WO2016202740A1 - Leuchtdiodenchip - Google Patents

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WO2016202740A1
WO2016202740A1 PCT/EP2016/063497 EP2016063497W WO2016202740A1 WO 2016202740 A1 WO2016202740 A1 WO 2016202740A1 EP 2016063497 W EP2016063497 W EP 2016063497W WO 2016202740 A1 WO2016202740 A1 WO 2016202740A1
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layer
quantum well
emitting diode
light
diode chip
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PCT/EP2016/063497
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Andreas Rudolph
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP

Definitions

  • Light-emitting diode chip One problem to be solved is to specify a light-emitting diode chip with shortened switching times.
  • a light-emitting diode chip is specified.
  • the LED chip is intended to emit electromagnetic radiation during operation.
  • the peak wavelength of the electromagnetic radiation may be at least 600 nm and at most 1000 nm.
  • a "peak wavelength” here and hereinafter is the wavelength at which a spectrum of the emitted during operation
  • electromagnetic radiation has a maximum, in particular a global maximum.
  • this comprises a first semiconductor layer.
  • an active region is epitaxial
  • MBE molecular beam epitaxy
  • the active zone can emit the electromagnetic radiation during operation.
  • the LED chip has a main plane of extension in which it extends in lateral directions. Perpendicular to the lateral direction, in a stacking direction, the LED chip has a thickness. The thickness of the
  • Light-emitting diode chip is small against the maximum extent of the LED chip along the lateral directions.
  • a "thickness" denotes a
  • the active zone comprises at least one quantum well layer.
  • the active zone may further comprise at least two
  • the active zone may comprise a plurality of barrier layers and a plurality of quantum well layers, for example as shown in FIG.
  • Each barrier layer may be surrounded by two quantum well layers and / or one quantum well layer may each be surrounded by two barrier layers.
  • a quantum well layer can be characterized in particular by the fact that charge carriers, in particular electrons, can undergo quantization of their energy eigenstates by confinement.
  • the inclusion can be done for example by means of a barrier layer.
  • a plurality of barrier layers may be present, wherein two of the barrier layers on both sides of one of
  • Quantum well layers can be adjacent.
  • a first and / or a second intermediate layer can be present, each of which can adjoin the quantum well layer.
  • the charge carriers can also be enclosed by means of the first and / or second intermediate layer.
  • the freedom of movement of the charge carriers in at least one spatial dimension can be any suitable spatial dimension.
  • the first semiconductor layer and the at least one quantum well layer can each be formed with or consist of a (connecting) semiconductor material.
  • the optionally present barrier layer can be formed with or consist of a (connecting) semiconductor material.
  • the Material of the quantum well layer may have a smaller energy band gap than the material of the barrier layer. It is also possible that the material of the first semiconductor layer has a smaller energy band gap than the material of the
  • Quantum well layer and / or optionally the
  • the first and the second intermediate layer can be formed from or consist of a (connecting) semiconductor material.
  • the LED chip can also have a second
  • the second semiconductor layer may also comprise or consist of a (compound) semiconductor material. For example, it is the first
  • the first intermediate layer can be arranged between the first semiconductor layer and the active zone. Furthermore, can be arranged between the second semiconductor layer and the active region, the second intermediate layer. In particular, the first intermediate layer and / or the second
  • the active zone can be directly on the first one
  • a quantum well layer is surrounded either by two barrier layers or by a barrier layer and the first or second interlayer.
  • the active zone is compressively clamped.
  • the at least one quantum well layer can be compressed in a compressive manner.
  • a layer such as, for example, the quantum well layer, is considered to be strained in this case and in the following, especially if, in particular, epitaxial,
  • Reference layer is a parallel lattice constant of the layer along at least one of the lateral directions
  • the reference layer may in particular be the substrate. Alternatively or additionally, it is possible that the reference layer is the barrier layer or the first intermediate layer.
  • the parallel lattice constant of the layer may correspond to the lattice constant of the reference layer.
  • Distortion of the layer may reduce the parallel lattice constant of the layer as compared to the natural lattice constant of the material of the layer. Furthermore, it is possible that in a compressive stress a vertical lattice constant of the layer running along the stacking direction, compared to the natural one
  • Lattice constant of the material layer is increased.
  • the tension of a layer can with the
  • the compressive strain of the quantum well layer can be demonstrated by the fact that the crystal structure of the material of the quantum well layer at least in places does not reflect the natural lattice constant of the material of the quantum well layer
  • Quantum well layer has.
  • the optionally present barrier layer and / or the optionally present first intermediate layer are also braced.
  • the average strain of a layer sequence having a plurality of layers is given by the weighted arithmetic mean of the stress coefficients of the layers.
  • the Weighting takes place with respect to the respective thickness of
  • the average strain of the active zone is thus weighted with respect to the respective thickness
  • the strain of the active zone can be determined, for example, at a bending of the layers, in particular the quantum well layer and the optionally present barrier layer, of the active zone.
  • the active zone In a compressive strain, the active zone is curved in particular convex.
  • a concave curvature of the active zone may be present.
  • the terms "convex" and “concave” refer to a substrate to which the first
  • Semiconductor layer is grown and which is arranged in the stacking direction in front of the first semiconductor layer.
  • the latter comprises an active zone epitaxially grown on a first semiconductor layer with at least one quantum well layer, the active zone being compressive
  • the active zone comprises at least two quantum well layers and at least one between the at least two
  • Quantum well layers arranged barrier layer may in particular comprise a quantum well structure.
  • Optoelectronic semiconductor device may be
  • the rise time and the fall time of a switching pulse of the optoelectronic semiconductor device act.
  • Energy band structures in the quantum well layer leads. This can be an induction of electrons in the quantum well layer
  • the first semiconductor layer is epitaxially on one
  • the substrate may, for example
  • the mean strain of the active zone relative to the substrate is at least 600 ppm (ppm: parts per million, in English "parts per million”), preferably at least 1000 ppm, and more preferably at least 2000 ppm.
  • the at least one quantum well layer is pseudomorphic
  • a layer is pseudomorphically strained if the strain of the layer is not degraded or only to a small extent in the form of dislocations and / or cracks in the layer.
  • the at least one quantum well layer has a thickness that is less than a critical layer thickness of the quantum well layer.
  • the "critical layer thickness" of a layer here and below is a material-specific upper limit for pseudomorphic growth of the layer,
  • the critical layer thickness of the quantum well layer is dependent on the difference of the natural lattice constant of the material of the quantum well layer and optionally the lattice constant of the material
  • the strain coefficient of the quantum well layers is at least 7500 ppm, preferably at least 15000 ppm, greater than the strain coefficient
  • the quantum well layers are each clamped pseudomorphically compressively and the strain coefficient of the
  • Quantum well layers in each case by at least 7500 ppm, preferably at least 15000 ppm greater than that
  • the latter emits electromagnetic radiation with a peak wavelength of at least 750 nm, preferably at least 850 nm, and at most 1000 nm, preferably at most 940 nm.
  • the LED chip emits electromagnetic radiation in the infrared Area of the electromagnetic spectrum.
  • LED chip emit broadband radiation.
  • a half width of the LED chip emits broadband radiation.
  • the intensity distribution of the electromagnetic radiation as a function of the wavelength can be at least 20 nm, preferably at least 50 nm.
  • the at least one quantum well layer in each case has a thickness of at least 2 nm, preferably at least 3 nm, and at most 6 nm, preferably at most 5 nm.
  • the thickness of the at least one quantum well layer is less than the critical layer thickness of the quantum well layer.
  • the at least one quantum well layer is based on
  • GaAs Gallium arsenide
  • Quantum well layer includes gallium and arsenic.
  • the quantum well layer may be formed of or consist of In x Al y Gai- x - y As, where O ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, and x + y ⁇ 1.
  • the gallium atoms and / or the arsenic atoms within the quantum well layer may thus have been replaced by heavier and thus in particular larger atoms, such as indium atoms. Such a replacement of the lighter atoms results in an increase of the natural ones compared to a material in which fewer atoms have been replaced
  • the at least one quantum well layer is formed with In x Gaai x As.
  • 0.08 -S x -S 1 preferably 0.16 -S x -S 1 applies.
  • the quantum well layer thus has a high indium doping.
  • Lattice constant, of In x Gaiss x As grows in particular with increasing indium content x.
  • the at least one quantum well layer may in particular have a thickness which is at most 90%, preferably at most 80% and particularly preferably at most 70%, of a thickness of a quantum well layer of an alternative light-emitting diode chip emitting an electromagnetic radiation having a peak wavelength of at least 1000 nm ,
  • Quantum well layer can lead to a reduction of
  • Emission wavelength can be avoided by reducing the thickness of the quantum well layers. This allows the emitted during operation of the LED chip electromagnetic Radiation continue to have a peak wavelength of less than 1000 nm.
  • the barrier layer is clamped pseudomorphically tensilely.
  • Stress coefficient of the barrier layer with respect to the substrate is at least at least -10000 ppm
  • Barrier layer it is particularly possible to provide highly compressively strained quantum well layers, with high compressive strain due to the tensile strain
  • Quantum well layers allows and a formation of
  • the barrier layer comprising Al y Ga y As b Pi-b is formed, wherein 0.09 b -S -S 1, preferably 0.18 b ⁇ 1, and 0 ⁇ y ⁇ 1.
  • An increase the phosphorus concentration b in the barrier layer leads to a reduction of the lattice constant, in particular the
  • an intensity signal during a switching pulse has a rise time of at most 10 ns, preferably at most 6 ns, and / or a fall time of at most 12 ns, preferably at most 7 ns.
  • a switching pulse it may be a predefinable time duration between a turn-on operation and a turn-off operation of the optoelectronic
  • the intensity signal is the intensity of the during the
  • the rise time may be, in particular, the time duration that is required when the light-emitting diode chip is switched on
  • the fall time may be around
  • a switching pulse of the LED chip thus has short switching times.
  • the light-emitting diode chip it is free of a resonator.
  • the light-emitting diode chip is therefore in particular not one
  • a resonator is in particular a
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of one here
  • FIGS. 2A and 2B show exemplary embodiments of a crystal structure of a light-emitting diode chip described here.
  • FIG. 3 shows an intensity signal of a switching pulse of an exemplary embodiment of one described here
  • FIG. 4 shows rise times or
  • the light-emitting diode chip comprises a first semiconductor layer 11, a first one
  • the active zone 2 directly adjoins the first intermediate layer 13 and the second intermediate layer 14.
  • the active zone 2 comprises a plurality of
  • Quantum well layers 20 are arranged. each
  • Quantum well layer 20 has a thickness 20d in a stacking direction.
  • a substrate 10 is arranged, on which the first semiconductor layer 11 is epitaxially grown.
  • the substrate is formed with germanium, silicon and / or gallium arsenide.
  • the substrate 10 has been detached in a production method and the light-emitting diode chip has no substrate 10.
  • FIG. 2A shows the Crystal structure of a layer 31 and a reference layer 32 in the unadjusted and thus unstrained state.
  • FIG. 2B the crystal structure of the layer 31 and the reference layer 32 is adapted and thus clamped
  • the layer 31 has a first lattice constant ai, which may be the natural lattice constant of the material of the layer 31.
  • the reference layer 32 has in the unstressed state a second lattice constant a2, which in the case shown is smaller than the first lattice constant ai.
  • the second lattice constant a2 can be the natural one
  • Lattice constant of the material of the reference layer 32 be.
  • the second lattice constant a2 does not correspond to the natural lattice constant of the material of the reference layer 32, but the crystal structure of the reference layer 32 itself is braced.
  • the reference layer 32 also has the second one
  • the vertical lattice constant a s extends along the stacking direction z, while the parallel lattice constant a p extends perpendicular to the stacking direction z, along one of the lateral directions.
  • the parallel lattice constant a p essentially corresponds to the second lattice constant a 2 and is thus smaller than the first lattice constant a i, while the vertical lattice constant a s is greater than the first
  • Lattice constant ai and the second lattice constant is a2.
  • the parallel lattice constant a p has become the second
  • Lattice constant a 2 adapted.
  • the parallel lattice constant a p corresponds to the second lattice constant a 2 .
  • the crystal structure of the layer 31 was thus compressed in lateral directions and the layer 31 is clamped compressively. Below the critical layer thickness of the layer 31, this compression in the lateral direction can be compensated for by increasing the vertical lattice constant a s .
  • the layer 31 shown in FIGS. 2A and 2B can be, for example, one of the quantum well layers 20.
  • the reference layer 32 may then be the first
  • Lattice constants ai, a 2 , a s , a p can also, mutatis mutande mutandem, on a tensile strain, such as in the case of the barrier layers 21 as layer 31 and the
  • Quantum well layer 20 as a reference layer 32 are applied. In other words, if the layer 31 in
  • unstressed state has a first lattice constant ai, which is smaller than the second lattice constant a 2 of
  • Reference layer 32 arises when growing on the
  • Reference layer 32 a tensilely strained layer 31.
  • tensile layer 31 has a
  • FIG. 3 shows a sketched intensity signal of a switching pulse of a light-emitting diode chip described here.
  • the Intensity signal shows the intensity I of the
  • the rise time t r is the time required for an increase of the intensity signal of I from 10% of the maximum intensity signal I m to 90% of the maximum intensity signal I m .
  • the fall time t f is the time duration which is for a fall of the intensity signal I of 90% of the maximum
  • Intensity signal I m is needed.
  • FIG. 4 shows switching times for different ones
  • Embodiments of a light-emitting diode chip described here are shown.
  • the light-emitting diode chip associated with each of the measurements comprises eleven barrier layers 21 each.
  • the quantum well layers 20 of the first measurement Ml are tensilely tensed.
  • the active zone 2 of the first measurement Ml is tensilely tensed.
  • LED chips of the first measurement Ml compared to the substrate 10 has an average strain of -1500 ppm.
  • the quantum well layers 20 of the second measurement M2 are unstressed within the scope of the measurement inaccuracies.
  • the active zone 2 of the light-emitting diode chip of the second measurement M2 has an average strain of 50 ppm compared to the substrate 10.
  • the quantum well layers 20 of the third measurement M3 have a low compressive strain.
  • the active one Zone 2 of the LED chip of the third measurement M3 has an average strain of 700 ppm compared to the substrate 10.
  • the quantum well layers 20 of the fourth measurement M4 have a high compressive strain.
  • the active zone 2 of the light-emitting diode chip of the fourth measurement M4 has an average strain of 1200 ppm compared to the substrate 10.
  • the barrier layers 21 of the light-emitting diode chips of the third measurement M3 and the fourth measurement M4 are each doped higher than the barrier layers 21 of the light-emitting diode chips of the first measurement M1 and the second measurement M2.
  • the barrier layers 21 may each be doped with a p-type dopant.
  • the LED chip of the first measurement Ml has a
  • the LED chip of the second measurement M2 has a rise time t r of 9.8 ns and a fall time t f of 11.7 ns.
  • the LED chip of the third measurement M3 has a rise time t r of 6, 9 ns and a fall time t f of 4.4 ns.
  • the LED chip of the fourth measurement M4 has a rise time t r of 6.2 ns and a fall time t f of 4.4 ns.
  • Quantum well layers 20 of the LED chips of the third measurement M3 and the fourth measurement M4 thus become the

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Abstract

Es wird ein Leuchtdiodenchip angegeben, umfassend - eine auf einer ersten Halbleiterschicht (11) epitakt aufgewachsene aktive Zone (2) mit -- zumindest einer QuantentopfSchicht (20) wobei - die aktive Zone (2) kompressiv verspannt ist.

Description

Beschreibung Leuchtdiodenchip Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Leuchtdiodenchip mit verkürzten Schaltzeiten anzugeben.
Es wird ein Leuchtdiodenchip angegeben. Der Leuchtdiodenchip ist dafür vorgesehen, im Betrieb eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Insbesondere kann die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung im roten und/oder
infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegen. Die Peak-Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung kann wenigstens 600 nm und höchstens 1000 nm betragen. Eine „Peak- Wellenlänge" ist hierbei und im Folgenden die Wellenlänge, bei der ein Spektrum der im Betrieb emittierten
elektromagnetischen Strahlung ein Maximum, insbesondere ein globales Maximum, aufweist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips umfasst dieser eine erste Halbleiterschicht. Auf der ersten Halbleiterschicht ist eine aktive Zone epitaktisch
aufgewachsen. Beispielsweise erfolgt das epitaktische
Aufwachsen mit Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder
Metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) . Die aktive Zone kann im Betrieb die elektromagnetische Strahlung emittieren.
Der Leuchtdiodenchip weist eine Haupterstreckungsebene auf, in der er sich in lateralen Richtungen erstreckt. Senkrecht zur lateralen Richtung, in einer Stapelrichtung, weist der Leuchtdiodenchip eine Dicke auf. Die Dicke des
Leuchtdiodenchips ist klein gegen die maximale Erstreckung des Leuchtdiodenchips entlang der lateralen Richtungen. Hierbei und im Folgenden bezeichnet eine „Dicke" einer
Schicht stets deren maximale Ausdehnung in der
Stapelrichtung . Die aktive Zone umfasst zumindest eine QuantentopfSchicht . Die aktive Zone kann ferner zumindest zwei
Quantentopfschichten und zumindest eine zwischen den
zumindest zwei Quantentopfschichten angeordnete
Barriereschicht aufweisen. Insbesondere kann die aktive Zone eine Vielzahl von Barriereschichten und eine Vielzahl von Quantentopfschichten umfassen, die zum Beispiel in der
Stapelrichtung aufeinander folgen. Dabei kann eine
Barriereschicht jeweils von zwei Quantentopfschichten umgeben sein und/oder eine QuantentopfSchicht kann jeweils von zwei Barriereschichten umgeben sein.
Eine QuantentopfSchicht kann sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass Ladungsträger, insbesondere Elektronen, durch Einschluss (englisch: confinement) eine Quantisierung ihrer Energieeigenzustände erfahren können. Der Einschluss kann beispielsweise mittels einer Barriereschicht erfolgen. Insbesondere können mehrere Barriereschichten vorhanden sein, wobei zwei der Barriereschichten beidseitig an eine der
Quantentopfschichten angrenzen können. Zusätzlich können eine erste und/oder eine zweite Zwischenschicht vorhanden sein, die jeweils an die QuantentopfSchicht angrenzen können.
Mittels der ersten und/oder zweiten Zwischenschicht kann ebenfalls ein Einschluss der Ladungsträger erfolgen.
Innerhalb der QuantentopfSchicht kann die Bewegungsfreiheit der Ladungsträger in zumindest einer Raumdimension
eingeschränkt sein. Die erste Halbleiterschicht und die zumindest eine QuantentopfSchicht können jeweils mit einem (Verbindungs- ) Halbleitermaterial gebildet sein oder daraus bestehen.
Insbesondere weist das jeweilige Material der ersten
Halbleiterschicht und der QuantentopfSchicht eine
Kristallstruktur auf.
Ferner kann die gegebenenfalls vorhandene Barriereschicht mit einem (Verbindungs- ) Halbleitermaterial gebildet sein oder daraus bestehen. Insbesondere kann das Material der
Barriereschicht eine Kristallstruktur aufweisen. Das Material der QuantentopfSchicht kann eine geringere Energiebandlücke als das Material der Barriereschicht aufweisen. Es ist ferner möglich, dass das Material der ersten Halbleiterschicht eine geringere Energiebandlücke als das Material der
Quantentopfschicht und/oder gegebenenfalls der
Barriereschicht aufweist. Ferner können die erste und die zweite Zwischenschicht aus einem (Verbindungs- ) Halbleitermaterial gebildet sein oder daraus bestehen.
Der Leuchtdiodenchip kann ferner eine zweite
Halbleiterschicht aufweisen, die der aktiven Zone in
Stapelrichtung nachfolgt und auf einer der ersten
Halbleiterschicht abgewandten Seite der aktiven Zone
angeordnet ist. Die zweite Halbleiterschicht kann ebenfalls ein (Verbindungs- ) Halbleitermaterial umfassen oder daraus bestehen. Beispielsweise handelt es sich bei der ersten
Halbleiterschicht um eine p-leitende Halbleiterschicht und bei der zweiten Halbleiterschicht um eine n-leitende
Halbleiterschicht.
Zwischen der ersten Halbleiterschicht und der aktiven Zone kann die erste Zwischenschicht angeordnet sein. Ferner kann zwischen der zweiten Halbleiterschicht und der aktiven Zone die zweite Zwischenschicht angeordnet sein. Insbesondere können die erste Zwischenschicht und/oder die zweite
Zwischenschicht jeweils direkt an eine QuantentopfSchicht grenzen. Die aktive Zone kann direkt auf die erste
Zwischenschicht aufgewachsen sein. Es ist beispielsweise möglich, dass eine QuantentopfSchicht entweder von zwei Barriereschichten umgeben ist oder von einer Barriereschicht und der ersten oder zweiten Zwischenschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist die aktive Zone kompressiv verspannt. Insbesondere kann die zumindest eine QuantentopfSchicht kompressiv verspannt sein .
Eine Schicht, wie beispielsweise die QuantentopfSchicht , wird hierbei und im Folgenden insbesondere dann als verspannt angesehen, wenn bei der, insbesondere epitaktischen,
Abscheidung des Materials besagter Schicht auf einer
Referenzschicht eine parallele Gitterkonstante der Schicht, die entlang zumindest einer der lateralen Richtungen
verläuft, von der natürlichen Gitterkonstante der Schicht verschieden ist. Bei der Referenzschicht kann es sich im Falle der QuantentopfSchicht insbesondere um das Substrat handeln. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass es sich bei der Referenzschicht um die Barriereschicht oder um die erste Zwischenschicht handelt. Insbesondere kann die parallele Gitterkonstante der Schicht der Gitterkonstante der Referenzschicht entsprechen. Bei einer kompressiven
Verspannung der Schicht kann die parallele Gitterkonstante der Schicht im Vergleich zu der natürlichen Gitterkonstante des Materials der Schicht reduziert sein. Ferner ist es möglich, dass bei einer kompressiven Verspannung eine senkrechte Gitterkonstante der Schicht, die entlang der Stapelrichtung verläuft, im Vergleich zur natürlichen
Gitterkonstante des Materials Schicht erhöht ist. Die Verspannung einer Schicht kann mit dem
Verspannungskoeffizienten beschrieben werden. Der
Verspannungskoeffizient der Schicht ergibt sich aus dem
Quotienten der Differenz der natürlichen Gitterkonstante der Referenzschicht a2 und der natürlichen Gitterkonstante der Schicht ai und der natürlichen Gitterkonstante der
aufgewachsenen Schicht, beschrieben durch die Formel (ai- a2)/ai. Bei einer kompressiven Verspannung ergibt sich ein positiver Verspannungskoeffizient , bei einer tensilen
Verspannung ein negativer Verspannungskoeffizient .
Die kompressive Verspannung der QuantentopfSchicht kann daran nachgewiesen werden, dass die Kristallstruktur des Materials der QuantentopfSchicht zumindest stellenweise nicht die natürliche Gitterkonstante des Materials der
QuantentopfSchicht aufweist. Insbesondere kann die
Gitterkonstante des Materials der QuantentopfSchicht
zumindest stellenweise die Gitterkonstante des Materials der Barriereschicht oder der ersten Zwischenschicht angenommen haben. Hierbei ist es möglich, dass die gegebenenfalls vorhandene Barriereschicht und/oder die gegebenenfalls vorhandene erste Zwischenschicht ebenfalls verspannt sind.
Ferner kann eine Verspannung einer Schichtenfolge, wie beispielsweise der aktiven Zone, durch eine mittlere
Verspannung der Schichtenfolge beschrieben werden. Die mittlere Verspannung einer Schichtenfolge mit einer Vielzahl von Schichten ist gegeben durch das gewichtete arithmetische Mittel der Verspannungskoeffizienten der Schichten. Die Gewichtung erfolgt bezüglich der jeweiligen Dicke der
Schichten. Die mittlere Verspannung der aktiven Zone ist damit das bezüglich der jeweiligen Dicke gewichtete
arithmetische Mittel der Verspannungskoeffizienten der in der aktiven Zone enthaltenen zumindest einen QuantentopfSchicht und der gegebenenfalls vorhandenen Barriereschicht.
Die Verspannung der aktiven Zone kann beispielsweise an einer Biegung der Schichten, insbesondere der QuantentopfSchicht und der gegebenenfalls vorhandenen Barriereschicht, der aktiven Zone festgestellt werden. Bei einer kompressiven Verspannung ist die aktive Zone insbesondere konvex gekrümmt. Bei einer tensilen Verspannung kann eine konkave Krümmung der aktiven Zone vorliegen. Hierbei beziehen sich die Angaben „konvex" und „konkav" auf ein Substrat, auf das die erste
Halbleiterschicht aufgewachsen ist und das in Stapelrichtung vor der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips umfasst dieser eine auf einer ersten Halbleiterschicht epitaktisch aufgewachsene aktive Zone mit zumindest einer QuantentopfSchicht , wobei die aktive Zone kompressiv
verspannt ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips umfasst die aktive Zone zumindest zwei Quantentopfschichten und zumindest eine zwischen den zumindest zwei
Quantentopfschichten angeordnete Barriereschicht. Die aktive Zone kann insbesondere eine Quantentopfstruktur umfassen.
Bei dem Leuchtdiodenchip wird insbesondere die Idee verfolgt, die Schaltzeiten durch eine Veränderung der Kristallstruktur innerhalb der epitaktisch aufgewachsenen Schichten zu verkürzen. Hierbei hat sich überraschend gezeigt, dass eine kompressive Verspannung die erwünschte Reduktion der
Schaltzeiten zur Folge hat. Bei den Schaltzeiten des
optoelektronischen Halbleiterbauteils kann es sich
insbesondere um die Anstiegszeit und die Abfallzeit eines Schaltpulses des optoelektronischen Halbleiterbauteils handeln .
Es ist möglich, dass die kompressive Verspannung der
QuantentopfSchicht zu einer Verbiegung der
Energiebandstrukturen im Bereich der QuantentopfSchicht führt. Dies kann eine Induktion von Elektronen in die
QuantentopfSchicht erleichtern und damit schnellere
Schaltzeiten ermöglichen. Aufgrund der Verbiegung der
Bandstruktur ist es jedoch möglich, dass die Induktion von Löchern, die eine höhere effektive Masse als die Elektronen aufweisen, in die QuantentopfSchicht verschlechtert wird. Dies kann beispielsweise zu einer reduzierten Lichtausbeute im Vergleich zu einem Leuchtdiodenchip, bei dem die aktive Zone nicht oder nur geringfügig kompressiv verspannt ist, führen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist die erste Halbleiterschicht epitaktisch auf einem
Substrat aufgewachsen. Das Substrat kann beispielsweise
Germanium, Galliumarsenid und/oder Silizium umfassen oder aus einem dieser Materialien bestehen. Die mittlere Verspannung der aktiven Zone relativ zu dem Substrat beträgt wenigstens 600 ppm (ppm: parts per million, zu Deutsch „Teile von einer Million") , bevorzugt wenigstens 1000 ppm und besonders bevorzugt wenigstens 2000 ppm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist die zumindest eine QuantentopfSchicht pseudomorph
kompressiv verspannt. Eine Schicht ist pseudomorph verspannt, wenn die Verspannung der Schicht nicht oder nur zu einem geringen Teil in Form von Versetzungen und/oder Rissen in der Schicht abgebaut wird. Insbesondere weist die zumindest eine QuantentopfSchicht eine Dicke auf, die geringer ist als eine kritische Schichtdicke der QuantentopfSchicht . Die „kritische Schichtdicke" einer Schicht ist hierbei und im Folgenden eine materialspezifische Obergrenze für pseudomorphes Wachstum der Schicht. Insbesondere ist die kritische Schichtdicke der QuantentopfSchicht abhängig von der Differenz der natürlichen Gitterkonstante des Materials der QuantentopfSchicht und gegebenenfalls der Gitterkonstante des Materials der
Barriereschicht und/oder der ersten Zwischenschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiodenchips ist der Verspannungskoeffizient der Quantentopfschichten betragsmäßig um wenigstens 7500 ppm, bevorzugt wenigstens 15000 ppm größer als der Verspannungskoeffizient der
Barriereschicht. Beispielsweise beträgt der Betrag des
Verspannungskoeffizienten der Quantentopfschichten in Bezug auf das Material des Substrats (10) gemittelt wenigstens 5000 ppm und höchstens 25000 ppm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiodenchips sind die Quantentopfschichten jeweils pseudomorph kompressiv verspannt und der Verspannungskoeffizient der
Quantentopfschichten ist jeweils betragsmäßig um wenigstens 7500 ppm, bevorzugt wenigstens 15000 ppm größer als der
Verspannungskoeffizient der Barriereschicht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips emittiert dieser im Betrieb eine elektromagnetische Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge von wenigstens 750 nm, bevorzugt wenigstens 850 nm, und höchstens 1000 nm, bevorzugt höchstens 940 nm. Mit anderen Worten, der Leuchtdiodenchip emittiert eine elektromagnetische Strahlung im infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Insbesondere kann der
Leuchtdiodenchip breitbandige Strahlung emittieren. Mit anderen Worten, eine Halbwertsbreite der
Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung als Funktion der Wellenlänge kann wenigstens 20 nm, bevorzugt wenigstens 50 nm, betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips weist die zumindest eine QuantentopfSchicht jeweils eine Dicke von wenigstens 2 nm, bevorzugt wenigstens 3 nm, und höchstens 6 nm, bevorzugt höchstens 5 nm auf. Insbesondere ist die Dicke der zumindest einen QuantentopfSchicht geringer als die kritische Schichtdicke der QuantentopfSchicht . Ferner ist es möglich, dass die Dicke jeder Barriereschicht
wenigstens dem 3-Fachen der Dicke der QuantentopfSchicht entspricht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips basiert die zumindest eine QuantentopfSchicht auf
Galliumarsenid (GaAs) . Mit anderen Worten, die
QuantentopfSchicht umfasst Gallium und Arsen. Hierbei sind wenigstens 5 % und höchstens 44 % der Gallium-Atome durch Indium-Atome und/oder Aluminium-Atome ersetzt worden. Mit anderen Worten, die QuantentopfSchicht kann mit InxAlyGai-x-yAs gebildet sein oder daraus bestehen, wobei O ^ x ^ l, 0 ^ y ^ 1 und x + y < 1. Die Gallium-Atome und/oder die Arsen-Atome innerhalb der QuantentopfSchicht können somit durch schwerere und damit insbesondere größere Atome, wie beispielsweise Indium-Atome, ersetzt worden sein. Eine solche Ersetzung der leichteren Atome führt, im Vergleich zu einem Material, bei dem weniger Atome ersetzt wurden, zu einer Erhöhung der natürlichen
Gitterkonstante des Materials der Quantentopfschichten . Dies erleichtert die Bereitstellung kompressiv verspannter
Quantentopfschichten .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist die zumindest eine QuantentopfSchicht mit InxGai-xAs gebildet. Hierbei gilt 0,08 -S x -S 1, bevorzugt 0,16 -S x -S 1. Die QuantentopfSchicht weist somit eine hohe Indium-Dotierung auf. Die Gitterkonstante, insbesondere die natürliche
Gitterkonstante, von InxGai-xAs wächst insbesondere mit steigendem Indium-Anteil x.
Die zumindest eine QuantentopfSchicht kann insbesondere eine Dicke aufweisen, die höchstens 90 %, bevorzugt höchstens 80 % und besonders bevorzugt höchstens 70 %, einer Dicke einer QuantentopfSchicht eines alternativen Leuchtdiodenchips, der eine elektromagnetische Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge von wenigstens 1000 nm emittiert, beträgt.
Eine Erhöhung der Indium-Konzentration in der
QuantentopfSchicht kann zu einer Reduktion der
Energiebandlücke in der QuantentopfSchicht führen. Dies würde eine Erhöhung der Emissionswellenlänge des Leuchtdiodenchips zur Folge haben. Eine solche Erhöhung der
Emissionswellenlänge kann durch eine Reduktion der Dicke der Quantentopfschichten vermieden werden. Hierdurch kann die im Betrieb des Leuchtdiodenchips emittierte elektromagnetische Strahlung weiterhin eine Peak-Wellenlänge von unter 1000 nm aufweisen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist die Barriereschicht pseudomorph tensil verspannt. Der
Verspannungskoeffizient der Barriereschicht in Bezug auf das Substrat beträgt wenigstens wenigstens -10000 ppm und
höchstens -500 ppm. Bevorzugt beträgt der
Verspannungskoeffizient der Barriereschicht in Bezugs auf das Substrat höchstens -2000 ppm, besonders bevorzugt höchstens - 3000 ppm.
Durch eine pseudomorph tensile Verspannung der
Barriereschicht ist es insbesondere möglich, stark kompressiv verspannte Quantentopfschichten bereitzustellen, wobei hohe kompressive Verspannung durch die tensile Verspannung
teilweise kompensiert wird. Hierdurch ist es möglich, die mittlere Verspannung der aktiven Zone im Vergleich zu der Verspannung der Quantentopfschichten zu reduzieren und damit beispielsweise ein Verbiegen der aktiven Zone zu vermeiden. Ferner wird durch die Kompensation der Verspannung ein pseudomorphes Wachstum einer Vielzahl von
Quantentopfschichten ermöglicht und einer Bildung von
Versetzungen in der aktiven Zone vorgebeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist die Barriereschicht mit AlyGai-yAsbPi-b gebildet, wobei 0,09 -S b -S 1, bevorzugt 0,18 b ^ 1, und 0 < y < 1. Eine Erhöhung der Phosphor-Konzentration b in der Barriereschicht führt zu einer Reduktion der Gitterkonstante, insbesondere der
natürlichen Gitterkonstante, des Materials der
Barriereschicht und damit zu einer tensilen Verspannung der Barriereschicht . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips weist ein Intensitätssignal während eines Schaltpulses eine Anstiegszeit von höchstens 10 ns, bevorzugt höchstens 6 ns, und/oder eine Abfallzeit von höchstens 12 ns, bevorzugt höchstens 7 ns, auf. Bei einem Schaltpuls kann es sich um eine vorgebbare Zeitdauer zwischen einem Anschaltvorgang und einem Abschaltvorgang des optoelektronischen
Halbleiterbauteils handeln. Insbesondere handelt sich bei dem Intensitätssignal um die Intensität der während des
Schaltpulses im Betrieb des Leuchtdiodenchips emittierten elektromagnetischen Strahlung als Funktion der Zeit. Bei der Anstiegszeit kann es sich insbesondere um die Zeitdauer handeln, die beim Anschalten des Leuchtdiodenchips
erforderlich ist, um das Intensitätssignal von 10 ~6 einer maximalen Intensität zu 90 % der maximalen Intensität zu erhöhen. Ferner kann es sich bei der Abfallzeit um die
Zeitdauer handeln, die beim Ausschalten des Leuchtdiodenchips erforderlich ist, um das Intensitätssignal von 90 % der maximalen Intensität zu 10 % der maximalen Intensität zu reduzieren. Bei der Anstiegszeit beziehungsweise der
Abfallzeit kann es sich insbesondere um die Breite
beziehungsweise Steilheit der steigenden beziehungsweise fallenden Flanke des Intensitätssignals eines Schaltpulses handeln. Ein Schaltpuls des Leuchtdiodenchips weist somit kurze Schaltzeiten auf.
Kurze Schaltzeiten von Leuchtdiodenchips sind insbesondere bei Anwendungen im Bereich von Flugzeit-Messungen,
beispielsweise für Spielekonsolen, Kameras, Mobiltelefone,
Abstandsmessungen und/oder Autofokus-Messungen, vorteilhaft. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtdiodenchips ist dieser frei von einem Resonator. Bei dem Leuchtdiodenchip handelt es sich somit insbesondere nicht um einen
Laserdiodenchip. Ein Resonator ist insbesondere eine
Anordnung von wenigstens zwei Spiegeln, zwischen denen zumindest eine Mode des elektromagnetischen Feldes,
insbesondere im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, insbesondere als stehende Welle gespeichert werden kann .
Im Folgenden wird der hier beschriebene Leuchtdiodenchip anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen
Figuren näher erläutert. Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hier
beschriebenen Leuchtdiodenchips.
Die Figuren 2A und 2B zeigen Ausführungsbeispiele einer Kristallstruktur eines hier beschriebenen Leuchtdiodenchips.
Die Figur 3 zeigt ein Intensitätssignal eines Schaltpulses eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen
Leuchtdiodenchips . Die Figur 4 zeigt Anstiegszeiten beziehungsweise
Abfallzeiten .
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu
betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
Leuchtdiodenchips näher erläutert. Der Leuchtdiodenchip umfasst eine erste Halbleiterschicht 11, eine erste
Zwischenschicht 13, eine aktive Zone 2, eine zweite
Zwischenschicht 14 und eine zweite Halbleiterschicht 12, die in der soeben angegebenen Reihenfolge in einer Stapelrichtung z übereinander angeordnet sind. Die aktive Zone 2 grenzt direkt an die erste Zwischenschicht 13 und an die zweite Zwischenschicht 14 an. Die aktive Zone 2 umfasst eine Vielzahl von
Quantentopfschichten 20 und eine Vielzahl von
Barriereschichten 21, die jeweils zwischen zwei
Quantentopfschichten 20 angeordnet sind. Jede
QuantentopfSchicht 20 weist in einer Stapelrichtung eine Dicke 20d auf.
An einer der aktiven Zone 2 abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht 11 ist ein Substrat 10 angeordnet, auf dem die erste Halbleiterschicht 11 epitaktisch aufgewachsen ist. Beispielsweise ist das Substrat mit Germanium, Silizium und/oder Galliumarsenid gebildet. Alternativ zu dem in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass das Substrat 10 in einem Herstellungsverfahren abgelöst wurde und der Leuchtdiodenchip kein Substrat 10 aufweist.
Anhand der schematischen Darstellungen der Figuren 2A und 2B ist eine Funktionsweise eines hier beschriebenen
Leuchtdiodenchips näher erläutert. Die Figur 2A zeigt die Kristallstruktur einer Schicht 31 und einer Referenzschicht 32 im unangepassten und damit unverspannten Zustand. In der Figur 2B ist die Kristallstruktur der Schicht 31 und der Referenzschicht 32 im angepassten und damit verspannten
Zustand dargestellt.
Im unverspannten Zustand, wie in der Figur 2A gezeigt, weist die Schicht 31 eine erste Gitterkonstante ai auf, bei der es sich um die natürliche Gitterkonstante des Materials der Schicht 31 handeln kann. Die Referenzschicht 32 weist im unverspannten Zustand eine zweite Gitterkonstante a2 auf, die im gezeigten Fall kleiner als die erste Gitterkonstante ai ist. Die zweite Gitterkonstante a2 kann die natürliche
Gitterkonstante des Materials der Referenzschicht 32 sein. Alternativ ist es möglich, dass die zweite Gitterkonstante a2 nicht der natürlichen Gitterkonstante des Materials der Referenzschicht 32 entspricht, sondern die Kristallstruktur der Referenzschicht 32 selbst verspannt ist. In dem in der Figur 2B dargestellten verspannten Zustand weist die Referenzschicht 32 weiterhin die zweite
Gitterkonstante a2 auf. Die Schicht 31 weist nun jedoch aufgrund der pseudomorphen Verspannung eine parallele
Gitterkonstante ap und eine senkrechte Gitterkonstante as auf. Die senkrechte Gitterkonstante as verläuft entlang der Stapelrichtung z, während die parallele Gitterkonstante ap senkrecht zur Stapelrichtung z, entlang einer der lateralen Richtungen, verläuft. Die parallele Gitterkonstante ap entspricht im Wesentlichen der zweiten Gitterkonstante a2 und ist damit kleiner als die erste Gitterkonstante ai, während die senkrechte Gitterkonstante as größer als die erste
Gitterkonstante ai und die zweite Gitterkonstante a2 ist. Die parallele Gitterkonstante ap hat sich der zweiten
Gitterkonstante a2 angepasst. Insbesondere entspricht die parallele Gitterkonstante ap der zweiten Gitterkonstante a2. Die Kristallstruktur der Schicht 31 wurde also in lateralen Richtungen gestaucht und die Schicht 31 ist kompressiv verspannt. Unterhalb der kritischen Schichtdicke der Schicht 31 kann diese Stauchung in der lateralen Richtung durch eine Erhöhung der senkrechten Gitterkonstante as ausgeglichen werden .
Bei der in den Figuren 2A und 2B dargestellten Schicht 31 kann es sich beispielsweise um eine der Quantentopfschichten 20 handeln. Die Referenzschicht 32 kann dann die erste
Zwischenschicht 13 oder die an die QuantentopfSchicht 20 angrenzende Barriereschicht 21 sein.
Das im Zusammenhang mit den Figuren 2A und 2B erläuterte Prinzip der kompressiven Verspannung bei verschiedenen
Gitterkonstanten ai, a2, as, ap kann auch, mutatis mutandem, auf eine tensile Verspannung, wie beispielsweise im Fall der Barriereschichten 21 als Schicht 31 und der
QuantentopfSchicht 20 als Referenzschicht 32, angewendet werden. Mit anderen Worten, falls die Schicht 31 im
unverspannten Zustand eine erste Gitterkonstante ai aufweist, die kleiner ist als die zweite Gitterkonstante a2 der
Referenzschicht 32, entsteht beim Aufwachsen auf die
Referenzschicht 32 eine tensil verspannte Schicht 31. Im tensil verspannten Zustand weist die Schicht 31 eine
parallele Gitterkonstante ap auf, die größer ist als die senkrechte Gitterkonstante as .
Die Figur 3 zeigt ein skizziertes Intensitätssignal eines Schaltpulses eines hier beschriebenen Leuchtdiodenchips. Das Intensitätssignal zeigt die Intensität I der von dem
Leuchtdiodenchip im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung eines Schaltpulses normiert auf das maximale
Intensitätssignal Im als Funktion der Zeit t. Zum Zeitpunkt t = 0 wird der Leuchtdiodenchip eingeschaltet. Nach dem
Einschalten steigt das Intensitätssignal I als Funktion der Zeit an, verharrt anschließend auf dem Maximalwert Im und fällt anschließend wieder ab. Die Anstiegszeit tr ist hierbei die Zeitdauer, die für ein Ansteigen des Intensitätssignals von I von 10 % des maximalen Intensitätssignals Im zu 90 % des maximalen Intensitätssignals Im benötigt wird. Ferner ist die Abfallzeit tf die Zeitdauer, die für ein Abfallen des Intensitätssignals I von 90 % des maximalen
Intensitätssignals Im zu 10 % des maximalen
Intensitätssignals Im benötigt wird.
Die Figur 4 zeigt Schaltzeiten für unterschiedliche
Ausführungsformen eines hier beschriebenen Leuchtdiodenchips. Hierbei sind die Anstiegszeit tr und die Abfallzeit tf für unterschiedliche Messungen Ml, M2, M3, M4 dargestellt. Der jeder der Messungen zugehörige Leuchtdiodenchip umfasst jeweils elf Barriereschichten 21.
Die Quantentopfschichten 20 der ersten Messung Ml sind tensil verspannt. Insbesondere weist die aktive Zone 2 des
Leuchtdiodenchips der ersten Messung Ml im Vergleich zu dem Substrat 10 eine mittlere Verspannung von -1500 ppm auf. Die Quantentopfschichten 20 der zweiten Messung M2 sind im Rahmen der Messungenauigkeiten unverspannt. Insbesondere weist die aktive Zone 2 des Leuchtdiodenchips der zweiten Messung M2 im Vergleich zu dem Substrat 10 eine mittlere Verspannung von 50 ppm auf. Die Quantentopfschichten 20 der dritten Messung M3 weisen eine geringe kompressive Verspannung auf. Die aktive Zone 2 des Leuchtdiodenchips der dritten Messung M3 weist im Vergleich zu dem Substrat 10 eine mittlere Verspannung von 700 ppm auf. Die Quantentopfschichten 20 der vierten Messung M4 weisen eine hohe kompressive Verspannung auf. Die aktive Zone 2 des Leuchtdiodenchips der vierten Messung M4 weist im Vergleich zu dem Substrat 10 eine mittlere Verspannung von 1200 ppm auf.
Zudem sind die Barriereschichten 21 der Leuchtdiodenchips der dritten Messung M3 und der vierten Messung M4 jeweils höher als die Barriereschichten 21 der Leuchtdiodenchips der ersten Messung Ml und der zweiten Messung M2 dotiert. Beispielsweise können die Barriereschichten 21 jeweils mit einem p-leitenden Dotierstoff dotiert sein.
Der Leuchtdiodenchip der ersten Messung Ml weist eine
Anstiegszeit tr von 10,7 ns auf. Die Abfallzeit tf der ersten Messung Ml beträgt 13,2 ns . Der Leuchtdiodenchip der zweiten Messung M2 weist eine Anstiegszeit tr von 9, 8 ns und eine Abfallzeit tf von 11,7 ns auf. Der Leuchtdiodenchip der dritten Messung M3 weist eine Anstiegszeit tr von 6, 9 ns und eine Abfallzeit tf von 4,4 ns auf. Der Leuchtdiodenchip der vierten Messung M4 weist eine Anstiegszeit tr von 6,2 ns und eine Abfallzeit tf von 4,4 ns auf.
Aufgrund der kompressiven Verspannung der
Quantentopfschichten 20 der Leuchtdiodenchips der dritten Messung M3 und der vierten Messung M4 werden somit die
Schaltzeiten, insbesondere die Anstiegszeit tr und die
Abfallzeit tf, reduziert. Zudem führt die Erhöhung der kompressiven Verspannung bei den Quantentopfschichten 20 des Leuchtdiodenchips der vierten Messung M4 im Vergleich zu den weniger stark verspannten Quantentopfschichten 20 der dritten Messung M3 zu einer weiteren Reduktion der Anstiegszeit tr.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102015109796.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste :
10 Substrat
11 erste Halbleiterschicht
12 zweite Halbleiterschicht
13 erste Zwischenschicht
14 zweite Zwischenschicht
2 aktive Zone
20 QuantentopfSchicht
20d Dicke der QuantentopfSchicht
21 BarriereSchicht
31 (verspannte) Schicht
32 Referenz schicht
ai erste Gitterkonstante a2 zweite Gitterkonstante as senkrechte Gitterkonstante ap parallele Gitterkonstante tr Anstiegszeit
tf Abfallzeit
Im maximales Intensitätssignal
I Intensitätssignal
Ml erste Messung
M2 zweite Messung
M3 dritte Messung
M4 vierte Messung
z Stapelrichtung

Claims

Patentansprüche :
1. Leuchtdiodenchip, umfassend
- eine auf einer ersten Halbleiterschicht (11)
epitaktisch aufgewachsene aktive Zone (2) mit
-- zumindest einer Quantentopfschichten (20), wobei
- die aktive Zone (2) kompressiv verspannt ist.
2. Leuchtdiodenchip nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem die aktive Zone (2) zumindest zwei
Quantentopfschichten (20) und zumindest eine zwischen den zumindest zwei Quantentopfschichten (20) angeordnete Barriereschicht (21) umfasst.
3. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die erste Halbleiterschicht (11) epitaktisch auf einem Substrat (10) aufgewachsen ist und eine mittlere Verspannung der aktiven Zone (2) relativ zu dem Substrat (10) wenigstens 600 ppm, bevorzugt wenigstens 1000 ppm und besonders bevorzugt wenigstens 2000 ppm, beträgt.
4. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
- die Quantentopfschichten (20) jeweils pseudomorph kompressiv verspannt sind und
- der Verspannungskoeffizient der Quantentopfschichten (20) jeweils betragsmäßig um wenigstens 7500 ppm, bevorzugt wenigstens 15000 ppm, größer als der
Verspannungskoeffizient der Barriereschicht (21) ist.
5. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, der im Betrieb eine elektromagnetische Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge von wenigstens 750 nm, bevorzugt wenigstens 850 nm, und höchstens 1000 nm, bevorzugt höchstens 940 nm, emittiert.
6. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die zumindest eine QuantentopfSchicht (20) eine Dicke (20d) von wenigstens 2 nm, bevorzugt wenigstens
3 nm, und höchstens 6 nm, bevorzugt höchstens 5 nm, aufweist .
7. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die zumindest eine QuantentopfSchicht (20) auf GaAs basieren, wobei wenigstens 5 % und höchstens 44 % der Gallium-Atome durch Indium- und/oder Aluminium-Atome ersetzt wurden.
8. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die zumindest eine QuantentopfSchicht (20) mit InxGai_xAs gebildet sind, wobei 0,08 -S x -S 1, bevorzugt 0, 16 < x < 1.
9. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Barriereschicht (21) pseudomorph tensil verspannt ist und der Verspannungskoeffizient der
Barriereschicht (21) in Bezug auf das Substrat (10) wenigstens --10000 ppm und höchstens -500 ppm beträgt.
10. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Barriereschicht (21) mit AlyGai-yAS Pi-b gebildet ist, wobei b ^ 0,09, bevorzugt b ^ 0,18.
11. Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein Intensitätssignal während eines Schaltpulses eine Anstiegszeit (tr) von höchstens 10 ns und/oder eine Abfallzeit (tf) von höchstens 12 ns aufweist.
Leuchtdiodenchip nach einem der vorherigen Ansprüche, der frei von einem Resonator ist.
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