spiegelschicht 980 angeordnet. Die Kontakt- und Spiegelschicht 980 weist Kontaktbereiche 981 und Spiegelbe- reiche 982 auf. Die Kontaktbereiche 981 sind in vertikaler Richtung (der Hauptwachstumsrichtung der Schichtstruktur 900) oberhalb der ersten lateralen Bereiche 533 der leuchtaktiven Schicht 550 angeordnet. Die Spiegelbereiche 982 sind in ver- tikaler Richtung oberhalb der zweiten lateralen Bereiche 534 der leuchtaktiven Schicht 550 angeordnet. Die Kontaktbereiche 981 und die Spiegelbereiche 982 können unterschiedliche Mate¬ rialien aufweisen. Die Kontaktbereiche 981 weisen ein elektrisch leitendes Mate¬ rial auf, das sich besonders gut für eine elektrische Kontak- tierung der weiteren Halbleiterschicht 870 eignet. Beispiels¬ weise können die Kontaktbereiche 981 ein Material mit einem besonders geringen Kontaktwiderstand aufweisen.
Die Spiegelbereiche 982 weisen ein Material auf, dass elekt¬ romagnetische Strahlung der Wellenlänge, die die leuchtaktive Schicht 550 der Schichtstruktur 900 imitiert, besonders wirk¬ sam reflektiert. Beispielsweise können die Spiegelbereiche 982 Ag aufweisen. Der Kontaktwiderstand des Materials der Spiegelbereiche 982 ist dabei weniger erheblich.
Die Kontaktbereiche 981 der Kontakt- und Spiegelschicht 980 dienen dazu, eine elektrisch leitende Verbindung zur weiteren Halbleiterschicht 870 der Schichtstruktur 800 herzustellen, um einen vertikalen Stromfluss durch die Schichtstruktur 900 anzuregen. Da eine Injektion von Ladungsträgern in die leuchtaktive Schicht 550 wiederum bevorzugt durch die V- Defekte 300 im ersten lateralen Bereich 533 der leuchtaktiven Schicht 550 stattfindet, ist es ausreichend, dass die Kon¬ taktbereiche 981 in vertikaler Richtung oberhalb des ersten lateralen Bereichs 533 der leuchtaktiven Schicht 550 angeord¬ net sind. Durch den Stromfluss durch die leuchtaktive Schicht 550 er¬ zeugte elektromagnetische Strahlung kann die Schichtstruktur 900 ausgehend von der leuchtaktiven Schicht 550 in Richtung der weiteren Halbleiterschicht 540 verlassen. Hierzu können in Wachstumsrichtung tiefer liegende Schichten der Schichtstruktur 900 beispielsweise während der Herstellung eines optoelektronischen Bauelements aus der Schichtstruktur 900 abgetrennt werden. In der leuchtaktiven Schicht 550 in Richtung der weiteren Halbleiterschicht 870 emittierte Strah¬ lung kann in den Spiegelbereichen 982 der Kontakt- und Spiegelschicht 980 reflektiert und in Richtung der weiteren Halb¬ leiterschicht 540 zurückgeworfen werden. Hierdurch erhört sich die Menge der elektromagnetischen Strahlung, die die Schichtstruktur 900 insgesamt verlassen kann. Dadurch erhöht sich die Effizienz eines aus der Schichtstruktur 900 hergestellten optoelektronischen Bauelements.
Figur 23 zeigt rein beispielhaft eine schematische perspekti- vische Darstellung eines optoelektronischen Bauelements 1000. Das optoelektronische Bauelement 1000 kann beispielsweise ei¬ ne Leuchtdiode sein. Das optoelektronische Bauelement 1000 weist ein Gehäuse 1010 auf. Auf dem Gehäuse 1010 ist ein LED- Chip 1020 angeordnet, der aus einer Schichtstruktur 1025 ge- fertigt ist. Die Schichtstruktur 1025 kann dabei wie die Schichtstruktur 100, die Schichtstruktur 400, die
Schichtstruktur 410, die Schichtstruktur 420, die
Schichtstruktur 500, die Schichtstruktur 600, die
Schichtstruktur 700, die Schichtstruktur 800 oder die
Schichtstruktur 900 ausgebildet sein.
Die Erfindung wurde anhand des bevorzugten Ausführungsbei¬ spiels näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Bezugs zeichenliste
100 Schichtstruktur
101 Wachstumsrichtung
110 n-dotierter Kristall
120 p-dotierter Kristall
130 Trennschicht
131 erste Dicke
132 zweite Dicke
200 leuchtaktive Schicht
210 erster Quantenfilm
211 erste Dicke
212 zweite Dicke
215 erste Barriere
216 erste Dicke
217 zweite Dicke
220 zweiter Quantenfilm
225 zweite Barriere
230 dritter Quantenfilm
240 erste Transportrichtung
250 zweite Transportrichtung
300 V-Defekt
301 erster V-Defekt
302 zweiter V-Defekt
310 Facette
320 Öffnung
330 Spitze
340 Füllung
341 Tiefe
400 Schichtstruktur
401 vorstrukturierte Oberfläche
402 leuchtaktive Schicht
403 erster lateraler Bereich
404 zweiter lateraler Bereich
405 Abstand 410 Schichtstruktur
411 vorstrukturierte Oberfläche
412 leuchtaktive Schicht
413 erster lateraler Bereich
414 zweiter lateraler Bereich
415 Abstand
416 Gruppe 420 Schichtstruktur
421 vorstrukturierte Oberfläche
422 leuchtaktive Schicht
423 erster lateraler Bereich
424 zweiter lateraler Bereich 425 Abstand
500 Schichtstruktur
510 Substrat
520 Halbleiterschicht
530 Maskenschicht
531 geöffneter Bereich
532 abgedeckter Bereich
533 erster lateraler Bereich
534 zweiter lateraler Bereich 540 weitere Halbleiterschicht
550 leuchtaktive Schicht
560 Defekt
561 blockierter Defekt
562 ausgelöschter Defekt
563 fortgesetzter Defekt
600 Schichtstruktur
610 Substrat
611 Erhebung
612 Vertiefung
613 erster lateraler Bereich
614 zweiter lateraler Bereich 620 Halbleiterschicht 630 leuchtaktive Schicht
640 weitere Halbleiterschicht
660 Defekt 00 Schichtstruktur
10 Substrat
711 hohe Erhebung
712 Vertiefung
713 erster lateraler Bereich
714 zweiter lateraler Bereich
715 niedrige Erhebung
800 Schichtstruktur
870 weitere Halbleiterschicht
880 Kontaktschicht
881 geschlossener Bereich
882 geöffneter Bereich
900 Schichtstruktur
980 Kontakt- und Spiegelschicht
981 Kontaktbereich
982 Spiegelbereich
1000 Optoelektronisches Bauelement
1010 Gehäuse
1020 LED-Chip
1025 Schichtstruktur

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (1000)
mit einer Schichtstruktur (100, 400, 410, 420, 500, 600, 700, 800, 900, 1025) mit einer leuchtaktiven Schicht (200, 402, 412, 422, 550, 630),
wobei die leuchtaktive Schicht (200, 402, 412, 422, 550, 630) in einem ersten lateralen Bereich (403, 413, 423, 533, 613,
713) eine höhere Dichte an V-Defekten (300) aufweist als in einem zweiten lateralen Bereich (404, 414, 424, 534, 614,
714) .
2. Optoelektronisches Bauelement (1000) gemäß Anspruch 1, wobei die leuchtaktive Schicht (200) mehrere in Wachstums- richtung (101) der Schichtstruktur (100) aufeinanderfolgende Quantenfilme (210, 220, 230) aufweist.
3. Optoelektronisches Bauelement (1000) gemäß Anspruch 2, wobei zwischen zwei Quantenfilmen (210, 220, 230) eine Barri- ere (215, 225) ausgebildet ist,
wobei die Barriere (215, 225) im Bereich eines V-Defekts (300) in Wachstumsrichtung (101) dünner ist als im zweiten lateralen Bereich.
4. Optoelektronisches Bauelement (1000) gemäß einem der An¬ sprüche 2 und 3,
wobei ein erster Quantenfilm (210, 220, 230) im Bereich eines V-Defekts (300) eine niedrigere Indiumkonzentration aufweist als im zweiten lateralen Bereich.
5. Optoelektronisches Bauelement (1000) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest einige V-Defekte (300) die leuchtaktive
Schicht (200) in Wachstumsrichtung (101) der Schichtstruktur (100) vollständig durchdringen.
6. Optoelektronisches Bauelement (1000) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Schichtstruktur (100) eine p-dotierte Schicht (120) aufweist,
wobei die V-Defekte (300) sich in Richtung der p-dotierten Schicht (120) aufweiten.
7. Optoelektronisches Bauelement (1000) gemäß Anspruch 6, wobei sich die p-dotierte Schicht (120) im Bereich eines V-
Defekts (300) in den V-Defekt (300) hinein erstreckt.
8. Optoelektronisches Bauelement (1000) gemäß einem der An¬ sprüche 6 und 7,
wobei zwischen der leuchtaktiven Schicht (200) und der p- dotierten Schicht (120) eine Trennschicht (130) angeordnet ist,
wobei die Trennschicht (130) im Bereich eines V-Defekts (300) in Wachstumsrichtung (101) dünner ist als im zweiten latera- len Bereich.
9. Optoelektronisches Bauelement (1000) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei auf der Schichtstruktur (800) eine elektrisch leitende Kontaktschicht (880) angeordnet ist,
wobei die elektrisch leitende Kontaktschicht (880) im zweiten lateralen Bereich (534) eine Öffnung (882) aufweist.
10. Optoelektronisches Bauelement (1000) gemäß einem der An- sprüche 1 bis 8,
wobei auf der Schichtstruktur (900) eine Kontakt- und Spie¬ gelschicht (980) angeordnet ist,
wobei die Kontakt- und Spiegelschicht (980) im ersten latera¬ len Bereich (533) ein anderes Material aufweist als im zwei- ten lateralen Bereich (534) .
11. Optoelektronisches Bauelement (1000) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste laterale Bereich (403, 413, 423, 533, 613, 713) ein laterales Gitter bildet.
12. Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bau- elements (1000)
mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Substrats (510, 610, 710);
- Aufwachsen einer Schichtstruktur (100, 400, 410, 420, 500, 600, 700, 800, 900, 1025) auf das Substrat,
wobei die Schichtstruktur (100, 400, 410, 420, 500, 600, 700, 800, 900, 1025) eine leuchtaktive Schicht (200, 402, 412, 422, 550, 630) umfasst,
wobei V-Defekte in die leuchtaktive Schicht (200, 402, 412, 422, 550, 630) eingebettet werden,
wobei in einem ersten lateralen Bereich der leuchtaktiven
Schicht (200, 402, 412, 422, 550, 630) mehr V-Defekte (300) pro lateraler Fläche eingebettet werden als in einem zweiten lateralen Bereich der leuchtaktiven Schicht (200, 402, 412, 422, 550, 630) .
13. Verfahren gemäß Anspruch 12,
wobei vor dem Aufwachsen der leuchtaktiven Schicht (550) eine Maskenschicht (530) angelegt wird, die im ersten latera¬ len Bereich (533) eine Öffnung (531) aufweist.
14. Verfahren gemäß Anspruch 12,
wobei an einer Oberfläche des Substrats (610, 710) Erhebungen (611, 711, 715) angelegt werden.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14,
wobei an der Oberfläche des Substrats (610, 710) im ersten lateralen Bereich (533) eine Erhebung (611, 711) angelegt wird .
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