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DE10135189A1 - Lichtemittierende Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Lichtemittierende Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters und Verfahren zu deren Herstellung

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DE10135189A1
DE10135189A1 DE10135189A DE10135189A DE10135189A1 DE 10135189 A1 DE10135189 A1 DE 10135189A1 DE 10135189 A DE10135189 A DE 10135189A DE 10135189 A DE10135189 A DE 10135189A DE 10135189 A1 DE10135189 A1 DE 10135189A1
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DE
Germany
Prior art keywords
light
compound semiconductor
layer
gallium nitride
emitting device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE10135189A
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English (en)
Inventor
Berthold Hahn
Volker Haerle
Andreas Hangleiter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
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Priority to TW091115939A priority patent/TW550838B/zh
Priority to PCT/DE2002/002677 priority patent/WO2003009399A1/de
Priority to JP2003514636A priority patent/JP2004535687A/ja
Priority to CNB028145267A priority patent/CN100380687C/zh
Priority to EP02754397A priority patent/EP1407496A1/de
Publication of DE10135189A1 publication Critical patent/DE10135189A1/de
Priority to US10/762,097 priority patent/US7482181B2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

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

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtemittierende Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9.
  • Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis - dies sind III- V-Verbindungshalbleiter die unter anderem Ga und N enthalten, wie zum Beispiel Galliumnitrid (GaN), Galliumaluminiumnitrid (GaAlN), Indiumgalliumnitrid (InGaN) und Indiumaluminiumgalliumnitrid (InAlGaN) - haben eine direkte Bandlücke im Bereich von 1,95 bis 6 eV und eignen sich deshalb gut für lichtemittierende Vorrichtungen, wie zum Beispiel Leuchtdioden oder Laserdioden.
  • Eine lichtemittierende Vorrichtung auf der Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters liegt im Sinne der vorliegenden Erfindung bereits vor, wenn eine lichtemittierende Struktur der Vorrichtung mindestens eine Schicht aus einem Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis enthält.
  • Es wurde festgestellt, dass beispielsweise mit einer aktiven, d. h. lichtemittierenden Schicht in Form eines oder mehrerer sogenannter Quantenfilme aus InGaN Leuchtdioden herstellbar sind, die im grünen (500 nm), blauen (450 nm) oder violetten Spektralbereich (405 nm) in einem relativ engen Wellenlängenbereich (d. h. einer relativ kleinen FWHM) mit einer sehr hohen Lumineszenzausbeute abstrahlen. Derartige Leuchtdioden werden beispielsweise durch metallorganische chemische Abscheidung (MOCVD) einer GaN-Pufferschicht, einer mit Silizium dotierten GaN-Schicht, einer mit Silizium dotierten AlGaN- Schicht, einer ersten Überzugsschicht aus mit Silizium dotiertem InGaN, der aktiven, beispielsweise undotierten InGaN- Schicht, einer zweiten Überzugsschicht aus mit Magnesium dotiertem AlGaN und einer mit Magnesium dotierten GaN-Schicht aufgebaut. Für blaue Leuchtdioden wird als aktive Schicht beispielsweise In0,2Ga0,8N und für violette Leuchtdioden wird als aktive Schicht beispielsweise In0,09Ga0,9N gewählt. Eine solche lichtemittierende Vorrichtung ist zum Beispiel in S. Nakamura et al.: "High-Power InGaN Single-Quantum-Well- Structure Blue and Violet Light-Emitting Diodes", Appl. Phys. Lett. 67 (1995), Seiten 1868-1870 beschrieben.
  • Weiter ist aus der EP 0 599 224 B1 eine lichtemittierende Vorrichtung bekannt, auf welcher der Oberbegriff von Patentanspruch 1 basiert. Diese lichtemittierende Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters weist eine Doppel-Heterostruktur auf, mit
    • - einer lichtemittierenden Schicht mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche, die aus einem InxGa1-x N-Verbindungshalbleiter mit 0 < x < 1 gebildet ist;
    • - einer ersten Überzugsschicht, die mit der ersten Hauptfläche der lichtemittierenden Schicht verbunden und aus einem n-Typ-Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist, dessen Zusammensetzung sich von derjenigen des Verbindungshalbleiters der lichtemittierenden Schicht unterscheidet; und
    • - einer zweiten Überzugsschicht, die mit der zweiten Hauptfläche der lichtemittierenden Schicht verbunden und aus einem p-Typ-Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist, dessen Zusammensetzung sich von derjenigen des Verbindungshalbleiters der lichtemittierenden Schicht unterscheidet. Zur Verbesserung der Leuchtdichte bzw. der Lichtemissions-Ausgangsleistung ist die lichtemittierende Schicht mit einem p-Typ-Fremdstoff und/oder einem n-Typ-Fremdstoff dotiert.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lichtemittierende Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters zu entwickeln, die eine weiter verbesserte Lumineszenzausbeute aufweist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung derart verbesserter lichtemittierender Vorrichtungen bereitzustellen.
  • Diese Aufgaben werden durch eine lichtemittierende Vorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2-10 und 12-22.
  • Die lichtemittierende Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine lichtemittierende Schicht mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche, die aus einem Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist; eine erste Überzugsschicht, die mit der ersten Hauptfläche der lichtemittierenden Schicht verbunden und aus einem n-Typ-Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist; und eine zweite Überzugsschicht, die mit der zweiten Hauptfläche der lichtemittierenden Schicht verbunden und aus einem p-Typ- Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist, auf, wobei sich die Zusammensetzung des Verbindungshalbleiters der lichtemittierenden Schicht von denjenigen der Verbindungshalbleiter der ersten und der zweiten Überzugsschicht unterscheidet. Die lichtemittierende Schicht und die erste und die zweite Überzugsschicht werden nacheinander, vorzugsweise mittels eines MOCVD-Verfahrens auf einem Substrat ausgebildet. Die lichtemittierende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Dicke der lichtemittierenden Schicht in der Nähe von Versetzungen geringer als im übrigen Bereich ist.
  • Insbesondere auf Fremdsubstraten wie Saphir oder Siliziumcarbid (SiC) weisen die bekannten Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis eine sehr hohe Versetzungsdichte auf. Im Gegensatz zu Verbindungshalbleitern auf Galliumphosphid- und Galliumarsenid-Basis zeichnen sich die Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis aber dennoch durch eine hohe Lichtausbeute aus. Durch die Verringerung der Dicke der lichtemittierenden Schicht in der Nähe von Versetzungen werden bei den Versetzungen abschirmende Energiebarrieren aufgebaut, die eine Diffusion von Ladungsträgern zu den Versetzungen hin unterbinden und damit eine mögliche nichtstrahlende Rekombination von Elektron-Loch-Paaren an diesen Versetzungen verhindern (Passivierung der Versetzungen). Auch wenn zum Teil vermutet wird, dass die vorhandenen Versetzungen im Falle von Verbindungshalbleitern auf Galliumnitridbasis anders als bei den Verbindungshalbleitern auf Galliumphosphid- oder Galliumarsenid-Basis nicht als nichtstrahlende Rekombinationszentren dienen und deshalb die Dichte der Versetzungen keine wesentlichen Auswirkungen auf die Lichtausbeute derart aufgebauter lichtemittierender Vorrichtungen hat (S. D. Lester et al.: "High Dislocation Densities in High Efficiency GaN-Based Light-Emitting Diodes", Appl. Phys. Lett. 66 (1995), Seiten 1249-1251 und T. Mukai et al.: "InGaN-Based Blue Light- Emitting Diodes Grown on Epitaxially Laterally Overgrown GaN Substrates", Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 37 (1998), Seiten L839-L841), konnten bei den lichtemittierenden Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung höhere Lumineszenzausbeuten als bei vergleichbaren herkömmlichen lichtemittierenden Vorrichtungen festgestellt werden. Es wird deshalb davon ausgegangen, dass sich die Ausbildung von abschirmenden Energiebarrieren an Versetzungen günstig auf die Lichtausbeute auswirkt, da die Rekombination von Ladungsträgern in höherem Maße in Bereichen geringerer Bandlücken, d. h. in optisch aktiven Bereichen stattfinden.
  • Vorzugsweise beträgt die Dicke der lichtemittierenden Schicht in der Nähe von Versetzungen weniger als die Hälfte der Dicke der lichtemittierenden Schicht im übrigen Bereich.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die lichtemittierende Schicht aus einem InxAlyGa1-x-y N-Verbindungshalbleiter mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 gebildet. Die Erfindung ist dabei insbesondere auch für In-freie lichtemittierende Vorrichtungen, d. h. für x = 0, vorteilhaft anwendbar.
  • Weiter kann die lichtemittierende Schicht mit einem p-Typ- Fremdstoff und/oder einem n-Typ-Fremdstoff dotiert sein.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung der Grundstruktur eines Ausführungsbeispiels einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • Fig. 2 in schematischer Darstellung einen vergrößerten Ausschnitt der lichtemittierenden Vorrichtung von Fig. 1 mit dem zugehörigen Energieverlauf der Bandlücke.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Grundstruktur zeigt eine Leuchtdiode 1. Die Erfindung erstreckt sich aber ebenso auf Laserdioden als lichtemittierende Vorrichtungen.
  • Die Leuchtdiode 1 besitzt eine sogenannte Doppel-Heterostruktur 9, bestehend aus einer aktiven, d. h. lichtemittierenden Schicht 2, einer ersten n-leitenden Überzugsschicht 3 und einer p-leitenden zweiten Überzugsschicht 4. Die lichtemittierende Schicht 2 ist aus einem InxAlyGa1-x-y N-Verbindungshalbleiter mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 gebildet und erstreckt sich insbesondere auch auf In-freie Leuchtdioden mit einem AlyGa1-yN-Verbindungshalbleiter mit 0 < y ≤ 1 (d. h. x = 0). Die erste Überzugsschicht 3 ist aus einem GauAl1-uN- Verbindungshalbleiter mit 0 < u ≤ 1 gebildet und die zweite Überzugsschicht 4 ist aus einem GavAl1-v N-Verbindungshalbleiter mit 0 < v ≤ 1 gebildet. Die Zusammensetzung des Verbindungshalbleiters unterscheidet sich sowohl in der ersten als auch in der zweiten Überzugsschicht 3, 4 von derjenigen des Verbindungshalbleiters in der lichtemittierenden Schicht 2; die Zusammensetzungen der Verbindungshalbleiter in den beiden Überzugsschichten 3 und 4 können dabei einander gleich oder verschieden sein.
  • Die Leuchtdiode 1 emittiert ultraviolettes Licht, wenn x nahe 0 ist, bis hin zu längerwelligem roten Licht, wenn x nahe 1 ist. Im Bereich 0 < x < 0,5 emittiert die Leuchtdiode 1 blaues bis gelbes Licht im Wellenlängenbereich von etwa 450 bis 550 nm.
  • Neben der Dotierung der ersten und der zweiten Überzugsschicht 3 und 4 mit n-Typ- bzw. p-Typ-Fremdstoffen kann zur Verbesserung der Lumineszenzausbeute der Leuchtdiode auch die lichtemittierende Schicht 2 mit n-Typ-Fremdstoffen und/oder p-Typ-Fremdstoffen dotiert sein. Als p-Typ-Fremdstoff sind beispielsweise Beryllium, Magnesium, Kalzium, Zink, Strontium und Cadmium der II. Hauptgruppe des Periodensystems verwendbar, wobei für die lichtemittierende Schicht 2 Zink oder insbesondere Magnesium zu bevorzugen ist. Als n-Typ-Fremdstoff können zum Beispiel Silizium, Germanium und Zinn der IV. Hauptgruppe des Periodensystems oder Schwefel, Selen und Tellur der VI. Hauptgruppe des Periodensystems eingesetzt werden.
  • Die erste, n-leitende Überzugsschicht 3 hat eine Schichtdicke von etwa 0,05 bis 10 µm und die zweite, p-leitende Überzugsschicht 4 eine Schichtdicke von etwa 0,05 µm bis 1,5 µm. Die Schichtdicke der lichtemittierenden Schicht 2 liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 10 Å bis 0,5 µm.
  • Wie in Fig. 1 dargestellt ist die Doppel-Heterostruktur 9 üblicherweise über einer Pufferschicht 6 auf einem Substrat 5 ausgebildet. Als Substrat 6 kann beispielsweise Saphir, Siliziumcarbid (SiC) oder Zinkoxid (ZnO) verwendet werden. Für die Pufferschicht 6 mit einer Schichtdicke von etwa 0,002 bis 0,5 µm wird zum Beispiel AlN, GaN oder GamAl1-mN mit 0 < m < 1 benutzt.
  • Sowohl die Pufferschicht 6, als auch die erste und die zweite Überzugsschicht 3 und 4 sowie die lichtemittierende Schicht 2 werden vorzugsweise nacheinander mittels metallorganischer chemischer Abscheidung (MOCVD) auf das Substrat 5 aufgebracht. Nach Bildung der Doppel-Heterostruktur 9, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, werden die zweite Überzugsschicht 4 und die lichtemittierende Schicht 2 teilweise weggeätzt, um die erste Überzugsschicht 3 freizulegen, wie dies in der rechten Hälfte der Leuchtdiode 1 von Fig. 1 zu sehen ist. Auf der freigelegten Oberfläche der ersten Überzugsschicht 3 wird eine n-Elektrode 7 gebildet, während auf der Oberfläche der zweiten Überzugsschicht 4 eine p-Elektrode 8 gebildet wird.
  • Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass sich die vorliegende Erfindung nicht nur auf lichtemittierende Vorrichtung mit einem anhand von Fig. 1 beschriebenen Schichtaufbau erstrecken. Es sind insbesondere auch lichtemittierende Vorrichtungen von der Erfindung erfasst, die weitere Verbindungshalbleiter-Schichten zwischen der Pufferschicht 6 und der ersten Überzugsschicht 3 und/oder über der zweiten Überzugsschicht 4 aufweisen können, um die Verspannungen zwischen den einzelnen Übergängen unterschiedlicher Verbindungshalbleiter zu verringern.
  • Während der oben anhand von Fig. 1 beschriebene Aufbau einer lichtemittierenden Vorrichtung 1 dem Grunde nach bereits bekannt ist, zeichnet sich die lichtemittierende Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Besonderheit aus, die in dem vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2 veranschaulicht ist.
  • Wie bereits oben erwähnt, weisen die lichtemittierenden Vorrichtungen auf Basis von Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleitern sehr hohe Versetzungsdichten auf. Derartige Versetzungen entstehen insbesondere aufgrund der unterschiedlichen Gitterkonstanten der einzelnen Schichten 2 bis 6 der Vorrichtungen. In Fig. 2 ist beispielhaft eine Versetzung 10 durch eine etwa vertikal verlaufende, gestrichelte Linie dargestellt, die sich durch die beiden Überzugsschichten 3 und 4 und die lichtemittierende Schicht 2 erstreckt.
  • Wie deutlich in Fig. 2 dargestellt, ist die Dicke der lichtemittierenden Schicht 2 in der Nähe dieser Versetzung 10 deutlich geringer als im übrigen Bereich der lichtemittierenden Schicht. Vorzugsweise beträgt die Dicke in der Nähe der Versetzung 10 weniger als die Hälfte der Dicke der lichtemittierenden Schicht 2 im übrigen Bereich. In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel ist eine Schichtdicke der lichtemittierenden Schicht 2 von etwa 3 nm gewählt, und die Schichtdicke ist in der Nähe der Versetzung 10 auf bis zu 1 nm verringert.
  • Aufgrund des starken piezoelektrischen Feldes in der Doppel- Heterostruktur 9, das insbesondere durch die Wurtzit-Struktur der Gruppe-III-Nitride und die stark polare Natur der Ga/In/Al-Stickstoff-Bindung bedingt ist, ergibt sich eine starke Abhängigkeit der effektiven Bandlücke von der Dicke der lichtemittierenden Schicht 2. Dieser Energieverlauf der Bandlücke über dem Ort ist schematisch in Fig. 2 über dem Aufbau der Doppel-Heterostruktur 9 dargestellt. In dem hier dargestellten Beispiel wird bei einer Emissionswellenlänge von 420 nm in der lichtemittierenden Schicht aus In0,1Ga0,9N durch die Vergrößerung der effektiven Bandlücke um 250 meV eine entsprechende Energiebarriere aufgebaut, welche die Versetzung abschirmt.
  • Die so aufgebaute Energiebarriere verhindert, dass Ladungsträger in die Nähe der Versetzung diffundieren, wodurch wirksam eine nichtstrahlenden Rekombination von Elektron-Loch- Paaren an Versetzungen unterbunden werden kann. Die Ladungsträger werden so gezwungen, in anderen Bereichen der lichtemittierenden Schicht zu rekombinieren, bevorzugt in den Bereichen mit den kleinsten Bandlücken. Die Diffusion von Ladungsträgern wird selbst bei Temperaturen oberhalb Raumtemperatur noch effektiv ausgeschaltet.
  • Zur Erzielung der obigen Energiebarriere wird bei der Bildung der Doppel-Heterostruktur 9 auf dem Substrat 5 bzw. der Pufferschicht 6 das Wachstum der lichtemittierenden Schicht 2 gezielt gesteuert. Durch Modifikation der Wachstumsbedingungen, wie Wachstumstemperatur, V/III-Verhältnis, V/V-Verhältnis, Wachstumsrate, Trägergaszusammensetzung, Zugabe von Surfactants unterschiedlicher Art (z. B. In, Si) und dergleichen führen Versetzungen 10, die sich aus einem unter der lichtemittierenden Schicht 2 liegenden Schichtpaket 3, 6 in den Bereich der lichtemittierenden Schicht 2 fortsetzen, zu Wachstumsänderungen in der Umgebung solcher Versetzungen 10. Diese Wachstumsänderungen erkennt man beispielsweise an sogenannten V-Defekten, die ein klares Indiz für reduzierte Wachstumsraten an der Stelle des Defekts sind. Diese reduzierten Wachstumsraten führen in der Nähe der Versetzung 10 lokal zu verringerten Schichtdicken der lichtemittierenden Schicht 2, wie sie oben beschrieben worden sind.
  • Da sich durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters eine lichtemittierende Vorrichtung mit verbesserter Lumineszenzausbeute erzielen lässt, können gemäß der vorliegenden Erfindung auch In- freie Vorrichtungen mit zufriedenstellender Lumineszenzausbeute hergestellt werden.
  • Bisherige Untersuchungen haben ergeben, dass In-freie Leuchtdioden erheblich geringere Lumineszenzausbeuten aufweisen als In-haltige Leuchtdioden. Als Ursachen hierfür sind sowohl geringere piezoelektrische Felder als auch andere Wachstumsmechanismen möglich. Hierbei ist zu beachten, dass eine lichtemittierende Schicht 2 aus InGaN üblicherweise bei 700-800°C hergestellt wird, während für lichtemittierende Schichten 2 aus GaN und AlGaN Temperaturen über 1000°C erforderlich sind. Werden bei In-freien Leuchtdioden gezielt Verspannungen und piezoelektrische Felder eingebaut, so kann andererseits durch eine gezielte Steuerung des Wachstums im Hinblick auf eine geringere Dicke der lichtemittierenden Schichten 2 in der Nähe von Versetzungen 10 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Leuchtdiode mit ausreichender Lumineszenzausbeute erzielt werden.

Claims (22)

1. Lichtemittierende Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters mit einer aktiven Schicht oder Schichtenfolge, die eine Verbindungshalbleiterschicht (2) auf Galliumnitridbasis aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Verbindungshalbleiterschicht (2) auf Galliumnitridbasis in der Nähe von Versetzungen (10) geringer als im übrigen Bereich ist.
2. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshalbleiterschicht (2) auf Galliumnitridbasis eine lichtemittierende Schicht (2) ist, die insbesondere zwischen einer ersten Überzugsschicht (3) eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Überzugsschicht (4) eines zweiten Leitungstyps angeordnet ist.
3. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Überzugsschicht (3) aus einem n-Typ-Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist, dessen Zusammensetzung sich von derjenigen des Verbindungshalbleiters der lichtemittierenden Schicht unterscheidet;
und
die zweite Überzugsschicht (4) aus einem p-Typ-Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis gebildet ist, dessen Zusammensetzung sich von derjenigen des Verbindungshalbleiters der lichtemittierenden Schicht unterscheidet.
4. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Verbindungshalbleiterschicht (2) auf Galliumnitridbasis in der Nähe von Versetzungen (10) weniger als die Hälfte ihrer Dicke im übrigen Bereich beträgt.
5. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshalbleiterschicht (2) aus einem InxAlyGa1-x-yN-Verbindungshalbleiter mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 gebildet ist.
6. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass x = 0 ist.
7. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass 0 < x < 0,5 und y = 0 ist.
8. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshalbleiterschicht (2) mit einem p-Typ- Fremdstoff und/oder einem n-Typ-Fremdstoff dotiert ist.
9. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überzugsschicht (3) aus einem GauAl1-u N-Verbindungshalbleiter mit 0 < u ≤ 1 gebildet ist.
10. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Überzugsschicht (4) aus einem GavAl1-vN- Verbindungshalbleiter mit 0 < v ≤ 1 gebildet ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungshalbleiterschicht (2) auf Galliumnitridbasis einer aktiven Schicht oder Schichtenfolge mit in der Nähe von Versetzungen (10) geringerer Dicke als im übrigen Bereich ausgebildet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Bilden einer ersten Überzugsschicht (3) aus einem Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis eines ersten Leitungstyps auf einem Substrat (5);
Bilden der Verbindungshalbleiterschicht (2) auf Galliumnitridbasis, insbesondere einer lichtemittierenden Schicht (2), über der ersten Überzugsschicht (3); und
Bilden einer zweiten Überzugsschicht (4) aus einem Verbindungshalbleiter auf Galliumnitridbasis eines zweiten Leitungstyps über der lichtemittierenden Schicht (2),
wobei sich die Zusammensetzung der Verbindungshalbleiterschicht (2) auf Galliumnitridbasis von derjenigen des Verbindungshalbleiters der ersten und der zweiten Überzugsschicht (3, 4) unterscheidet.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshalbleiterschicht (2) in der Nähe von Versetzungen (10) mit einer Dicke ausgebildet wird, die weniger als die Hälfte der Dicke im übrigen Bereich beträgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungshalbleiterschicht (2) aus einem InxAlyGa1-x-yN-Verbindungshalbleiter mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 gebildet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass x = 0 ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierende Schicht (2) mit einem p-Typ- Fremdstoff und/oder einem n-Typ-Fremdstoff dotiert ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überzugsschicht (3) aus einem GavAl1-u N-Verbindungshalbleiter mit 0 < u ≤ 1 gebildet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Überzugsschicht (4) aus einem GavAl1-vN- Verbindungshalbleiter mit 0 < v ≤ 1 gebildet wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überzugsschicht (3), die Verbindungshalbleiterschicht (2) und die zweite Überzugsschicht (4) nacheinander mittels eines MOCVD-Verfahrens auf dem Substrat (5) gebildet werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ausbildung der ersten Überzugsschicht (3) auf dem Substrat (5) eine Pufferschicht (6) gebildet wird, auf welcher anschließend die erste Überzugsschicht gebildet wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (6) aus einem GamAl1-m N-Verbindungshalbleiter mit 0 ≤ m ≤ 1 gebildet wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) aus einem Material gebildet ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Saphir, Siliziumcarbid, Zinkoxid und Galliumnitrid.
DE10135189A 2001-07-19 2001-07-19 Lichtemittierende Vorrichtung auf Basis eines Galliumnitrid-basierten Verbindungshalbleiters und Verfahren zu deren Herstellung Withdrawn DE10135189A1 (de)

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TW091115939A TW550838B (en) 2001-07-19 2002-07-17 Light-emitting device on the basis of galliumnitride-based compound-semiconductor and its production method
PCT/DE2002/002677 WO2003009399A1 (de) 2001-07-19 2002-07-19 Galliumnitrid-basierte led und ihr herstellungsverfahren
JP2003514636A JP2004535687A (ja) 2001-07-19 2002-07-19 窒化ガリウムをベースとしたｌｅｄおよびその製造方法
CNB028145267A CN100380687C (zh) 2001-07-19 2002-07-19 基于氮化镓的发光二极管及其制造方法
EP02754397A EP1407496A1 (de) 2001-07-19 2002-07-19 Galliumnitrid-basierte led und ihr herstellungsverfahren
US10/762,097 US7482181B2 (en) 2001-07-19 2004-01-20 Method for fabricating a light-emitting device based on a gallium nitride-based compound semiconductor, and light-emitting device based on a gallium nitride-based compound semiconductor

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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW587346B (en) * 2003-03-28 2004-05-11 United Epitaxy Co Ltd Optoelectronic device made by semiconductor compound
CN101916769A (zh) * 2010-05-19 2010-12-15 武汉华灿光电有限公司 抗静电氮化镓基发光器件及其制作方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0732754A2 (de) * 1995-03-17 1996-09-18 Toyoda Gosei Co., Ltd. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung bestehend aus einer III-V Nitridverbindung
EP0599224B1 (de) * 1992-11-20 1998-07-22 Nichia Chemical Industries, Ltd. Lichtemittierende Vorrichtung auf Basis einer Galliumnitrid-Halbleiterverbindung

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6542526B1 (en) 1996-10-30 2003-04-01 Hitachi, Ltd. Optical information processor and semiconductor light emitting device suitable for the same
JPH10173284A (ja) * 1996-12-06 1998-06-26 Toyoda Gosei Co Ltd ＧａＮ系化合物半導体発光素子
JP3930161B2 (ja) 1997-08-29 2007-06-13 株式会社東芝 窒化物系半導体素子、発光素子及びその製造方法
US6015979A (en) * 1997-08-29 2000-01-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Nitride-based semiconductor element and method for manufacturing the same
US5967499A (en) 1997-12-02 1999-10-19 Hickory Springs Manufacturing Co. Box spring support module
JP3201475B2 (ja) * 1998-09-14 2001-08-20 松下電器産業株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP3594826B2 (ja) * 1999-02-09 2004-12-02 パイオニア株式会社 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
JP3786544B2 (ja) * 1999-06-10 2006-06-14 パイオニア株式会社 窒化物半導体素子の製造方法及びかかる方法により製造された素子

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0599224B1 (de) * 1992-11-20 1998-07-22 Nichia Chemical Industries, Ltd. Lichtemittierende Vorrichtung auf Basis einer Galliumnitrid-Halbleiterverbindung
EP0732754A2 (de) * 1995-03-17 1996-09-18 Toyoda Gosei Co., Ltd. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung bestehend aus einer III-V Nitridverbindung

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
I.-H. Kim et al.: Formation of V-shaped pits in InGaN/GaN multiquantum wells and balk InGaN films. In: Appl.Phys.Lett., ISSN 0003-6951, Vol. 73, No. 12, 1998, S. 1634-1636 *
Y. Chen et al.: Pit formation in GalnN quantum wells. In: Appl.Phys.Lett., ISSN 0003-6951, Vol. 72, No. 6, 1998, S. 710-712 *

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