WO2014173820A1 - Lichtemitierende anordnung mit einer halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven zone auf einer säulenartigen struktur - Google Patents

Lichtemitierende anordnung mit einer halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven zone auf einer säulenartigen struktur Download PDF

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band gap
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PCT/EP2014/057933
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Jelena Ristic
Martin Strassburg
Martin Mandl
Alfred Lell
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an arrangement, to a method for manufacturing an arrangement, and to an array having a plurality of light emitting diacritics
  • An arrangement described here can be produced in particular by a method described here. Furthermore, an array described here can be used in particular here
  • Feature combinations are disclosed for the arrangement, the method and the array.
  • Semiconductor layer structure is formed with the active zone in such a way that the band gap of the active zone for a radiative recombination decreases towards the free end of the columnar structure.
  • the band gap thus decreases along a longitudinal axis or height of the columnar structure.
  • the bandgap may be at least in a portion of the active zone along the longitudinal axis of the
  • the bandgap may be uniform and / or nonuniform and / or continuous and / or
  • sections along the longitudinal axis may be provided in which the band gap of the active zone remains constant.
  • the thickness of the first layer is the thickness of the first layer
  • Quantum well layer can be adjusted by a corresponding adjustment of process parameters during the deposition of
  • Quantum well layer can be achieved. Thus, a simple manufacture of the arrangement is possible.
  • the active zone is formed such that a material composition of the active zone changes towards the free end of the columnar structure such that the band gap decreases for radiative recombination towards the free end of the structure , Influencing the
  • Material composition of the active zone in particular the Material composition of the quantum well layer can be determined by simple parameters such as the gas flow, the
  • Gas composition the temperature or the offer of the individual materials in the deposition of the active zone or the quantum well layer can be achieved.
  • the active zone in particular a quantum well layer, has an InGaN layer.
  • the bandgap change may be e.g. be adjusted by a change in the concentration of indium.
  • the concentration of indium in the active zone, in particular in a quantum well layer of the active zone may for example increase by up to 30% in the direction of the free structure.
  • the active zone extends over a majority of the outer surface of the structure. In other words, the active zone is not just at the top of the list
  • Structure is formed, but for example the whole
  • Mantle area of the structure as far as it is exposed, has the active zone. For example, at least 85% of the surface of the columnar structure is covered with the active zone. In this way, it is possible for charge carriers from a particularly large area, namely almost the entire lateral surface of the structure, to be available for diffusion toward the free end of the structure. This increases the efficiency of radiation generation at the free end of the structure.
  • the columnar structure has a crystal structure. It goes one
  • the active zone is formed on the at least two crystal planes in such a way that the band gap from the first crystal plane to the second Crystal plane decreases. This also supports the concentration of free charge carriers at the free end of the structure.
  • the band gap of the active zone within a plane of the active zone may decrease continuously and / or in multiple stages towards the free end of the structure.
  • more than two may be along a longitudinal axis of the structure
  • the electrical bias exerts a force on the free charge carriers pulling the free charge carriers toward the free end of the structure. This also makes the probability of a radiative recombination of the charge carrier pairs in the
  • the active zone may comprise indium, aluminum and / or gallium.
  • the active zone may comprise layers, in particular quantum well layers with indium gallium nitride. Indium, gallium, aluminum and
  • Nitrogens are materials which can be used for the production of active zones, in particular with quantum well layers, the properties of the materials and in particular of the ternary structure of said materials being very well known and therefore a desired semiconductor layer structure having an active zone can be reliably produced.
  • the active zone and in particular at least one quantum well layer of the active zone may also contain other or additional materials of the III. and / or the V main group of the Periodic Table of the Chemical Elements as well
  • dopants of other main groups and / or sub-groups for example, elements of groups IV, IIA, IIB and VI. It can also be quaternary
  • Active zone material compositions can be used to produce a columnar structure having an active zone, wherein the bandgap of the active zones for radiative recombination towards a free end 25 of the columnar structure 5 decreases.
  • the active zone in a further embodiment, the active zone
  • the active zone may also comprise aluminum and / or as group V element arsenic and / or antimony.
  • the diameter of the columnar structure tapers in the direction of the free end.
  • a plane is provided, which is substantially transversely, is arranged in particular perpendicular to a longitudinal axis of the columnar structure.
  • a corresponding planar layer of the active zone is also formed on this plane, the band gap being smaller for radiative recombination of charge carriers than on adjoining side surfaces of the columnar structure.
  • At least two rows of arrangements are provided which are parallel to each other
  • the array has at least two regions of rows, with each region
  • At least two rows of arrangements are arranged in parallel.
  • the two areas are arranged parallel to each other.
  • the two areas are spaced perpendicularly with respect to the orientation of the rows of the arrays
  • strip-like regions are provided which enhance the formation of electromagnetic radiation parallel to one direction.
  • Arrangements of different areas in the way be formed such that the different areas generate electromagnetic radiation with different frequencies. This allows different colors to be provided using an array.
  • the arrangements are suitable for forming an array of arrangements which are excited by a radiation source to emit electromagnetic radiation.
  • an array of arrangements can be used to form a sensor which can be used to detect a
  • FIG. 1 shows a schematic structure of an arrangement
  • Fig. 3 is a schematic representation of an electrical
  • FIG. 10 is a schematic view from above of the arrangement of Figure 8.
  • Fig. 11 shows a cross section through the arrangement of Figure 1 in the first section.
  • Fig. 1 shows a schematic cross section through a
  • the arrangement 1 is on a substrate 2
  • a mask layer 3 for example of silicon oxide or SiN is applied.
  • the mask layer 3 may be formed by vapor deposition (CVD) and have a thickness of 100 nm.
  • the substrate 2 is for example made of sapphire or a
  • the mask layer 3 has a hole 4 through which a columnar structure 5 extends.
  • the columnar structure 5 represents a nanorod (nanorod).
  • the hole 4 may be formed by various methods such as e.g. Using a photolithographic process, using a laser, using a nano-imprint method for marking the
  • the hole 4 may e.g.
  • the structure 5 extends away from the plane of the substrate 2 and is substantially perpendicular to the plane of the substrate, for example
  • the columnar structure 5 is made of a conductive material or has at least on one surface an electrically conductive layer.
  • the structure 5 is formed from an electrically conductive semiconductor material, in particular from gallium nitride, and is negatively doped, for example, with silicon.
  • the columnar structure 5 in this embodiment has a crystal structure which largely corresponds to the crystal structure of the sapphire or the template layer.
  • the structure 5 is epitaxially grown on the substrate 2, for example by means of a vapor phase epitaxy (MOVPE).
  • MOVPE vapor phase epitaxy
  • the structure 5 has, for example, a hexagonal wurtzite structure whose c-axis is oriented away from the plane of the substrate 2, for example substantially perpendicular to the plane of the substrate 2.
  • the semiconductor layer structure 6 On a surface of the columnar structure 5 is a semiconductor layer structure 6 applied.
  • the semiconductor layer structure 6 has an active zone 7, which is formed as a three-dimensional cladding layer on the surface of the structure 5.
  • the active zone 7 has for generating electromagnetic radiation, for example, a plurality of layers, in particular one or more quantum well layers, which are separated from each other by barrier layers in the form of intermediate layers. The individual layers are arranged one above the other parallel to the surface of the structure 5.
  • a positively doped semiconductor layer is applied, which forms an outer layer 8.
  • Semiconductor layer structure 6 and the outer layer 8 may be provided.
  • the active zone 7 comprises, for example, indium and gallium, in particular layers of indium gallium nitride or indium gallium phosphide.
  • the outer layer 8 is
  • Outer layer 8 may also be other and / or additional
  • Periodic table of the chemical elements and dopants of other main groups and / or sub-groups for example, elements from Groups IV, IIA, IIB and VI. This can be ternary and / or quaternary
  • Active zone material compositions 7 can be used to cover a columnar structure with an active zone, the bandgap of the active zones for radiative recombination towards a free end 25 of the columnar structure 3 decreases.
  • lateral outer surface 9 of the structure 5 may be arranged substantially perpendicular to the surface of the substrate 2. Furthermore, in a selected embodiment, which is shown in Fig. 1, the diameter of the structure 5 in a first portion 10 with increasing distance from
  • the lateral outer surfaces 9 are arranged in the first section 10 perpendicular to the substrate 2. Depending on the selected
  • the outer surfaces 9 may also be arranged inclined inwards or outwards.
  • Outer surfaces 9 in the first section 10 are according to the
  • Outside surfaces 9 may be arranged inclined inwardly or outwardly and have an angle of less than 5 ° to an axis which is perpendicular to the substrate 2.
  • the outer surfaces 9 are arranged inclined inwards and the diameter of the structure 5 decreases in the second section 11 with increasing distance from
  • a plane 12 is formed, which is substantially perpendicular to the longitudinal extent of the
  • Structure 5 is formed.
  • the plane 12 is arranged according to the polar c-plane (0001) of the wurtzite crystal.
  • the semiconductor layer structure 6 is arranged parallel to the planes of the outer surfaces 9 of the structure 5.
  • the active zone 7 and the corresponding quantum well layers and barrier layers are parallel to the outer surfaces 9 of the structure 5 in the longitudinal direction of the arrangement in several, inclined
  • the band gap of the active zone 7 is the band gap of the active zone 7
  • the bandgap of the active zone 7 within the plane of the first section 10 increases towards the free end 25 of the structure 5
  • more than two mutually inclined planes of the active zone 7 may be provided along the longitudinal axis of the arrangement.
  • the active zone 7 has, for example, a constant band gap which is less than or equal to the band gap of the active zone 7 in the second section 11.
  • the outer layer 8 covers in the form of a cladding layer the semiconductor layer structure 6.
  • the structure 5 is connected at a first end to the substrate 2.
  • a second, free end 25 of the structure 5 is arranged facing away from the substrate 2 opposite the first end.
  • FIG. 2 shows in a schematic representation a progression of the energy of the band gap for a radiative recombination of charge carriers in the active zone 7 of the arrangement 1 of FIG. 1 along the longitudinal extent of the arrangement 1. It can be seen that the energy of the band gap begins decreases in the mask layer 3 in the direction of the free end 25 of the structure 5 in the first section 10, in particular decreases continuously. In the transition from the first portion 10 to the second portion 11, a jump in the bandgap occurs to a smaller bandgap, i. to a lower one
  • the initial energy EO for the band gap in the mask layer 3 a first energy level El in the transition from the first section 10 to second section 11, a second energy level E2 on the second section 11, and a third energy level E3 for the bandgap on the third section 23 on the x-axis.
  • On the y-axis is the longitudinal extent h of the arrangement 1 with the first section 10, the second
  • the band gap of the active zone within a section 10, 11, i. within a level of the active zone also in stages
  • the energy of the band gap is thereby, for example
  • Quantum well layers provided, so the thickness of each quantum well layer increases with increasing distance from the
  • Layer thickness there may be an increase in indium concentration in the quantum well layer (s) with increasing distance from the mask layer, to the energy of the bandgap
  • Structure 5 form.
  • substrate 2 other materials than substrate 2 such. As silicon or
  • Silicon carbide may be used, optionally with a GaN, A1N, AlGaN or similar. Buffer layer are covered.
  • other materials for forming the structure 5 can be used. For example, indium, gallium,
  • Semiconductor layer structure 6 can be used. Furthermore, in a further embodiment, the structure 5 is also positively doped and the outer layer 8 of the
  • Semiconductor layer structure 6 may also be formed negatively doped.
  • further layers which represent, for example, adhesive layers, barrier layers or mirror layers.
  • the thickness of the quantum well layer along the first section 10 may increase by 50%.
  • the concentration of indium in at least one of the quantum well layers of the active zone 7 may proceed from the mask layer 3 along the first
  • Section 10 increase up to the transition to the second section 11 by up to 30% or more. Both the increase in
  • Quantum well layer of the active zone 7 can be continuous or stepwise, in particular within a layer plane.
  • the increase in thickness and / or increase in indium concentration may be provided at each quantum well layer.
  • the second section 11 may be formed by r-planes or other semi-polar planes of the wurtzite crystal structure.
  • the plane 12 of the structure 5 by a c-plane of
  • the contact layer 13 may be made of a TCO material, such as a TCO material. consist of indium tin oxide.
  • a mirror layer 14 can be applied to the masking layer 3
  • the mirror layer 14 may be designed to be electrically conductive and to be electrically conductive
  • Contacting the contact layer 13 may be provided. Depending on the chosen embodiment, between the
  • Mask layer 3 and the mirror layer 14 an electrically conductive further contact layer 24 for electrical
  • Contacting the contact layer 13 may be provided.
  • the electrical contacting of the structure 5 can via the
  • FIG. 3 shows a further embodiment of an arrangement 1, which is formed essentially as in FIG. 1, wherein in the region of the free end 25 of the structure 5 above the plane 12 directly on the semiconductor layer structure 6
  • Insulating layer 16 is applied. Thus, the covered
  • Contact 15 is provided, which is for an electrical
  • Bias of the arrangement is used.
  • the further contact 15 is electrically separated from the contact layer 13 by an insulating layer 16, which is formed, for example, from silicon oxide.
  • an insulating layer 16 which is formed, for example, from silicon oxide.
  • Preloading can increase the number of available charge carriers, and thus the threshold current density and the threshold voltage, especially for a larger hole mass, such as, for example, when using gallium nitride for the formation of the active zone.
  • the further contact 15 preferably consists of a permeable to the electromagnetic radiation generated by the active zone 7 material.
  • Semiconductor layer structure 6 can be used MOVPE method, but also VPE and MBE method or sputtering method. For example, during the deposition of the
  • the pressure in the MOVPE reactor can be increased.
  • a pressure of 20% to 150% of a common pressure used in an MOVPE process can be used
  • Quantum well layer increases with increasing distance from the substrate 2.
  • the energy of the band gap decreases Quantum well layer for a radiative recombination with increasing distance from the substrate 2 from.
  • indium-gallium-nitride quantum well layers using an MOVPE method, similar pressures and temperatures are used as for the fabrication of two-dimensional indium-gallium nitride quantum well layers.
  • TE gallium or TM gallium and TM indium are used as the metal oxide precursor and H 3 as the group V source.
  • Doping of the columnar structure 5 takes place as in the production of a two-dimensional semiconductor layer structure.
  • the temperature used is adjusted depending on the desired indium concentration in the quantum well layer.
  • Concentration of indium in the quantum well layer in the deposition depending on the orientation of the outer surface 9 of the structure 5, on which the semiconductor layer structure 6 is deposited. Depending on the embodiment chosen, less indium is incorporated into the InGaN quantum well layer in the first portion 10 as the active zone is deposited than in the second portion 11. In addition, in the second portion 11, less indium is deposited in the InGaN upon deposition
  • the thickness of the quantum well layer in the first section 10 may be smaller than in the second section 11 and smaller in the third section 23 than in the second section 11.
  • the indium concentration in the first, second and third sections 10,11,23 be constant.
  • the indium concentration in the third section 23 may be greater than in the second section 11 and larger in the second section 11 than in the first section 10.
  • the energies for the band gaps are
  • the energy of the band gap is smaller in the third section 23 above the plane 12 (c-plane) than in the second section 11 (r-plane).
  • the energy of the band gap is smaller in the second section 11 (1-plane) than in the first section 10 (m-plane).
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an array of several arrangements 1.
  • the arrangements 1 are formed, for example, according to the embodiments of FIG. 1 or FIG. 2.
  • the band gap of the active region of the arrangements 1 of Figure 4 along the longitudinal axis of the arrangement may also be constant.
  • the array can be used for example as an LED array for generating electromagnetic radiation, as a sensor array for detecting electromagnetic radiation or as a laser array, with an additional
  • Radiation source in particular a laser is supplied as a pump source with electromagnetic radiation.
  • the semiconductor structure of the arrangements is electrically biased in the reverse direction.
  • the resistance of the semiconductor structure changes and a signal can be detected at the electrical connections of each arrangement or the array.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of an array in which the arrangements 1 are arranged in rows 17, each row 17 being aligned along a preferred direction 18.
  • the preferred directions 18 of the rows 17 are parallel arranged to each other.
  • the arrangements 1 are formed, for example, according to the embodiments of FIG. 1 or FIG. 2.
  • the band gap of the active zone of the arrangements 1 of FIG. 5 along the longitudinal axis of the arrangement, in particular along the first section 10, may also be constant.
  • Preferred directions 18 will be the gain of a
  • Preferred directions 18 supported. In this way, for example, mirror structures can be saved. Using the rows 17, the threshold current density can be reduced and at the same time in the preferred direction 18 the
  • electromagnetic radiation density can be increased.
  • FIG. 6 shows a further array with a plurality of regions 19, each region 19 having two rows 17 of arrangements 1.
  • the rows 17 of the regions 19 are each aligned in a preferred direction 18.
  • the preferred directions 18 of the rows 17 are each arranged parallel to one another.
  • more than two rows 17 may be arranged in a region 19.
  • the preferred direction 18 of the regions 19 may be aligned differently.
  • FIG. 7 shows a further array with three areas 20, 21, 22.
  • the arrangements 1 are, for example, according to FIGS.
  • the band gap of the active zone of the arrangements 1 of FIG. 7 along the longitudinal axis of the arrangement, in particular along the first section 10, may also be constant.
  • Wavelength range is.
  • arrangements 1 are arranged whose generated electromagnetic radiation is in a second wavelength range.
  • arrangements 1 are arranged whose generated electromagnetic radiation in a third
  • Wavelength range is.
  • the first wavelength range can be electromagnetic radiation with the color red
  • the three regions 20, 21, 22 are arranged on a single chip.
  • the first region 20 generates green light
  • the second region 21 produces blue light
  • the third region 22 generates red light.
  • the assemblies 1 are arranged in rows 17, whose
  • Preferred direction 18 are aligned parallel to each other, as shown in Figures 5 and 6.
  • the arrays 1 of the various regions 20, 21, 22 may be both structural, size, and density, i. differ in the distances between the adjacent devices 1.
  • Arrangements 1 are provided which emits different colors. Due to the high density of the arrangements on a chip, a high output power of the electromagnetic radiation is achieved. The output power of the electromagnetic
  • Radiation can be adjusted by the density and / or the number of arrangements.
  • the arrays which are nanostructures, can be fabricated on large areas of low cost substrates.
  • the manufacturing processes are similar to the
  • Semiconductor layer structures having active zones for generating electromagnetic radiation.
  • the arrangements may be combined with other optoelectronic devices and / or
  • an array of devices having a radiation source having a radiation source
  • the radiation source excites the array of the arrangements with electromagnetic radiation having a shorter wavelength than the wavelength of the beam
  • areas of arrangements of different colors such as e.g. Red, yellow, blue and / or green can be combined on a single chip.
  • the arrays can be used with arrangements for the realization of light projectors.
  • a VCSEL laser can be displayed using the arrays, wherein a mirror layer is formed both on the side of the substrate and parallel thereto at a fixed distance.
  • Mirror layers are used for example planar Bragg reflectors, which are composed of layers with alternating low and high refractive index.
  • the layers each have an optical path length of one quarter of the wavelength of the electromagnetic radiation
  • an array of devices may be combined with a flash memory (EEPROM) or integrated into a flash memory.
  • the arrangements may be coupled to an optical fiber for information or data transfer.
  • an array of devices may be combined with a solar cell.
  • an array of EEPROM electrically erasable programmable read-only memory
  • boron nitride gallium antimonide
  • Indium antimonide indium arsenide, indium nitride, indium phosphide, aluminum gallium arsenide, indium gallium arsenide, indium gallium phosphide, aluminum indium arsenide,
  • Zinc telluride Zinc telluride, cadmium zinc telluride, copper chloride,
  • electromagnetic radiation can be used.
  • the following material composition can be used to form the structure 5, the active zone 7 and / or the outer layer 13: Al x Ga y In z B v N a ASbP c Sbd with v + x + y + z ⁇ 1, with a + b + c + d ⁇ 1, with 0 ⁇ a, b, c, d, v, x, y, z ⁇ 1.
  • Variation of the thickness of at least one quantum well layer of the active zone and / or a variation of the composition of the material of the active zone, in particular at least one Quantum well layer of the active zone is achieved, for example with a ternary and / or a quaternary compound, a decrease in the band gap in the active zone for a radiative recombination towards the free end 25 of the structure 5.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of an arrangement which is essentially constructed according to the arrangement of FIG. However, in contrast to the arrangement of FIG. 1, the surface 9 of the structure 5 in the third section 23 is not a plane perpendicular to the longitudinal axis of the structure 5
  • Surface 9 of the structure 5 in the third section 23 also form surfaces which merge into a plane which is perpendicular to the longitudinal axis of the structure 5.
  • the active zone 7 above the plane can also form a larger flat surface, as shown in FIG.
  • the assembly may include an insulating layer 16 and another contact 15 around the tip of the assembly electrically bias. On the contact 15 and the
  • Insulation layer 16 can also be dispensed with.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of the course of the band edge along the longitudinal axis of the arrangement 1.
  • the energy of the band gap decreases starting from the mask layer 3 in the direction of the free end of the arrangement 1 from a zeroth energy E0 to a first one Energy El.
  • the band gap drops to a second energy E2.
  • the energy of the band gap decreases from the second energy E2 to a third energy E3.
  • the energy of the band gap decreases from the third energy E3 to a fourth energy E4.
  • the energy of the bandgap towards the free end of the array 1 decreases from the fourth energy E4 to a fifth energy E5.
  • the energy of the bandgap can remain constant at the fifth energy or sink to a sixth energy E6.
  • the bandgap may decrease continuously, discontinuously, and / or gradually towards the free end of the assembly.
  • Figure 10 shows a schematic representation of a
  • Semiconductor layer structure 6 formed shell-shaped and covers substantially the entire surface 9 of the structure 5. Depending on the selected embodiment, only partial surfaces of the surface 9 of the structure 5 with the
  • FIG. 11 shows a schematic cross section through the arrangement 1 of FIG. 1 in the first section.
  • the shell-shaped circumferential semiconductor layer structure 6 with the active zone 7 can be seen, which covers the outer surface 9 of the structure 5.
  • the contact layer 13 is likewise formed in the form of a jacket on the semiconductor layer structure 6.
  • the structure 5 on a hexagonal base is illustrated embodiment, the structure 5 on a hexagonal base. Depending on the selected
  • the structure 5 may also have other bases, in particular, the base may have fewer or more corners.
  • the arrangement 1 has in the second
  • Section 11 an analogous cross-section, wherein the surface of the structure 5 is formed smaller. Should a third section 23 be provided, as shown in the embodiment of FIGS. 8 and 10, then the third section 23 also has an analogous cross section.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung, ein Array von Anordnungen und eine Anordnung (1) mit einer säulenartigen Struktur (5), die mit einem Ende auf einem Substrat (2) angeordnet ist, wobei die Struktur (5) mit einer Halbleiterschichtstruktur (6) mit einer aktiven Zone (7) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung bedeckt ist, wobei die aktive Zone (7) eine Bandlücke für eine strahlende Rekombination aufweist, wobei die aktive Zone (7) in der Weise ausgebildet ist, dass die Bandlücke in Richtung eines freien Endes (25) der Struktur (5) abnimmt, so dass eine Diffusion von Ladungsträgern in Richtung des freien Endes (25) der Struktur (5) und eine strahlende Rekombination von Ladungsträgerpaaren im Bereich des freien Endes (25) der Struktur (5) unterstützt wird.

Description

Beschreibung
LICHTEM ITIERENDE ANORDNUNG M IT EINER HALBLEITERSCHICHTENFOLGE M IT EINER AKTIVEN ZONE AUF EINER SÄULENARTIGEN STRUKTUR Die Erfindung betrifft eine Anordnung, ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung, und ein Array mit mehreren
Anordnungen .
Aus DE 10 2010 012 711 AI ist ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung mit einer säulenartigen Struktur bekannt, die mit einer Halbleiterschichtstruktur mit einer aktiven Zone zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung bedeckt ist, wobei die aktive Zone eine Bandlücke für eine strahlende Rekombination aufweist.
Eine Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Anordnung bereitzustellen, die insbesondere bessere Eigenschaften in Bezug auf die Erzeugung elektromagnetischer Strahlung
aufweist. Weiterhin besteht eine Aufgabe darin, ein
verbessertes Verfahren zur Herstellung von Anordnungen bereitzustellen. Weiterhin besteht eine Aufgabe darin, ein verbessertes Array von Anordnungen bereitzustellen.
Eine hier beschriebene Anordnung kann insbesondere mit einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Ferner kann eine hier beschriebenes Array insbesondere mit hier
beschriebenen Anordnungen gebildet werden. Das heißt, sämtliche hier beschriebenen Merkmale und
Merkmalskombinationen sind für die Anordnung, das Verfahren und das Array offenbart.
Ein Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, dass die elektromagnetische Strahlung mit größerer
Wahrscheinlichkeit im oberen freien Endbereich der
säulenartigen Struktur erzeugt wird. Dadurch werden der Wirkungsgrad und die Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung verbessert. Dies wird dadurch erreicht, dass die
Halbleiterschichtstruktur mit der aktiven Zone in der Weise ausgebildet ist, dass die Bandlücke der aktiven Zone für eine strahlende Rekombination in Richtung auf das freie Ende der säulenartigen Struktur abnimmt. Die Bandlücke nimmt somit entlang einer Längsachse oder Höhe der säulenartigen Struktur ab. Beispielsweise kann die Bandlücke wenigstens in einem Abschnitt der aktiven Zone entlang der Längsachse der
Anordnung abnehmen. Die Bandlücke kann gleichmäßig und/oder ungleichmäßig und/oder kontinuierlich und/oder
diskontinuierlich und/oder in mehreren Stufen abnehmen. Zudem können auch Abschnitte entlang der Längsachse vorgesehen sein, in denen die Bandlücke der aktiven Zone konstant bleibt. Durch die wenigstens abschnittweise Abnahme der
Bandlücke entlang der Längsachse werden freie Ladungsträger in Richtung auf das freie Ende der Struktur bewegt. Somit ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Ladungsträger im Bereich des oberen freien Endes der Struktur strahlend rekombinieren, erhöht .
In einer Ausführungsform nimmt die Dicke der
QuantentopfSchicht der aktiven Zone in Richtung auf das freie Ende der Struktur zu. Dadurch nimmt die Bandlücke bei sonst unverändertem Aufbau in Richtung auf das freie Ende der säulenartigen Struktur ab. Die Beeinflussung der Dicke der
QuantentopfSchicht kann durch eine entsprechende Einstellung von Verfahrensparametern während der Abscheidung der
QuantentopfSchicht erreicht werden. Somit ist eine einfache Herstellung der Anordnung möglich.
In einer weiteren Ausführungsform ist die aktive Zone in der Weise ausgebildet, dass sich eine Materialzusammensetzung der aktiven Zone in Richtung auf das freie Ende der säulenartigen Struktur in der Weise ändert, dass die Bandlücke für eine strahlende Rekombination in Richtung auf das freie Ende der Struktur abnimmt. Die Beeinflussung der
Materialzusammensetzung der aktiven Zone, insbesondere der Materialzusammensetzung der QuantentopfSchicht kann mithilfe einfacher Parameter wie z.B. des Gasflusses, der
Gaszusammensetzung, der Temperatur oder des Angebotes der einzelnen Materialien beim Abscheiden der aktiven Zone bzw. der QuantentopfSchicht erreicht werden.
In einer Ausführungsform weist die aktive Zone, insbesondere eine QuantentopfSchicht eine InGaN Schicht auf. Bei dieser Ausführungsform kann die Änderung der Bandlücke z.B. durch eine Änderung der Konzentration von Indium eingestellt werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Konzentration von Indium in der aktiven Zone, insbesondere in einer QuantentopfSchicht der aktiven Zone beispielsweise um bis zu 30% in Richtung auf die freie Struktur zunehmen.
Dadurch wird eine hohe Konzentration der freien Ladungsträger im Bereich des freien Endes der Struktur erreicht.
In einer Ausführungsform, erstreckt sich die aktive Zone über einen Großteil der Außenfläche der Struktur. Mit anderen Worten, ist die aktive Zone nicht nur an der Spitze der
Struktur ausgebildet, sondern zum Beispiel der gesamte
Mantelbereich der Struktur, soweit er freiliegt, weist die aktive Zone auf. Beispielsweise sind wenigstens 85 % der Oberfläche der säulenartigen Struktur mit der aktiven Zone bedeckt. Auf diese Weise ist es möglich, dass Ladungsträger aus einem besonders großen Bereich, nämlich fast der gesamten Mantelfläche der Struktur, zur Diffusion zum freien Ende der Struktur hin zur Verfügung stehen. Dadurch ist die Effizienz der Strahlungserzeugung am freien Ende der Struktur erhöht.
In einer weiteren Ausführungsform weist die säulenartige Struktur eine Kristallstruktur auf. Dabei geht eine
Außenfläche der Struktur in Richtung auf das freie Ende der Struktur von einer ersten Kristallebene in wenigstens eine zweite Kristallebene über. Die aktive Zone ist auf den wenigstens zwei Kristallebenen in der Weise ausgebildet, dass die Bandlücke von der ersten Kristallebene zur zweiten Kristallebene abnimmt. Auch dadurch wird die Konzentration freier Ladungsträger am freien Ende der Struktur unterstützt.
Beispielsweise kann die Bandlücke der aktiven Zone innerhalb einer Ebene der aktiven Zone kontinuierlich und/oder in mehreren Stufen in Richtung auf das freie Ende der Struktur abnehmen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können entlang einer Längsachse der Struktur mehr als zwei
zueinander geneigte Kristallebenen und damit auch mehr als zwei zueinander geneigte Ebenen der aktiven Zone entlang der Längsachse der Struktur vorgesehen sein, wobei innerhalb einer Ebene der aktiven Zone in Richtung auf das freie Ende der Struktur die Bandlücke der aktiven Zone kontinuierlich und/oder stufenweise abnimmt.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein elektrischer
Kontakt am freien Ende der Struktur vorgesehen, mit dem die aktive Zone im Bereich des freien Endes elektrisch
vorgespannt werden kann. Durch die elektrische Vorspannung wird eine Kraft auf die freien Ladungsträger ausgeübt, die die freien Ladungsträger in Richtung auf das freie Ende der Struktur zieht. Auch dadurch wird die Wahrscheinlichkeit für eine strahlende Rekombination der Ladungsträgerpaare im
Bereich des freien Endes der Struktur erhöht.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die aktive Zone Indium, Aluminium und/oder Gallium aufweisen. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform die aktive Zone Schichten, insbesondere Quantentopfschichten mit Indium- Galliumnitrid aufweisen. Indium, Gallium, Aluminium und
Stickstoff sind Materialien, die für die Herstellung von aktiven Zonen insbesondere mit Quantentopfschichten verwendet werden können, wobei die Eigenschaften der Materialien und insbesondere der ternären Struktur der genannten Materialien sehr gut bekannt sind und deshalb zuverlässig eine gewünschte Halbleiterschichtstruktur mit einer aktiven Zone erzeugt werden kann. Die aktive Zone und insbesondere wenigstens eine QuantentopfSchicht der aktiven Zone kann auch andere oder zusätzliche Materialien der III. und/oder der V. Hauptgruppe des Periodensystems der chemischen Elemente sowie
Dotierstoffe von anderen Hauptgruppen und/oder Nebengruppen aufweisen, beispielsweise Elemente aus den Gruppen IV, IIA, IIB und VI. Dabei können auch quaternäre
Materialzusammensetzungen für die aktive Zone verwendet werden, mit denen eine säulenartige Struktur mit einer aktiven Zone hergestellt werden kann, wobei die Bandlücke der aktiven Zonen für eine strahlende Rekombination in Richtung auf ein freies Ende 25 der säulenartigen Struktur 5 abnimmt.
In einer weiteren Ausführungsform weist die aktive Zone
Schichten mit Indium-Galliumphosphid auf. Zudem kann die aktive Zone auch Aluminium und/oder als Gruppe V Element Arsen und/oder Antimon aufweisen. Auch diese
Materialkombination ist gut erforscht und kann deshalb zuverlässig zur Ausbildung von aktiven Zonen mit
Quantentopfschichten zur Erzeugung elektromagnetischer
Strahlung verwendet werden.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform weist die
säulenartige Struktur zwei Abschnitte auf. In einem ersten Abschnitt, der von einem Substrat ausgeht, nimmt der
Durchmesser mit dem Abstand vom Substrat zu. In einem sich daran anschließenden zweiten Abschnitt verjüngt sich der Durchmesser der säulenartigen Struktur in Richtung auf das freie Ende. Mithilfe dieser Anordnung werden eine größere Oberfläche und damit eine größere Fläche der aktiven Zone erreicht. Durch die größere Fläche der aktiven Zone wird eine höhere Ausbeute für die strahlende Rekombination der
Ladungsträger erreicht. In einer weiteren Ausführungsform ist die säulenartige
Struktur in der Weise ausgebildet, dass am freien Ende der Struktur eine Ebene vorgesehen ist, die im Wesentlichen quer, insbesondere senkrecht zu einer Längsachse der säulenartigen Struktur angeordnet ist. Auf dieser Ebene ist auch eine entsprechende ebene Schicht der aktiven Zone ausgebildet, wobei die Bandlücke für eine strahlende Rekombination von Ladungsträgern kleiner ist als auf angrenzenden Seitenflächen der säulenartigen Struktur.
Die beschriebene Anordnung eignet sich besonders zur
Herstellung eines Arrays mit mehreren Anordnungen, wobei wenigstens in einer ersten Richtung eine höhere Dichte von Anordnungen vorgesehen ist als in wenigstens einer zweiten Richtung. Auf diese Weise wird eine Verstärkung der
Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung in der ersten Richtung erreicht. Dadurch können höhere Strahlungsdichten in der ersten Richtung ohne die Verwendung von Spiegeln erreicht werden .
In einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens zwei Reihen von Anordnungen vorgesehen, die parallel zueinander
ausgerichtet sind. Dadurch wird eine einfache Struktur mit einer verstärkten Lichtabstrahlung in der einen Richtung bereitgestellt .
In einer weiteren Ausführungsform weist das Array wenigstens zwei Bereiche von Reihen auf, wobei in jedem Bereich
wenigstens zwei Reihen von Anordnungen parallel angeordnet sind. Die zwei Bereiche sind parallel zueinander angeordnet. Zudem weisen die zwei Bereiche einen Abstand senkrecht in Bezug auf die Ausrichtung der Reihen der Anordnungen
zueinander auf, der größer ist als ein mittlerer Abstand zweier benachbarter Anordnungen des gleichen Bereichs. Auf diese Weise werden streifenartige Bereiche bereitgestellt, die die Ausbildung elektromagnetischer Strahlung parallel zu einer Richtung verbessern.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die
Anordnungen der verschiedenen Bereiche in der Weise ausgebildet sein, dass die verschiedenen Bereiche elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugen. Dadurch können verschiedene Farben mithilfe eines Arrays bereitgestellt werden. Beispielsweise eignen sich die Anordnungen zur Ausbildung eines Arrays von Anordnungen, die von einer Strahlungsquelle mit elektromagnetischer Strahlung zum Strahlen angeregt werden.
Weiterhin kann ein Array von Anordnungen zur Ausbildung eines Sensors verwendet werden, der zum Nachweis einer
elektromagnetischen Strahlung dienen kann.
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, wobei Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer Anordnung,
Fig. 2 ein Diagramm für den Verlauf der Bandlücke entlang der Längsrichtung der Anordnung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer elektrisch
vorgespannten Anordnung,
Fig. 4 ein Array von Anordnungen,
Fig. 5 ein weiteres Array von Anordnungen,
Fig. 6 ein zusätzliches Array von Anordnungen,
Fig. 7 ein weiteres Array von Anordnungen,
Fig. 8 eine weitere Ausführungsform einer Anordnung,
Fig. 9 ein Diagramm mit einem Verlauf der Energie der
Bandlücke entlang einer Längsachse der Anordnung der Figur 8, Fig. 10 eine schematische Ansicht von oben auf die Anordnung der Figur 8 , und
Fig. 11 einen Querschnitt durch die Anordnung der Figur 1 im ersten Abschnitt darstellt. Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine
Anordnung 1. Die Anordnung 1 ist auf einem Substrat 2
angeordnet. Auf dem Substrat 2 ist eine Maskenschicht 3 beispielsweise aus Siliziumoxid oder aus SiN aufgebracht. Die Maskenschicht 3 kann mit einer Gasphasenabscheidung (CVD) erstellt werden und eine Dicke von 100 nm aufweisen. Das Substrat 2 ist beispielsweise aus Saphir oder einer
Templateschicht u.a. aus n-leitendem GaN ausgebildet. Die Maskenschicht 3 weist ein Loch 4 auf, durch das sich eine säulenartige Struktur 5 erstreckt. Die säulenartige Struktur 5 stellt einen Nanostab (Nanorod) dar. Das Loch 4 kann mithilfe verschiedener Verfahren wie z.B. mithilfe eines photolithographischen Verfahrens, mithilfe eines Lasers, mithilfe eines Nano-Imprint-Verfahrens zur Markierung der
Position des Loches und einem Ätzschritt wie z.B. einem RIE- Verfahren oder einem nasschemischen Verfahren in die
Maskenschicht 3 eingebracht werden. Das Loch 4 kann z.B.
einen Durchmesser von 200 nm aufweisen. Die Struktur 5 erstreckt sich von der Ebene des Substrates 2 weg und ist beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des
Substrats 2 ausgerichtet. Die säulenartige Struktur 5 ist aus einem leitenden Material hergestellt oder weist wenigstens auf einer Oberfläche eine elektrisch leitende Schicht auf. Beispielsweise ist die Struktur 5 aus einem elektrisch leitenden Halbleitermaterial, insbesondere aus Galliumnitrid gebildet und beispielsweise mit Silizium negativ dotiert. Die säulenartige Struktur 5 weist in dieser Ausführungsform eine Kristallstruktur auf, die weitestgehend der Kristallstruktur des Saphirs oder der Templateschicht entspricht. Dazu wird die Struktur 5 epitaktisch auf dem Substrat 2 beispielsweise mithilfe einer Gasphasenepitaxie (MOVPE) aufgewachsen. Die Struktur 5 weist beispielsweise eine hexagonale Wurtzit- Struktur auf, deren c-Achse weg von der Ebene des Substrates 2, beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Substrates 2 ausgerichtet ist. Auf einer Oberfläche der säulenartigen Struktur 5 ist eine Halbleiterschichtstruktur 6 aufgebracht. Die Halbleiterschichtstruktur 6 weist eine aktive Zone 7 auf, die als dreidimensionale Mantelschicht auf der Oberfläche der Struktur 5 ausgebildet ist. Die aktive Zone 7 weist zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung beispielsweise mehrere Schichten, insbesondere eine oder mehrere Quantentopfschichten auf, die durch Barriereschichten in Form von Zwischenschichten voneinander getrennt sind. Die einzelnen Schichten sind dabei parallel zur Oberfläche der Struktur 5 übereinander angeordnet. Auf die aktive Zone 7 ist eine positiv dotierte Halbleiterschicht aufgebracht, die eine Außenschicht 8 bildet. Die Struktur 5 bildet zusammen mit der Halbleiterschichtstruktur 6 und der Außenschicht 8 eine LED Struktur mit einem pn-Übergang, der senkrecht zur Oberfläche der Struktur 5 angeordnet ist und eine dreidimensionale aktive Zone 7 zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung darstellt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch weitere Schichten zwischen der Struktur 5 und der
Halbleiterschichtstruktur 6 und/oder zwischen der
Halbleiterschichtstruktur 6 und der Außenschicht 8 vorgesehen sein.
Die aktive Zone 7 weist beispielsweise Indium und Gallium auf, insbesondere Schichten aus Indium-Galliumnitrid oder Indium-Galliumphosphid auf. Die Außenschicht 8 ist
beispielsweise aus Aluminium-Galliumnitrid gebildet, wobei für eine positive Dotierung beispielsweise Magnesium
verwendet wird. Die aktive Zone und insbesondere wenigstens eine QuantentopfSchicht der aktiven Zone und/oder die
Außenschicht 8 kann auch andere und/oder zusätzliche
Materialien der III. und/oder der V. Hauptgruppe des
Periodensystems der chemischen Elemente sowie Dotierstoffe von anderen Hauptgruppen und/oder Nebengruppen aufweisen, beispielsweise Elemente aus den Gruppen IV, IIA, IIB und VI. Dabei können ternäre und/oder quaternäre
Materialzusammensetzungen für die aktive Zone 7 verwendet werden, mit denen eine säulenartige Struktur mit einer aktiven Zone bedeckt werden kann, wobei die Bandlücke der aktiven Zonen für eine strahlende Rekombination in Richtung auf ein freies Ende 25 der säulenartigen Struktur 3 abnimmt.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann eine
seitliche Außenfläche 9 der Struktur 5 im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Substrates 2 angeordnet sein. Weiterhin kann in einer gewählten Ausführungsform, die in Fig. 1 dargestellt ist, der Durchmesser der Struktur 5 in einem ersten Abschnitt 10 mit zunehmendem Abstand vom
Substrat 2 zunehmen. Bei dieser Ausführungsform sind die seitlichen Außenflächen 9 im ersten Abschnitt 10 senkrecht zum Substrat 2 angeordnet. Abhängig von der gewählten
Ausführungsform können die Außenflächen 9 auch nach innen oder nach außen geneigt angeordnet sein. Die seitlichen
Außenflächen 9 im ersten Abschnitt 10 sind gemäß den
senkrechten nicht-polaren m- oder a-Ebenen oder den nach innen oder nach außen geneigten semipolaren Ebenen des
Wurtzitkristalls angeordnet. Beispielsweise können die
Außenflächen 9 nach innen oder außen geneigt angeordnet sein und einen Winkel von kleiner als 5° zu einer Achse aufweisen, die senkrecht auf dem Substrat 2 steht.
In einem zweiten Abschnitt 11 sind die Außenflächen 9 nach innen geneigt angeordnet und der Durchmesser der Struktur 5 nimmt im zweiten Abschnitt 11 mit zunehmendem Abstand vom
Substrat 2 ab . Im zweiten Abschnitt 11 sind die Außenflächen 9 gemäß den nach innen geneigt angeordneten semipolaren
Ebenen des Wurtzitkristalls angeordnet. Im Bereich eines freien Endes 25 der Struktur 5 ist eine Ebene 12 ausgebildet, die im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung der
Struktur 5 ausgebildet ist. Die Ebene 12 ist gemäß der polaren c-Ebene (0001) des Wurtzitkristalls angeordnet. Die Halbleiterschichtstruktur 6 ist parallel zu den Ebenen der Außenflächen 9 der Struktur 5 angeordnet. Damit ist auch die aktive Zone 7 und die entsprechenden Quantentopfschichten und Barriereschichten parallel zu den Außenflächen 9 der Struktur 5 in Längsrichtung der Anordnung in mehreren, geneigt
zueinander angeordneten Ebenen ausgebildet.
Beispielsweise kann die Bandlücke der aktiven Zone 7
innerhalb einer Ebene kontinuierlich und/oder in mehreren Stufen in Richtung auf das freie Ende 25 der Struktur 5 abnehmen. Somit nimmt beispielsweise die Bandlücke der aktiven Zone 7 innerhalb der Ebene des ersten Abschnittes 10 in Richtung auf das freie Ende 25 der Struktur 5
kontinuierlich und/oder stufenweise ab. Ebenso kann die
Bandlücke der aktiven Zone 7 innerhalb der Ebene des zweiten Abschnittes 11 in Richtung auf das freie Ende 25 der Struktur 5 kontinuierlich und/oder stufenweise abnehmen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können entlang der Längsachse der Anordnung auch mehr als zwei zueinander geneigte Ebenen der aktiven Zone 7 vorgesehen sein. Im dritten Abschnitt 23, der oberhalb der Ebene 12 angeordnet ist, weist die aktive Zone 7 beispielsweise eine konstante Bandlücke auf, die kleiner oder gleich groß ist wie die Bandlücke der aktiven Zone 7 im zweiten Abschnitt 11. Die Außenschicht 8 bedeckt in Form einer Mantelschicht die Halbleiterschichtstruktur 6. Die Struktur 5 ist mit einem ersten Ende mit dem Substrat 2 verbunden. Ein zweites, freies Ende 25 der Struktur 5 ist gegenüber liegend zum ersten Ende vom Substrat 2 abgewandt angeordnet.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Verlauf der Energie der Bandlücke für eine strahlende Rekombination von Ladungsträgern in der aktiven Zone 7 der Anordnung 1 der Fig. 1 entlang der Längserstreckung der Anordnung 1. Dabei ist zu erkennen, dass die Energie der Bandlücke beginnend bei der Maskenschicht 3 in Richtung auf das freie Ende 25 der Struktur 5 im ersten Abschnitt 10 abnimmt, insbesondere kontinuierlich abnimmt. Beim Übergang vom ersten Abschnitt 10 zum zweiten Abschnitt 11 erfolgt ein Sprung in der Bandlücke zu einer kleineren Bandlücke, d.h. zu einer niedrigeren
Energie der Bandlücke. Ebenso erfolgt ein Sprung in der Energie der Bandlücke zu einem noch niedrigeren Niveau beim Übergang vom zweiten Abschnitt 11 zum dritten Abschnitt 23 über der Ebene 12. In dem Diagramm sind die Anfangsenergie EO für die Bandlücke im Bereich der Maskenschicht 3, ein erstes Energieniveau El beim Übergang vom ersten Abschnitt 10 zum zweiten Abschnitt 11, ein zweites Energieniveau E2 auf dem zweiten Abschnitt 11, und ein drittes Energieniveau E3 für die Bandlücke auf dem dritten Abschnitt 23 auf der x-Achse dargestellt. Auf der y-Achse ist die Längserstreckung h der Anordnung 1 mit dem ersten Abschnitt 10, dem zweiten
Abschnitt 11 und einem dritten Abschnitt 23 über der Ebene 12 angegeben .
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Bandlücke der aktiven Zone innerhalb eines Abschnittes 10, 11, d.h. innerhalb einer Ebene der aktiven Zone auch in Stufen
und/oder in Stufen und kontinuierlich kleiner werden.
Die Energie der Bandlücke wird beispielsweise dadurch
abnehmend eingestellt, indem die Dicke wenigstens einer
QuantentopfSchicht der aktiven Zone, die eine
elektromagnetische Strahlung erzeugt, mit zunehmendem Abstand von der Maskenschicht 3 größer wird. Sind mehrere
Quantentopfschichten vorgesehen, so nimmt die Dicke jeder QuantentopfSchicht mit zunehmendem Abstand von der
Maskenschicht 3 zu. Zudem oder anstelle der Zunahme der
Schichtdicke kann eine Zunahme der Indiumkonzentration in der bzw. den Quantentopfschichten mit zunehmendem Abstand von der Maskenschicht vorliegen, um die Energie der Bandlücke
abnehmend in Richtung auf das obere freie Ende 25 der
Struktur 5 auszubilden.
Durch die Abnahme der Energie der Bandlücke, d.h. durch die Abnahme der Größe der Bandlücke werden freie Ladungsträger in der Halbleiterschichtstruktur 6 in Richtung auf die Ebene 12 gesogen und rekombinieren strahlend im Bereich oberhalb der Ebene 12 mit größerer Wahrscheinlichkeit. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit für eine strahlende Rekombination im
Bereich oberhalb der Ebene 12 erhöht.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch andere Materialien als Substrat 2 wie z. B. Silizium oder
Siliziumcarbid verwendet werden, die gegebenenfalls mit einer GaN, A1N, AlGaN o.ä. Pufferschicht bedeckt sind. Zudem können auch andere Materialien zur Ausbildung der Struktur 5 verwendet werden. Beispielsweise kann Indium, Gallium,
Aluminium, Phosphor, Stickstoff oder andere Materialien der III. und/oder V. Gruppe des chemischen Periodensystems zur Ausbildung der Struktur 5 und zur Ausbildung der
Halbleiterschichtstruktur 6 verwendet werden. Weiterhin kann in einer weiteren Ausführungsform die Struktur 5 auch positiv dotiert und die Außenschicht 8 der
Halbleiterschichtstruktur 6 auch negativ dotiert ausgebildet sein. Zudem können auch weitere Schichten vorgesehen sein, die beispielsweise Haftschichten, Barriereschichten oder Spiegelschichten darstellen.
Beispielsweise kann die Dicke der QuantentopfSchicht entlang des ersten Abschnittes 10 um 50% zunehmen. Zudem kann in einer weiteren Ausführungsform die Konzentration von Indium in wenigstens einer der Quantentopfschichten der aktiven Zone 7 ausgehend von der Maskenschicht 3 entlang des ersten
Abschnittes 10 bis zum Übergang zum zweiten Abschnitt 11 um bis zu 30% oder mehr zunehmen. Sowohl die Zunahme der
Indiumkonzentration in wenigstens einer QuantentopfSchicht als auch die Zunahme der Schichtdicke wenigstens einer
QuantentopfSchicht der aktiven Zone 7 kann kontinuierlich oder stufenweise, insbesondere innerhalb einer Schichtebene erfolgen. Bei mehreren Quantentopfschichten in der aktiven Zone können die Zunahme der Dicke und/oder die Zunahme der Indiumkonzentration bei jeder QuantentopfSchicht vorgesehen sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Außenfläche 9 der Struktur 5 beispielsweise eine m-Ebene der Wurtzitkristallstruktur darstellen. Zudem kann der zweite Abschnitt 11 durch r-Ebenen oder andere semipolare Ebenen der Wurtzitkristallstruktur gebildet sein. Weiterhin kann die Ebene 12 der Struktur 5 durch eine c-Ebene der
Wurtzitkristallstruktur gebildet sein.
Auf der Außenschicht 8 ist eine Kontaktschicht 13
aufgebracht, die für die elektromagnetische Strahlung, die von der aktiven Zone 7 erzeugt wird, im Wesentlichen
durchlässig ist und zur elektrischen Kontaktierung der
Außenschicht 8 und damit der p-Seite der Anordnung 1
verwendet wird. Die Kontaktschicht 13 kann aus einem TCO- Material wie z.B. aus Indium-Zinn-Oxid bestehen. Zudem kann auf die Maskierungsschicht 3 eine Spiegelschicht 14
aufgebracht werden, die die elektromagnetische Strahlung, die von der aktiven Zone 7 erzeugt wird, nach oben vom Substrat 2 weg reflektiert. Eine elektrische Kontaktierung der n-Seite der Anordnung erfolgt beispielsweise über die Struktur 5 und/oder über das Substrat 2. Die Spiegelschicht 14 kann elektrisch leitend ausgebildet sein und zur elektrischen
Kontaktierung der Kontaktschicht 13 vorgesehen sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann zwischen der
Maskenschicht 3 und der Spiegelschicht 14 eine elektrisch leitende weitere Kontaktschicht 24 zur elektrischen
Kontaktierung der Kontaktschicht 13 vorgesehen sein. Die elektrische Kontaktierung der Struktur 5 kann über das
Substrat oder über eine weitere elektrische Kontaktschicht, die auf dem Substrat aufgebracht ist, erfolgen. Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Anordnung 1, die im wesentlichen wie in Figur 1 ausgebildet ist, wobei im Bereich des freien Endes 25 der Struktur 5 oberhalb der Ebene 12 direkt auf der Halbleiterschichtstruktur 6 eine
Isolationsschicht 16 aufgebracht ist. Somit bedeckt die
Kontaktschicht 13 nicht die Spitze der
Halbleiterschichtstruktur 6, sondern nur die Außenflächen 9 im Bereich des ersten und des zweiten Abschnittes 10,11. Auf der Isolationsschicht 16 ist ein weiterer elektrischer
Kontakt 15 vorgesehen ist, der für eine elektrische
Vorspannung der Anordnung verwendet wird. Der weitere Kontakt 15 ist durch eine Isolationsschicht 16, die beispielsweise aus Siliziumoxid gebildet ist, von der Kontaktschicht 13 elektrisch getrennt. Auf diese Weise kann eine Vorspannung an das freie Ende 25, d. h. die Spitze der Struktur 5 angelegt werden, um einen Transport von freien Ladungsträgern in
Richtung auf die Ebene 12 zu unterstützen. Durch die
Vorspannung kann insbesondere bei einer größeren Lochmasse wie beispielsweise bei der Verwendung von Galliumnitrid für die Ausbildung der aktiven Zone die Anzahl der verfügbaren Ladungsträger erhöht und damit die Schwellstromdichte und die Schwellspannung reduziert werden. Der weitere Kontakt 15 besteht vorzugsweise aus einem für die von der aktiven Zone 7 erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässigem Material.
Zur Herstellung der Struktur 5 und der
Halbleiterschichtstruktur 6 können MOVPE-Verfahren, aber auch VPE- und MBE-Verfahren oder Sputter-Verfahren verwendet werden. Beispielsweise kann während des Abscheidens der
QuantentopfSchicht der Halbleiterschichtstruktur 6
beispielsweise bei einem MOVPE-Verfahren der Druck im MOVPE- Reaktor erhöht werden. Typischerweise kann während des MOVPE- Verfahrens ein Druck von 20% bis 150% eines üblichen Drucks verwendet werden, der bei einem MOVPE-Verfahren zur
Abscheidung einer zweidimensionalen QuantentopfSchicht verwendet wird. Dies führt zu einem Temperaturgradienten beim Abscheiden der QuantentopfSchicht mit etwas höheren
Temperaturen im Bereich des Substrates 2 und abnehmenden
Temperaturen mit zunehmendem Abstand vom Substrat 2. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit für den Einbau von Indium in die QuantentopfSchicht mit zunehmendem Abstand vom Substrat 2 erhöht, sodass die Konzentration von Indium in der
QuantentopfSchicht mit zunehmendem Abstand vom Substrat 2 zunimmt. Somit nimmt die Energie der Bandlücke der QuantentopfSchicht für eine strahlende Rekombination mit zunehmendem Abstand vom Substrat 2 ab.
Weiterhin werden für die Abscheidung von Indium-Gallium- Nitrid-Quantentopfschichten bei der Verwendung eines MOVPE- Verfahrens ähnliche Drücke und Temperaturen verwendet wie für die Herstellung von zweidimensionalen Indium-Galliumnitrid- Quantentopfschichten . Dabei werden TE-Gallium oder TM-Gallium und TM-Indium als Metalloxid-Precursor und H3 als Gruppe-V- Quelle verwendet. Die Dotierung der Schichten und die
Dotierung der säulenartigen Struktur 5 erfolgt wie bei der Erzeugung einer zweidimensionalen Halbleiterschichtstruktur. Bei der Abscheidung der Halbleiterschichtstruktur 6 werden beispielsweise Temperaturen zwischen 500°C und 900°C
verwendet, wobei die verwendete Temperatur abhängig von der gewünschten Indiumkonzentration in der QuantentopfSchicht eingestellt wird.
Weiterhin ist die Dicke der QuantentopfSchicht und die
Konzentration von Indium in der QuantentopfSchicht bei der Abscheidung abhängig von der Orientierung der Außenfläche 9 der Struktur 5, auf die die Halbleiterschichtstruktur 6 abgeschieden wird. Abhängig von der gewählten Ausführungsform wird im ersten Abschnitt 10 beim Abscheiden der aktiven Zone weniger Indium in die InGaN QuantentopfSchicht eingebaut als im zweiten Abschnitt 11. Zudem wird im zweiten Abschnitt 11 beim Abscheiden weniger Indium in die InGaN
QuantentopfSchicht eingebaut als auf der Ebene 12. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Dicke der
QuantentopfSchicht im ersten Abschnitt 10, im zweiten
Abschnitt 11 und im dritten Abschnitt 23 konstant sein. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform die Dicke der QuantentopfSchicht im ersten Abschnitt 10 kleiner sein als im zweiten Abschnitt 11 und im dritten Abschnitt 23 kleiner sein als im zweiten Abschnitt 11. Bei dieser Ausführungsform kann die Indiumkonzentration im ersten, im zweiten und im dritten Abschnitt 10,11,23 konstant sein. Zudem kann in einer weiteren Ausführungsform die Indiumkonzentration im dritten Abschnitt 23 größer sein als im zweiten Abschnitt 11 und im zweiten Abschnitt 11 größer sein als im ersten Abschnitt 10. Zudem sind die Energien für die Bandlücken der
Quantentopfschichten auch bei gleicher Indiumkonzentration aufgrund von piezoelektrischen Feldern auf den verschiedenen Ebenen des Wurtzitkristalls unterschiedlich groß. Die Energie der Bandlücke ist im dritten Abschnitt 23 über der Ebene 12 (c-Ebene) kleiner als in dem zweiten Abschnitt 11 (r-Ebene) . Die Energie der Bandlücke ist im zweiten Abschnitt 11 (1- Ebene) kleiner als im ersten Abschnitt 10 (m-Ebene) .
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Array von mehreren Anordnungen 1. Die Anordnungen 1 sind beispielsweise gemäß den Ausführungsformen der Fig. 1 oder der Fig. 2 ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Bandlücke der aktiven Zone der Anordnungen 1 der Figur 4 entlang der Längsachse der Anordnung auch konstant sein.
Das Array kann beispielsweise als LED-Array zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, als Sensor-Array zur Erfassung einer elektromagnetischen Strahlung oder als Laser-Array verwendet werden, das mit einer zusätzlichen
Strahlungsquelle, insbesondere einem Laser als Pumpquelle mit elektromagnetischer Strahlung versorgt wird. Bei der
Ausbildung als Sensor-Array wird die Halbleiterstruktur der Anordnungen elektrisch in Sperrrichtung vorgespannt. Bei Einfall einer elektromagnetischen Strahlung in das Array ändert sich der Widerstand der Halbleiterstruktur und es kann ein Signal an den elektrischen Anschlüssen jeder Anordnung bzw. des Arrays erkannt werden.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Arrays, bei dem die Anordnungen 1 in Reihen 17 angeordnet sind, wobei jede Reihe 17 entlang einer Vorzugsrichtung 18 ausgerichtet ist. Die Vorzugsrichtungen 18 der Reihen 17 sind parallel zueinander angeordnet. Die Anordnungen 1 sind beispielsweise gemäß den Ausbildungsformen der Fig. 1 oder der Fig. 2 ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Bandlücke der aktiven Zone der Anordnungen 1 der Figur 5 entlang der Längsachse der Anordnung, insbesondere entlang des ersten Abschnittes 10 auch konstant sein. Durch die
Anordnung der Anordnungen 1 in Reihen 17 in den
Vorzugsrichtungen 18 wird die Verstärkung einer
elektromagnetischen Strahlung parallel zu den
Vorzugsrichtungen 18 unterstützt. Auf diese Weise können beispielsweise Spiegelstrukturen eingespart werden. Mithilfe der Reihen 17 kann die Schwellstromdichte reduziert werden und gleichzeitig in der Vorzugsrichtung 18 die
elektromagnetische Strahlungsdichte erhöht werden.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Array mit mehreren Bereichen 19, wobei jeder Bereich 19 zwei Reihen 17 von Anordnungen 1 aufweist. Die Reihen 17 der Bereiche 19 sind jeweils in einer Vorzugsrichtung 18 ausgerichtet. Gemäß der dargestellten Ausführungsform sind die Vorzugsrichtungen 18 der Reihen 17 jeweils parallel zueinander angeordnet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch mehr als zwei Reihen 17 in einem Bereich 19 angeordnet sein. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform die Vorzugsrichtung 18 der Bereiche 19 unterschiedlich ausgerichtet sein.
Durch die erhöhte Dichte der Anordnungen 1 in einer
festgelegten Vorzugsrichtung 18 werden die Schwellstromdichte reduziert und die Verstärkung der Laserstrahlung entlang der Vorzugsrichtung 18 erhöht. Die Anordnungen 1 sind
beispielsweise gemäß den Ausbildungsformen der Fig. 1 oder der Fig. 2 ausgebildet. Abhängig von der gewählten
Ausführungsform kann die Bandlücke der aktiven Zone der
Anordnungen 1 der Figur 6 entlang der Längsachse der
Anordnung, insbesondere entlang des ersten Abschnittes 10 auch konstant sein. Fig. 7 zeigt ein weiteres Array mit drei Bereichen 20, 21, 22. Die Anordnungen 1 sind beispielsweise gemäß den
Beispielen der Fig. 1 oder 2 ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Bandlücke der aktiven Zone der Anordnungen 1 der Figur 7 entlang der Längsachse der Anordnung, insbesondere entlang des ersten Abschnittes 10 auch konstant sein.
Im ersten Bereich 20 sind Anordnungen 1 angeordnet, deren erzeugte elektromagnetische Strahlung in einem ersten
Wellenlängenbereich liegt. In einem zweiten Bereich 21 sind Anordnungen 1 angeordnet, deren erzeugte elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich liegt. In einem dritten Bereich 22 sind Anordnungen 1 angeordnet, deren erzeugte elektromagnetische Strahlung in einem dritten
Wellenlängenbereich liegt. Beispielsweise kann der erste Wellenlängenbereich elektromagnetische Strahlung mit der Farbe Rot, der zweite Wellenlängenbereich eine
elektromagnetische Strahlung mit der Farbe Grün und der dritte elektromagnetische Wellenlängenbereich eine
elektromagnetische Strahlung mit der Farbe Blau darstellen. Vorzugsweise sind die drei Bereiche 20, 21, 22 auf einem einzelnen Chip angeordnet. Der erste Bereich 20 erzeugt beispielsweise grünes Licht, der zweite Bereich 21 blaues Licht und der dritte Bereich 22 rotes Licht. Vorzugsweise sind die Anordnungen 1 in Reihen 17 angeordnet, deren
Vorzugsrichtung 18 parallel zueinander ausgerichtet sind, wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist. Weiterhin können die Anordnungen 1 der verschiedenen Bereiche 20, 21, 22 sich sowohl im Aufbau als auch in der Größe als auch in der Dichte, d.h. in den Abständen zwischen den benachbarten Anordnungen 1 unterscheiden. Durch das in Fig. 7 dargestellte Array kann ein Chip mit einem Array mit
Anordnungen 1 bereitgestellt werden, das verschiedene Farben emittiert . Durch die hohe Dichte der Anordnungen auf einem Chip wird eine hohe Ausgangsleistung der elektromagnetischen Strahlung erreicht. Die Ausgangsleistung der elektromagnetischen
Strahlung kann durch die Dichte und/oder die Anzahl der Anordnungen eingestellt werden.
Die Anordnungen, die Nanostrukturen darstellen, können auf großen Flächen kostengünstiger Substrate hergestellt werden. Die Herstellungsverfahren sind ähnlich den
Herstellungsverfahren für zweidimensionale
Halbleiterschichtstrukturen mit aktiven Zonen zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung. Die Anordnungen können mit anderen optoelektronischen Vorrichtungen und/oder
Auswerteschaltungen kombiniert werden, um neue
Funktionalitäten bereitzustellen. Beispielsweise kann ein Array von Anordnungen mit einer Strahlungsquelle,
beispielsweise einem Laser oder einer LED kombiniert werden, wobei die Strahlungsquelle das Array der Anordnungen mit elektromagnetischer Strahlung mit einer kürzeren Wellenlänge zum Strahlen anregt als die Wellenlänge der
elektromagnetischen Strahlung, die von den Anordnungen erzeugt wird.
Zudem können Bereiche von Anordnungen mit verschiedenen Farben, wie z.B. Rot, Gelb, Blau und/oder Grün auf einem einzigen Chip kombiniert werden. Beispielsweise können die Arrays mit Anordnungen zur Realisierung von Lichtprojektoren verwendet werden. Zudem kann ein VCSEL-Laser mithilfe der Arrays dargestellt werden, wobei sowohl auf der Seite des Substrates als auch parallel dazu in einem festgelegten Abstand eine Spiegelschicht ausgebildet ist. Als
Spiegelschichten werden beispielsweise planare Bragg- Reflektoren verwendet, die aus Schichten mit abwechselnd niedriger und hoher Brechzahl aufgebaut sind. Die Schichten haben jeweils eine optische Weglänge von einem Viertel der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung der
Anordnungen . Weiterhin kann ein Array mit Anordnungen mit einem Flashspeicher (EEPROM) kombiniert oder in einen Flashspeicher integriert werden. Die Anordnungen können zum Informationsoder Datentransfer an eine optische Faser angekoppelt sein. Weiterhin kann ein Array von Anordnungen mit einer Solarzelle kombiniert werden. Insbesondere kann ein Array von
Anordnungen von einer Solarzelle mit Strom versorgt werden.
Als Materialien für die Ausbildung der Anordnungen,
insbesondere für die Ausbildung der aktiven Zone können alle halbleitenden Materialien verwendet werden, die einen
direkten Bandübergang mit einer strahlenden Rekombination für Ladungsträgerpaare ermöglichen und die die Ausbildung einer aktiven Zone mit einer sich örtlich ändernden Bandlücke ermöglichen.
Beispielsweise kann Bornitrid, Galliumantimonid,
Galliumarsenid, Galliumnitrid, Galliumarsenidphosphid,
Indiumantimonid, Indiumarsenid, Indiumnitrid, Indiumphosphid, Aluminium-Galliumarsenid, Indium-Galliumarsenid, Indium- Galliumphosphid, Aluminium- Indiumarsenid,
Galliumarsenidphosphid, Galliumarsenidantimonid, Aluminium- Galliumnitrid, Indium-Galliumnitrid, Aluminium-Gallium- Indiumphosphid, Gallium-Indiumarsenidantimonidphosphid,
Cadmiumselenid, Zinkoxid, Zinkselenid, Zinksulfid,
Zinktellurid, Cadmium-Zinktellurid, Kupferchlorid,
Kupfersulfid, Bleiselenid, Kupfer-Indium-Galliumselenid, Kupfer-Zink-Zinnsulfid, Kupfer-Indiumselenid als Materialien für die Ausbildung der aktiven Zone zur Erzeugung
elektromagnetischer Strahlung verwendet werden. Z.B. kann zur Ausbildung der Struktur 5, der aktiven Zone 7 und/oder der Außenschicht 13 folgende Materialzusammensetzung verwendet werden: AlxGayInzBvNaASbPcSbd mit v+x+y+z < 1, mit a+b+c+d ^ 1, mit 0 ^ a, b, c, d, v, x, y, z < 1. Durch eine entsprechende
Variation der Dicke wenigstens einer QuantentopfSchicht der aktiven Zone und/oder einer Variation der Zusammensetzung des Materials der aktiven Zone, insbesondere wenigstens einer QuantentopfSchicht der aktiven Zone wird beispielsweise mit einer ternären und/oder einer quaternären Verbindung eine Abnahme der Bandlücke in der aktiven Zone für eine strahlende Rekombination in Richtung auf das freie Ende 25 der Struktur 5 erreicht.
Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Anordnung, die im Wesentlichen gemäß der Anordnung der Figur 1 aufgebaut ist. Jedoch ist im Gegensatz zur Anordnung der Figur 1 die Oberfläche 9 der Struktur 5 im dritten Abschnitt 23 nicht als plane Ebene senkrecht zur Längsachse der Struktur 5
ausgebildet, sondern es sind mehrere Flächen ausgebildet, die in einem Winkel kleiner als 90° geneigt zur Längsachse angeordnet sind. Im dritten Abschnitt 23 sind somit mehrere semipolare Flächen der Struktur 5 ausgebildet, auf denen auch die Halbleiterschichtstruktur 6 mit der aktiven Zone 7 angeordnet ist.
Die semipolaren Flächen der Außenfläche 9 der Struktur 5 im dritten Abschnitt 23 treffen sich in einem gemeinsamen oberen Punkt 26. Ebenso treffen sich die Flächen der
Hableiterschichtstruktur 6 im dritten Abschnitt 23 in einem Punkt oberhalb des Punktes 26. Somit bildet die aktive Zone 7 oberhalb des Punktes 26 eine kleine Fläche, die
beispielsweise kreisförmig ausgebildet ist und einen
Durchmesser von beispielsweise kleiner als 10 nm aufweisen kann. Somit kann die Zone 7 über dem Punkt 26 in einem
Quantenpunkt zusammenlaufen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die
Oberfläche 9 der Struktur 5 im dritten Abschnitt 23 auch Flächen ausbilden, die in eine Ebene übergehen, die senkrecht zur Längsachse der Struktur 5 angeordnet ist. Bei dieser Ausbildungsform kann die aktive Zone 7 über der Ebene auch eine größere ebene Fläche ausbilden, wie in Figur 1 gezeigt. Zudem kann die Anordnung eine Isolationsschicht 16 und einen weiteren Kontakt 15 aufweisen, um die Spitze der Anordnung elektrisch vorzuspannen. Auf den Kontakt 15 und die
Isolationsschicht 16 kann auch verzichtet werden.
Figur 9 zeigt in einer schematischen Darstellung den Verlauf der Bandkante entlang der Längsachse der Anordnung 1. Entlang dem ersten Abschnitt 10 sinkt die Energie der Bandlücke ausgehend von der Maskenschicht 3 in Richtung auf das freie Ende der Anordnung 1 von einer nullten Energie E0 auf eine erste Energie El. Beim Übergang zum zweiten Abschnitt 11 sinkt die Bandlücke auf eine zweite Energie E2. Entlang dem zweiten Abschnitt 11 sinkt die Energie der Bandlücke von der zweiten Energie E2 auf eine dritte Energie E3. Beim Übergang zum dritten Abschnitt 23 sinkt die Energie der Bandlücke von der dritten Energie E3 auf eine vierte Energie E4. Entlang dem dritten Abschnitt 23 sinkt die Energie der Bandlücke in Richtung auf das freie Ende der Anordnung 1 von der vierten Energie E4 auf eine fünfte Energie E5. Beim Übergang zum Quantenpunkt kann die Energie der Bandlücke konstant auf der fünften Energie verharren oder auf eine sechste Energie E6 sinken. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Bandlücke in Richtung auf das freie Ende der Anordnung kontinuierlich, diskontinuierlich und/oder stufenweise absinken . Figur 10 zeigt in einer schematischen Darstellung eine
Ansicht von oben auf eine Anordnung 1 der Figur 8.
In den dargestellten Figuren ist die
Halbleiterschichtstruktur 6 mantelförmig ausgebildet und bedeckt im wesentlichen die gesamte Oberfläche 9 der Struktur 5. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch nur Teilflächen der Oberfläche 9 der Struktur 5 mit der
Halbleiterschichtstruktur 6 bedeckt sein, wobei wenigstens eine Teilflächen bis in den Bereich des freien Endes der Struktur reicht. Figur 11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Anordnung 1 der Figur 1 im ersten Abschnitt. Dabei ist die mantelförmig umlaufende Halbleiterschichtstruktur 6 mit der aktiven Zone 7 zu sehen, die die Außenfläche 9 der Struktur 5 bedeckt. Die Kontaktschicht 13 ist ebenfalls mantelförmig auf der Halbleiterschichtstruktur 6 ausgebildet. In der
dargestellten Ausführungsform weist die Struktur 5 eine sechseckige Grundfläche auf. Abhängig von der gewählten
Ausführungsform kann die Struktur 5 auch andere Grundflächen aufweisen, insbesondere kann die Grundfläche weniger oder mehr Ecken aufweisen. Die Anordnung 1 weist im zweiten
Abschnitt 11 einen analogen Querschnitt auf, wobei die Fläche der Struktur 5 kleiner ausgebildet ist. Sollte ein dritter Abschnitt 23 vorgesehen sein, wie in der Ausführungsform der Figur 8 und 10 dargestellt ist, dann weist auch der dritte Abschnitt 23 einen analogen Querschnitt auf.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte
Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der
Erfindung zu verlassen. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102013104273.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 Anordnung
2 Substrat
3 Maskenschicht
4 Loch
5 Struktur
6 Halbleiterschichtstruktur
7 aktive Zone
8 Außenschicht
9 Außenfläche
10 erster Abschnitt
11 zweiter Abschnitt
12 Ebene
13 Kontaktschicht
14 Spiegelschicht
15 Weiterer Kontakt
16 Isolationsschicht
17 Reihe
18 Vorzugsrichtung
19 Bereich
20 erster Bereich
21 zweiter Bereich
22 dritter Bereich
23 dritter Abschnitt
24 weitere Kontaktschicht
25 freies Ende
26 oberer Punkt

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (1) mit einer säulenartigen Struktur (5), die mit einem Ende auf einem Substrat (2) angeordnet ist, wobei die Struktur (5) wenigstens teilweise mit einer Halbleiterschichtstruktur (6) mit einer aktiven Zone (7) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung bedeckt ist, wobei die aktive Zone (7) eine Bandlücke für eine strahlende Rekombination aufweist, wobei die aktive Zone (7) in der Weise ausgebildet ist, dass die Bandlücke entlang einer Längsachse der Struktur (5) in Richtung eines freien Endes (12) der Struktur (5) abnimmt, so dass eine Diffusion von Ladungsträgern in Richtung des freien Endes (25) der Struktur (5) und eine strahlende
Rekombination von Ladungsträgerpaaren im Bereich des freien Endes (25) der Struktur (5) unterstützt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die aktive Zone (7)
wenigstens 85 % der Außenfläche der säulenartigen
Struktur (5) bedeckt.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke wenigstens einer QuantentopfSchicht der aktiven Zone (7) wenigstens in einem Abschnitt in
Richtung auf das freie Ende (25) der Struktur (5) zunimmt .
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich eine Materialzusammensetzung der aktiven Zone (7), insbesondere einer QuantentopfSchicht wenigstens in einem Abschnitt in Richtung auf das freie Ende (25) der
Struktur (5) in der Weise ändert, dass die Bandlücke in Richtung auf das freie Ende (25) der Struktur
(5) abnimmt .
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktive Zone (7) in der Weise ausgebildet ist, dass die Bandlücke wenigstens in einem Abschnitt (10,11) in Richtung auf das freie Ende (25) kontinuierlich abnimmt.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktive Zone (7) in Längsrichtung der Struktur (5) wenigstens in zwei Ebenen (10,11,23) angeordnet ist, wobei die zwei Ebenen zueinander geneigt angeordnet sind, wobei die aktive Zone (7) in der Weise ausgebildet ist, dass die Bandlücke wenigstens in einer Ebene (10,11,23) in Richtung auf das freie Ende (25) wenigstens in einem Abschnitt abnimmt.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bandlücke wenigstens in einer Ebene (10,11,23) in Richtung auf das freie Ende (25) kontinuierlich und/oder diskontinuierlich und/oder stufenweise abnimmt.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktive Zone (7) In aufweist, insbesondere eine InGaN Schicht aufweist, und wobei eine Konzentration von Indium in Richtung auf das freie Ende (25) der Struktur (5) zunimmt, insbesondere wenigstens in einem Abschnitt
(11,12) einer Ebene in Richtung auf das freie Ende (25) kontinuierlich und/oder stufenweise zunimmt.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die säulenartige Struktur (5) eine Kristallstruktur aufweist, wobei eine Außenfläche (9) der Struktur (5) in Richtung auf das freie Ende (25) der Struktur (5) von einer ersten Kristallebene (10) in eine zweite
Kristallebene (11) übergeht, wobei die aktive Zone (7) auf den zwei Kristallebenen in zwei Ebenen in der Weise ausgebildet ist, dass die Bandlücke der aktiven Zone (7) von der ersten Ebene (10) zur zweiten Ebene (11) abnimmt.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem freien Endbereich der Struktur (5) auf der - 2 \ aktiven Zone (7) eine Isolationsschicht (16) vorgesehen ist, und wobei auf der Isolationsschicht (16) ein
elektrischer Kontakt (15) zur elektrischen Vorspannung vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die säulenartige Struktur (5) entlang einer Längsrichtung in drei Abschnitte (10, 11, 23) unterteilt ist, wobei in einem ersten Abschnitt (10) ein Durchmesser der Struktur in Richtung auf das freie Ende (25) der Struktur (5) im wesentlichen konstant ist, wobei in einem folgenden zweiten Abschnitt (11) ein Durchmesser der Struktur (5) abnimmt, und wobei sich an den zweiten Abschnitt (11) ein dritter Abschnitt (23) der Struktur (5) anschließt, und wobei insbesondere ein Endbereich der aktiven Zone (7) auf einer Ebene (12) am freien Ende (25) der Struktur (5) im dritten Abschnitt (23) angeordnet ist, wobei die Ebene (12) im Wesentlichen quer, insbesondere senkrecht zu der Längsachse der Struktur (5) angeordnet ist und
insbesondere punktförmig ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einem Substrat eine säulenartige Struktur aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus einem Halbleitermaterial erzeugt wird, wobei wenigstens auf einem Teil der
Struktur eine Halbleiterschichtstruktur mit einer aktiven Zone zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung in der Weise ausgebildet wird, dass eine Bandlücke der aktiven Zone für eine strahlende Rekombination von Ladungsträgern entlang einer Längsachse der Struktur in Richtung auf ein freies Ende der Struktur abnimmt, so dass eine Diffusion von Ladungsträgern in Richtung des freien Endes der
Struktur und eine strahlende Rekombination von
Ladungsträgerpaaren im Bereich des freien Endes der
Struktur unterstützt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktive Zone in der Weise abgeschieden wird, dass eine Dicke wenigstens einer QuantentopfSchicht für eine strahlende Rekombination in Richtung auf das freie Ende der Struktur zunimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktive Zone in der Weise abgeschieden wird, dass sich eine Materialzusammensetzung der aktiven Zone entlang einer Längserstreckung der Struktur in Richtung auf das freie Ende der Struktur in der Weise ändert, dass die resultierende Bandlücke abnimmt.
Array mit einem Substrat (2) mit Anordnungen (1)
insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit säulenartigen Strukturen (3) mit dreidimensionalen
Halbleiterschichten (6,7,8) mit aktiven Zonen (7) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, wobei in
wenigstens einer Richtung eine höhere Dichte von
Anordnungen (1) vorgesehen ist als in wenigstens einer zweiten Richtung.
Array nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Reihen von Anordnungen (1) vorgesehen sind, wobei die Reihen parallel zueinander ausgerichtet sind .
Array nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Bereiche (19) von Reihen vorgesehen sind, wobei in jedem Bereich (19) wenigstens zwei Reihen von Anordnungen parallel angeordnet sind, wobei die zwei Bereiche (19) parallel zueinander angeordnet sind, und wobei die zwei Bereiche (19) einen Abstand senkrecht in Bezug auf die Ausrichtung der Anordnungen (1) zueinander aufweisen, der größer ist als ein mittlerer Abstand zweier Anordnungen (1) in einem Bereich. Array nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktiven Zonen (7) der Anordnungen (1) der verschiedenen Bereiche (19) im Mittel verschiedene Bandlücken aufweisen und/oder die Anordnungen (1) der Bereiche (19)
unterschiedliche Abstände zueinander aufweisen.
PCT/EP2014/057933 2013-04-26 2014-04-17 Lichtemitierende anordnung mit einer halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven zone auf einer säulenartigen struktur WO2014173820A1 (de)

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