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DE102006046227A1 - Semiconductor layer structure has super lattice with alternative stacked layers of connecting semiconductors of one composition and another composition, where stacked layers have doping agents in specific concentration - Google Patents

Semiconductor layer structure has super lattice with alternative stacked layers of connecting semiconductors of one composition and another composition, where stacked layers have doping agents in specific concentration Download PDF

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DE102006046227A1
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layer
superlattice
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composition
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102006046227A
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German (de)
Inventor
Christoph Eichler
Alfred Lell
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to EP07013821A priority Critical patent/EP1883140B1/en
Priority to US11/780,512 priority patent/US7822089B2/en
Priority to JP2007195436A priority patent/JP5156290B2/en
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Abstract

The structure has a super lattice (9) with alternative stacked layers of connecting semiconductors with two compositions (a,b). The stacked layers have doping agents in a specific concentration (c), which is different in two layers of equal composition in the super lattice with an undoped layer. The doping agents are assigned in a vertical position (z) within the structure, where the concentration of one stacked layer (9a) of former composition, is assigned by a function and the concentration of another stacked layer (9b) of later composition, is assigned by another function. An independent claim is also included for an opto-electronic element with a semiconductor layer structure.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Schichtstruktur, die ein Übergitter aus alternierend gestapelten Schichten von III-V Verbindungshalbleitern einer ersten und mindestens einer zweiten Zusammensetzung aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein optoelektronisches Bauelement, das eine derartige Halbleiter-Schichtstruktur aufweist.The The invention relates to a semiconductor layer structure comprising a superlattice from alternately stacked layers of III-V compound semiconductors a first and at least one second composition. The invention further relates to an optoelectronic component, the has such a semiconductor layer structure.

Verglichen mit einer Schicht gleicher Dicke aus nur einem Material einer Zusammensetzung haben Übergitter mit alternierend gestapelten Schichten verschiedener Zusammensetzung unterschiedliche elektrische, optische und epitaktische Eigenschaften. Insbesondere kann bei geeigneter Zusammensetzung und Dotierung ein Übergitter aus alternierend gestapelten p-dotierten Gallium-Nitrid-(GaN) und p-dotierten Aluminium-Gallium-Nitrid-(AlGaN) Schichten eine höhere Leitfähigkeit aufweisen als eine p-dotierte reine GaN- oder AlGaN-Schicht der gleichen Dicke. Aufgrund dieser Eigenschaften finden Übergitter vielfach Verwendung in elektronischen und optoelektronischen Bauteilen.Compared with a layer of equal thickness of only one material of a composition have superlattices with alternating stacked layers of different composition different electrical, optical and epitaxial properties. In particular, with suitable composition and doping, a superlattice of alternately stacked p-doped gallium nitride (GaN) and p-doped aluminum gallium nitride (AlGaN) layers have a higher conductivity have as a p-doped pure GaN or AlGaN layer of the same Thickness. Due to these properties, superlattices are often used in electronic and optoelectronic components.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Halbleiter-Schichtstruktur mit Übergitter der eingangs genannten Art mit verbesserten elektrischen und optischen Eigenschaften zu schaffen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein optoelektronisches Bauelement mit einer solchen Halbleiter-Schichtstruktur anzugeben.task The invention is a semiconductor layer structure with superlattice of the type mentioned with improved electrical and optical To create properties. It is another object of the invention to specify an optoelectronic component having such a semiconductor layer structure.

Diese Aufgabe wird gemäß Patentanspruch 1 durch eine Halbleiter-Schichtstruktur der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Schichten des Übergitters Dotierstoffe in vorgegebenen Konzentrationen enthalten und wobei die Konzentrationen der Dotierstoffe in zumindest zwei Schichten einer gleichen Zusammensetzung im Übergitter unterschiedlich sind.These The object is according to claim 1 by a semiconductor layer structure of the aforementioned type solved, where the layers of the superlattice Contain dopants in predetermined concentrations and wherein the concentrations of the dopants in at least two layers of a same composition in the superlattice are different.

Grundsätzlich wird als Übergitter eine Struktur bezeichnet, die eine Periodizität aufweist, deren Periodenlänge größer ist als die Gitterkonstanten eingesetzter Materialien. Im Rahmen der Anmeldung wird als Übergitter eine Folge alternierend gestapelter Schichten bezeichnet, bei der sich in einer Richtung senkrecht zu den Grenzflächen zwischen den Schichten, also z.B. in Aufwachsrichtung der Schichten, eine Schichtabfolge, umfassend mindestens zwei Schichten unterschiedlichen Typs, wiederholt. Alternierend ist dabei so zu verstehen, dass sich zwei oder mehr Schichten abwechseln. Innerhalb der sich wiederholenden Schichtabfolge kann dabei ein Typ durch mehr als eine Schicht vertreten sein. Beispiele für derartige Übergitter sind durch die folgenden Schichtenfolgen gegeben: "ab|ab|ab|...", "abc|abc|abc|...", "abcb|abcb|..." und "ababababc|ababababc|...", wobei a, b und c jeweils Schichten eines Typs angeben und die sich wiederholende Schichtenabfolge durch das Trennzeichen "|" verdeutlicht ist.Basically as superlattice denotes a structure having a periodicity whose period length is larger as the lattice constants of inserted materials. As part of the Registration is as a super grid a sequence of alternating stacked layers, in which in a direction perpendicular to the interfaces between the layers, ie e.g. in the growth direction of the layers, a layer sequence, comprising at least two layers of different types, repeated. alternating is understood to mean that two or more layers alternate. Within the repetitive layer sequence can be a Type be represented by more than one layer. Examples of such superlattices are given by the following layer sequences: "ab | ab | ab | ...", "abc | abc | abc | ...", "abcb | abcb | ..." and "ababababc | ababababc | ..." where a, b and c indicate layers of each type and the repeating layer sequence by the separator "|" is clarified.

Im Rahmen der Anmeldung ist die Zusammensetzung einer Schicht durch in der Schicht enthaltene Elemente sowie ihre nominelle (d.h. im Rahmen der Genauigkeit der Kompositionsüberwachung während oder nach dem Wachstumsprozess) Stöchiometrie definiert, wobei Dotierstoffe und Verunreinigungen nicht mitberücksichtigt werden. Die Stöchiometrie ist durch den Gehalt (Anteil) der einzelnen Elemente in der Schicht gegeben. Für die Anzahl der Elemente einer Schicht besteht im Rahmen der Anmeldung keine Begrenzung. Die Schichten des Übergitters können z.B. elementar sein, d.h. nur aus einem Element bestehen, oder auch binär, ternär, quaternär usw. sein.in the The scope of the application is the composition of a layer by elements contained in the layer and their nominal (i.e. Framework of accuracy of composition monitoring during or after the growth process) stoichiometry defined, wherein dopants and impurities are not taken into account become. The stoichiometry is by the content (proportion) of the individual elements in the layer given. For the number of elements of a layer is within the scope of the application no limit. The layers of the superlattice may be e.g. be elementary, i. consist of only one element, or be binary, ternary, quaternary, etc.

Unterschiedliche Konzentrationen der Dotierstoffe in zumindest zwei Schichten gleicher Zusammensetzung, also ein nicht konstanter Dotiergrad bei Schichten gleicher Zusammensetzung innerhalb des Übergitters, sind geeignet, die elektrischen und optischen Eigenschaften des Übergitters bestmöglich an gegebene Erfordernisse anzupassen. Häufig sind die gegebenen Erfordernisse an das Übergittern nicht über seine gesamte Dicke gleich, beispielsweise weil physikalische Größen, wie eine elektrische oder optische Feldstärke, die Einfluss auf die Erfordernisse haben, ebenfalls über die Dicke des Übergitters nicht konstant sind. Mit einem über dem Übergitter nicht konstanten Dotiergrad kann dieser Tatsache Rechnung getragen werden.different Concentrations of the dopants in at least two layers of the same Composition, ie a non-constant doping level in layers same composition within the superlattice, are suitable the electrical and optical properties of the superlattice best possible to adapt given requirements. Frequently the given requirements are to the overlapping no over its entire thickness the same, for example, because physical variables, such as an electrical or optical field strength that influences the requirements have, also about the thickness of the superlattice are not constant. With an over the supergrid Not constant doping level can take this fact into account become.

Gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen der Halbleiter-Schichtstruktur weist das Übergitter alternierend gestapelte InxAlyGa1-x-yN- und InwAlzGa1-w-zN-Schichten mit 0 ≤ x, y, w, z ≤ 1 und x + y ≤ 1 und w + z ≤ 1 oder alternierend gestapelte InxAlyGa1-x-yP und InwAlzGa1-w-zP Schichten mit 0 ≤ x, y, w, z ≤ 1 und x + y ≤ 1 und w + z ≤ 1 oder alternierend gestapelte InxAlyGa1-x-yAs und InwAlzGa1-w-zAs Schichten mit 0 ≤ x, y, w, z ≤ 1 und x + y ≤ 1 und w + z ≤ 1 auf. Diese Materialsysteme sind zum einen von großer technologischer Bedeutung und zum anderen kann in diesen Systemen eine vorteilhafte Leitfähigkeitserhöhung der Löcherleitung durch den Einsatz eines Übergitters beobachtet werden.According to advantageous embodiments of the semiconductor layer structure, the superlattice has alternately stacked In x Al y Ga 1-xy N and In w Al z Ga 1 -wz N layers with 0 ≦ x, y, w, z ≦ 1 and x + y ≤ 1 and w + z ≤ 1 or alternately stacked In x Al y Ga 1-xy P and In w Al z Ga 1-wz P layers with 0 ≤ x, y, w, z ≤ 1 and x + y ≤ 1 and w + z ≦ 1 or alternately stacked In x Al y Ga 1-xy As and In w Al z Ga 1-wz As Layers with 0 ≤ x, y, w, z ≤ 1 and x + y ≤ 1 and w + z ≤ 1. On the one hand, these material systems are of great technological importance, and on the other hand, in these systems, an advantageous conductivity increase of the hole line can be observed through the use of a superlattice.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Halbleiter-Schichtstruktur ist den einzelnen Schichten des Übergitters eine vertikale Position innerhalb der Halbleiter-Schichtstruktur zugeordnet und die Konzentration der Dotierstoffe einer Schicht ist in vorgegebener Weise abhängig von ihrer vertikalen Position innerhalb der Halbleiter-Schichtstruktur. Auf diese Weise kann das Übergitter und seine Eigenschaften bestmöglich an sich ändernde physikalische Größen innerhalb der Halbleiter-Schichtstruktur angepasst werden.According to a further advantageous embodiment of the semiconductor layer structure, the individual layers of the superlattice are assigned a vertical position within the semiconductor layer structure and the concentration of the dopants of a layer is dependent on their vertical position within the semiconductor layer structure in a predefined manner. In this way, the superlattice and its properties can optimally adapt to changing physical quantities within the semiconductor layer structure be adjusted.

Gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen ist die Abhängigkeit der Konzentration der Dotierstoffe von der vertikalen Position entweder für alle Schichten durch eine gemeinsame Funktion vorgegeben oder sie ist für Schichten der ersten Zusammensetzung durch eine erste Funktion und für Schichten der mindestens einen zweiten Zusammensetzung durch mindestens eine zweite Funktion vorgegeben. Besonders bevorzugt ist dabei die erste und/oder die mindestens eine zweite und/oder die gemeinsame Funktion eine Stufenfunktion oder eine monoton steigende/fallende Funktion oder eine lineare Funktion oder eine Polynomfunktion oder eine Wurzelfunktion oder eine exponentielle Funktion oder eine logarithmische Funktion oder eine periodische Funktion oder eine Superposition der genannten Funktionen oder enthält Anteile einer dieser Funktionen.According to others Advantageous embodiments is the dependence of the concentration the dopants from the vertical position either for all layers given by a common function or she is for layers the first composition by a first function and for layers the at least one second composition by at least one second function specified. Particularly preferred is the first and / or the at least one second and / or the common function one Step function or a monotone increasing / decreasing function or a linear function or a polynomial function or a root function or an exponential function or a logarithmic function or a periodic function or a superposition of said functions or contains Proportions of one of these functions.

Gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen ist die Konzentration der Dotierstoffe innerhalb einer Schicht des Übergitters konstant oder gradiert.According to others Advantageous embodiments, the concentration of dopants within a layer of the superlattice constant or graded.

Gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen sind entweder alle Schichten des Übergitters mit dem gleichen Dotierstoff dotiert oder das Übergitter weist Schichten auf, die mit unterschiedlichen Dotierstoffen dotiert sind. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Übergitter zumindest eine Schicht auf, die undotiert ist. Insbesondere ist bevorzugt, dass die Dotierstoffe Magnesium (Mg) und/oder Silizium (Si) sind.According to others Advantageous embodiments are either all layers of the superlattice doped with the same dopant or the superlattice has layers, which are doped with different dopants. In another preferred embodiment, the superlattice has at least one layer up, which is undoped. In particular, it is preferred that the dopants Magnesium (Mg) and / or silicon (Si) are.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein optoelektronisches Bauelement gelöst, das eine Halbleiter-Schichtstruktur der zuvor beschriebenen Art aufweist. Beim Betrieb wird in einem optoelektronischen Bauelement ein Strahlungsfeld aufgebaut mit einer üblicherweise innerhalb des Bauelements stark inhomogenen Feldstärkenamplitude. Eine Halbleiter-Schichtstruktur mit einem Übergitter, bei dem zumindest zwei Schichten gleicher Zusammensetzung Dotierstoffe in unterschiedlicher Konzentration enthalten, kann in seinen elektrischen und optischen Eigenschaften bestmöglich an die herrschende inhomogene Feldstärkenamplitude des optischen Strahlungsfeldes angepasst werden.The Task is further solved by an optoelectronic device, the has a semiconductor layer structure of the type described above. During operation, a radiation field is formed in an optoelectronic component built with a customary within the device highly inhomogeneous field strength amplitude. A semiconductor layer structure with a superlattice, in the at least two layers of the same composition dopants contained in varying concentrations, can be in its electrical and optical properties best possible to the prevailing inhomogeneous Field strength amplitude be adapted to the optical radiation field.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des optoelektronischen Bauelements weist dieses eine optisch aktive Schicht auf, und die Konzentration von Dotierstoffen von Schichten einer oder mehrerer Zusammensetzungen innerhalb des Übergitters der Halbleiter-Schichtstruktur steigt mit wachsendem Abstand von der optisch aktiven Schicht. Da bei einem optoelektronischen Bauelement mit optisch aktiver Schicht die Feldstärkenamplitude des Strahlungsfeldes üblicherweise mit wachsendem Abstand von der optisch aktiven Schicht abfällt und eine hohe Dotierstoffkonzentration typisch mit einer hohen optischen Absorption einhergeht, können auf diese Weise optische Verluste verringert werden.According to one advantageous embodiment of the optoelectronic component has this one optically active layer, and the concentration of Dopants of layers of one or more compositions within the superlattice The semiconductor layer structure increases with increasing distance from the optically active layer. As with an optoelectronic device with optically active layer, the field strength amplitude of the radiation field usually decreases with increasing distance from the optically active layer and a high dopant concentration typically with a high optical absorption goes along in this way optical losses are reduced.

Gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen ist das optoelektronische Bauelement eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode.According to others Advantageous embodiments is the optoelectronic device a light emitting diode or a laser diode.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden in Verbindung mit den in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the in the following in connection with those described in the figures Embodiments.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Querschnittszeichnung eines optoelektronischen Bauelements mit einer Halbleiterschicht-Struktur mit Übergitter und die 1 a cross-sectional drawing of an opto-electronic device having a semiconductor layer structure with superlattice and the

2-5 schematische Darstellungen von Feldstärkenamplitude und Brechungsindex sowie Dotierstoffkonzentration innerhalb eines Übergitters bei verschiedenen Ausführungsbeispielen einer Halbleiter-Schichtstruktur mit Übergitter. 2 - 5 schematic representations of field strength amplitude and refractive index and dopant concentration within a superlattice in various embodiments of a semiconductor layer structure with superlattice.

In 1 ist die Schichtenfolge einer Halbleiter-Schichtstruktur eines optoelektronischen Bauelements mit einem Übergitter im Querschnitt schematisch dargestellt. Auf einem Substrat 1 sind eine Anpassungsschicht 2 und folgend eine n-dotierte Kontaktschicht 3 aufgewachsen. Zur einfacheren Darstellung wird der Dotierungstyp von Schichten im Folgenden durch Voranstellen des Buchstabens n oder p angegeben, also z. B. n-Kontaktschicht 3.In 1 the layer sequence of a semiconductor layer structure of an optoelectronic component with a superlattice is shown schematically in cross section. On a substrate 1 are an adaptation layer 2 and following an n-doped contact layer 3 grew up. For ease of illustration, the doping type of layers is given below by prefixing the letter n or p, that is, z. B. n-contact layer 3 ,

Auf der n-Kontaktschicht 3 befindet sich eine n-Mantelschicht 4 und eine n-Wellenleiterschicht 5. Auf diese ist eine aktive Schicht 6 aufgebracht, anschließend eine Barriereschicht 7 sowie eine p-Wellenleiterschicht 8. Es folgt eine p- Mantelschicht, die als Übergitter 9 ausgeführt ist. Das Übergitter 9 weist die alternierend gestapelten Schichten 9a einer ersten Zusammensetzung a und 9b einer zweiten Zusammensetzung b auf. Schichten 9a, 9b gleicher Zusammensetzung a, b werden im Folgenden auch zusammenfassend mithilfe der Bezeichnung Schichtgruppe 9a, 9b referenziert.On the n-contact layer 3 there is an n-cladding layer 4 and an n-waveguide layer 5 , This is an active layer 6 applied, then a barrier layer 7 and a p-waveguide layer 8th , This is followed by a p-cladding layer, which acts as a superlattice 9 is executed. The superlattice 9 indicates the alternating stacked layers 9a a first composition a and 9b a second composition b. layers 9a . 9b of the same composition a, b are summarized below using the term layer group 9a . 9b referenced.

Auf das Übergitter 9 ist eine p-Kontaktschicht 10 aufgewachsen. Im rechten Bereich ist die Schichtenfolge durch Abätzen bis auf eine dem Substrat abgewandte Fläche der n-Kontaktschicht 3 abgetragen, beziehungsweise wurde in diesem Bereich durch Maskierung erst gar nicht aufgebaut. Auf der freiliegenden Fläche der n-Kontaktschicht 3 ist ein n-Kontakt 11 aufgebracht. Auf der p-Kontaktschicht 10 befindet sich ein p-Kontakt 12.On the supergrid 9 is a p-contact layer 10 grew up. In the right-hand area, the layer sequence is by etching down to a surface of the n-contact layer facing away from the substrate 3 removed, or was not built up in this area by masking. On the exposed surface of the n-contact layer 3 is a n-contact 11 applied. On the p-contact layer 10 there is a p-contact 12 ,

Die 1 ist als schematische Zeichnung zu verstehen. Insbesondere sind die gezeigten Schichtdicken nicht maßstabsgetreu.The 1 is as a schematic drawing too understand. In particular, the layer thicknesses shown are not true to scale.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel kann beispielsweise auf Basis des InxAlyGa1-x-yN, InxAlyGa1-x-yAs, InxAlyGa1-x-yP oder InxGa1-xAsyN1-y mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1 Materialsystems realisiert werden. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese Materialsysteme beschränkt, sondern kann je nach gewünschter Wellenlänge oder sonstige Anforderung auch auf Basis weiterer Materialsysteme aufgebaut sein.The exemplary embodiment shown can be based, for example, on the basis of the In x Al y Ga 1-xy N, In x Al y Ga 1-xy As, In x Al y Ga 1-xy P or In x Ga 1-x As y N 1-y with 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1 material system can be realized. Of course, the invention is not limited to these material systems, but may also be based on other material systems depending on the desired wavelength or other requirement.

Das in 1 gezeigte Bauelement stellt eine Doppel-Heterostruktur Laserdiode dar. Im Folgenden ist beispielhaft eine Realisierung im InxAlyGa1-x-yN Materialsystem näher beschrieben. In einem solchen Fall kann Saphir als Substrat 1 Verwendung finden und n-dotiertes GaN als n-Kontaktschicht 3 eingesetzt werden. Zur n-Dotierung der GaN-Schicht wird vorzugsweise Silizium (Si) eingesetzt. Als Anpassungsschicht 2 ist typischerweise eine Aluminiumnitrid (AlN) Schicht zwischen dem Saphir-Substrat 1 und der GaN n-Kontaktschicht 3 zur Anpassung der unterschiedlichen Gitterkonstanten dieser Schicht vorgesehen.This in 1 shown component represents a double heterostructure laser diode. In the following is an example of a realization in In x Al y Ga 1-xy N material system described in more detail. In such a case, sapphire can be used as a substrate 1 Use and n-doped GaN as n-contact layer 3 be used. For n-doping of the GaN layer preferably silicon (Si) is used. As an adjustment layer 2 is typically an aluminum nitride (AlN) layer between the sapphire substrate 1 and the GaN n contact layer 3 to adapt the different lattice constants of this layer.

Analog kann die p-Kontaktschicht 10 durch eine mit Magnesium (Mg) p-dotierte GaN-Schicht realisiert werden, wobei eine durch die Magnesiumstörstellen induzierte Löcherleitung nach Aufwachsen der Schicht in bekannter Weise aktiviert wird, z.B. durch Elektronenbestrahlung oder thermische Behandlung. Als n- oder p-Kontakte 11 bzw. 12 können Elektroden, z.B. aus Aluminium oder Nickel, auf die entsprechenden n- oder p-Kontaktschichten 3 bzw. 10 aufgedampft werden. Das zu dem Zweck erforderliche Freilegen der n-Kontaktschicht 3 kann beispielsweise durch einen Trockenätzprozess in Chlorgas oder durch Argon-Ionen-Sputtern erfolgen.Analogously, the p-contact layer 10 be realized by a magnesium (Mg) p-doped GaN layer, wherein a hole line induced by the magnesium perturbations is activated after growth of the layer in a known manner, for example by electron irradiation or thermal treatment. As n- or p-contacts 11 respectively. 12 For example, electrodes such as aluminum or nickel may be applied to the corresponding n- or p-type contact layers 3 respectively. 10 be evaporated. The necessary for the purpose of exposing the n-contact layer 3 can be done for example by a dry etching in chlorine gas or by argon ion sputtering.

Alternativ kann statt eines nicht leitenden Substrats 1 ein leitendes Substrat, wie z.B. Galliumnitrid (GaN) oder Siliziumkarbid (SiC), eingesetzt werden. In einem solchen Fall kann die n-Kontaktschicht 3 und gegebenenfalls, z.B. beim Einsatz von GaN, die Anpassungsschicht 2 entfallen. Der n-Kontakt 11 kann dann gegenüber dem p-Kontakt 12 auf der der Halbleiter-Schichtstruktur abgewandten Seite des Substrats aufgebracht werden, so dass eine vertikal leitende Halbleiter-Schichtstruktur gebildet wird.Alternatively, instead of a non-conductive substrate 1 a conductive substrate such as gallium nitride (GaN) or silicon carbide (SiC) can be used. In such a case, the n-contact layer 3 and optionally, for example when using GaN, the matching layer 2 omitted. The n-contact 11 can then contact the p-contact 12 are applied on the side facing away from the semiconductor layer structure of the substrate, so that a vertically conductive semiconductor layer structure is formed.

Ohne Einschränkung ist in der 1 ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem zunächst n-dotierte Schichten auf das Substrat 1 aufgebracht sind. Eine Anordnung, bei der p-dotierte Schichten näher am Substrat 1 angeordnet sind als die n-dotierten Schichten, ist ebenso möglich. Die beiden Ausführungen können bezüglich der Ladungsträgerinjektion in die Halbleiterschichtstruktur unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Abhängig von den gewünschten Eigenschaften kann sich jede der Ausführungen im Einzelfall als vorteilhaft erweisen.Without limitation, in the 1 an embodiment shown in the first n-doped layers on the substrate 1 are applied. An arrangement in which p-doped layers are closer to the substrate 1 are arranged as the n-doped layers, is also possible. The two embodiments can have different properties with respect to the charge carrier injection into the semiconductor layer structure. Depending on the desired properties, each of the embodiments may prove advantageous in individual cases.

Die aktive Schicht 6 kann z.B. eine Einfach- oder Mehrfach-Quantenschichtstruktur sein, bei der Indium-Galliumnitrid (InGaN)-Quantenschichten abwechselnd mit AlGaN-Barriereschichten gestapelt sind.The active layer 6 may be, for example, a single or multiple quantum layer structure in which indium gallium nitride (InGaN) quantum layers are stacked alternately with AlGaN barrier layers.

Als Quantenschicht ist im Rahmen der Erfindung eine Schicht zu verstehen, die so dimensioniert oder strukturiert ist, dass eine für die Strahlungserzeugung wesentliche Quantisierung der Ladungsträger-Energieniveaus, zum Beispiel durch Einschluss (confinement), auftritt. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantenschicht keine Angabe oder Einschränkung über die Dimensionalität der Quantisierung. Die Quantenschicht kann einen zweidimensionalen Quantentopf bilden oder strukturelle Elemente mit niedrigerer Dimensionalität wie Quantendrähte oder Quantenpunkte oder Kombinationen dieser Strukturen enthalten.When Quantum layer is to be understood in the context of the invention, a layer which is so dimensioned or structured that one for the generation of radiation significant quantization of carrier energy levels, for example by confinement. In particular, includes the term quantum layer is no indication or limitation over the dimensionality the quantization. The quantum layer can be a two-dimensional Quantum well form or structural elements with lower dimensionality such as quantum wires or Contain quantum dots or combinations of these structures.

Darüber hinaus ist auch der Einsatz einer Fotolumineszenzaktiven Schicht, z. B. einer Fremdatom-dotierten InGaN-Schicht als aktive Schicht 6 denkbar.In addition, the use of a photoluminescent active layer, for. B. an impurity-doped InGaN layer as the active layer 6 conceivable.

Die die aktive Schicht 6 umgebenden Schichten (n- und p-Wellenleiterschichten 5 bzw. 8, n-Mantelschicht 4, Übergitter 9 als p-Mantelschicht und Barriereschicht 7) haben eine größere Bandlücke als die aktive Schicht 6. Dieses bewirkt eine Konzentration oder eine Eingrenzung, auch confinement genannt, von Ladungsträgern auf die aktive Schicht 6. Die Anzahl der zu diesem Zweck vorgesehenen Schichten ist nicht auf die in der Figur gezeigte Anzahl von fünf Schichten festgelegt, sondern prinzipiell beliebig.The the active layer 6 surrounding layers (n- and p-waveguide layers 5 respectively. 8th , n-cladding layer 4 , Super grid 9 as p-cladding layer and barrier layer 7 ) have a larger bandgap than the active layer 6 , This causes a concentration or confinement, also known as confinement, of charge carriers on the active layer 6 , The number of layers provided for this purpose is not fixed to the number of five layers shown in the figure, but in principle arbitrary.

Weiterhin bilden die die aktive Schicht 6 umgebenden Schichten einen Wellenleiter für die in der aktiven Schicht 6 erzeugte Strahlung. Gute Wellenführungseigenschaften werden erreicht, wenn der Brechungsindex in einer Richtung senkrecht zur aktiven Schicht 6 von dieser aus nach außen abnimmt. Da GaN einen höheren Brechungsindex aufweist als AlGaN, sind die näher an der aktiven Schicht 6 angeordneten n- und p-Wellenleiterschichten 5 bzw. 8 im Ausführungsbeispiel als GaN-Schichten ausgeführt. Die n-Mantelschicht 4 und das Übergitter 9 als p-Mantelschicht sind bevorzugt aluminiumhaltig.Furthermore, they form the active layer 6 surrounding layers provide a waveguide for those in the active layer 6 generated radiation. Good waveguiding properties are achieved when the refractive index in a direction perpendicular to the active layer 6 decreases from this outwards. Since GaN has a higher refractive index than AlGaN, they are closer to the active layer 6 arranged n- and p-waveguide layers 5 respectively. 8th executed in the embodiment as GaN layers. The n-cladding layer 4 and the superlattice 9 as p-cladding layer are preferably aluminum-containing.

Auf der dem Substrat 1 zugewandten Seite der aktiven Schicht 6 (n-dotierte Seite) kann die Wellenleiterschicht 5 folglich als eine Si-dotierte GaN-Schicht ausgeführt sein und die Mantelschicht 4 entsprechend als eine Si-dotierte AlGaN-Schicht. Auf der dem Substrat 1 abgewandten Seite der aktiven Schicht 6 (p-dotierte Seite) wird analog eine Magnesium (Mg)-dotierte GaN-Schicht als Wellenleiterschicht 8 eingesetzt. Um eine direkte Rekombination von Elektronen, die aus der aktiven Schicht 6 in die Wellenleiterschicht 8 diffundieren, mit den dort befindlichen Löchern zu verhindern, ist zwischen beiden Schichten zusätzlich die Barriereschicht 7 vorgesehen. Diese kann durch eine AlGaN-Schicht realisiert sein, die typischerweise deutlich dünner als die n- und p-Wellenleiterschichten 5 bzw. 8, die n-Mantelschicht 4 oder das Übergitter 9 ausgeführt ist.On the substrate 1 facing side of the active layer 6 (n-doped side) may be the waveguide layer 5 Consequently, it may be embodied as a Si-doped GaN layer and the cladding layer 4 correspondingly as an Si-doped AlGaN layer. On the substrate 1 opposite side of the active layer 6 (P-doped side) is analogous to a magnesium (Mg) -doped GaN layer as a waveguide layer 8th used. To direct recombination of electrons from the active layer 6 into the waveguide layer 8th diffuse, to prevent with the holes located there, is between the two layers in addition the barrier layer 7 intended. This can be realized by an AlGaN layer, which is typically significantly thinner than the n- and p-waveguide layers 5 respectively. 8th , the n-cladding layer 4 or the superlattice 9 is executed.

Die p-seitige Mantelschicht wird durch das Übergitter 9 realisiert.The p-side cladding layer is through the superlattice 9 realized.

Im Ausführungsbeispiel der 1 ist das Übergitter 9 durch abwechselnd angeordnete Schichten 9a der ersten Zusammensetzung a und Schichten 9b der zweiten Zusammensetzung b gebildet. Beispielhaft und wegen einer übersichtlicheren Darstellung sind in der Figur nur je 3 Schichten der zwei verschiedenen Zusammensetzungen a und b gezeigt. In tatsächlichen Umsetzungen der Erfindung weist das Übergitter üblicherweise eine größere Anzahl von Schichten auf, beispielsweise mehrere zehn bis einige hundert Schichten jeder Zusammensetzung. Typische Schichtdicken für eine einzelne Schicht des Übergitters 9 liegen im Bereich von wenigen nm bis hin zu mehreren zehn nm, z.B. zwischen 2 nm und 50 nm und bevorzugt zwischen 3 nm und 10 nm. Schichten gleicher Zusammensetzung weisen nominell (d.h. im Rahmen der Genauigkeit der Schichtdickenkontrolle während oder nach dem Wachstumsprozess) die gleiche Schichtdicke auf. Die Schichten 9a der ersten Zusammensetzung a und die Schichten 9b der zweiten Zusammensetzung b können sich in ihrer Dicke jedoch voneinander unterscheiden (asymmetrisches Übergitter) oder auch gleich sein (symmetrisches Übergitter).In the embodiment of 1 is the superlattice 9 by alternately arranged layers 9a the first composition a and layers 9b formed of the second composition b. By way of example and for a clearer illustration, only 3 layers of the two different compositions a and b are shown in the figure. In actual implementations of the invention, the superlattice typically has a larger number of layers, for example, tens to hundreds of layers of each composition. Typical layer thicknesses for a single layer of the superlattice 9 are in the range of a few nm to several tens of nm, for example between 2 nm and 50 nm and preferably between 3 nm and 10 nm. Layers of the same composition have nominal (ie within the accuracy of the layer thickness control during or after the growth process) the same Layer thickness on. The layers 9a the first composition a and the layers 9b However, the second composition b may differ in their thickness (asymmetric superlattice) or be the same (symmetric superlattice).

Das Übergitter 9 kann nicht nur, wie gezeigt, aus Schichten mit zwei verschiedenen Zusammensetzungen a, b bestehen, sondern auch aus Schichten mit drei oder mehreren verschiedenen Zusammensetzungen, indem z.B. eine Schichtenfolge "abcdabcdabcd..." oder "abcbabcb..." gebildet wird, wobei c und d Zusammensetzungen sind, die sich voneinander und von der ersten und zweiten Zusammensetzung a und b unterscheiden. Wie bereits ausgeführt, ist im Rahmen der Anmeldung die Zusammensetzung einer Schicht durch in der Schicht enthaltene Elemente sowie ihre nominelle (d.h. innerhalb der Genauigkeit der Kompositionsüberwachung während oder nach dem Wachstumsprozess) Stöchiometrie definiert, wobei Dotierstoffe und Verunreinigungen nicht mitberücksichtigt werden. Im Sinne dieser Definition haben beispielsweise somit Al0.1Ga0.9N Schichten und Al0.2Ga0.8N Schichten unterschiedliche Zusammensetzungen, während eine mit Si n-dotierte GaN-Schicht und eine undotierte GaN-Schicht als Schichten gleicher Zusammensetzung zu betrachten sind. Für die Anzahl der Elemente einer Schicht besteht keine Begrenzung. Die Schichten des Übergitters 9 können z.B. elementar sein, d.h. nur aus einem Element bestehen, oder auch binär, ternär, quaternär usw. sein.The superlattice 9 can not only, as shown, consist of layers with two different compositions a, b, but also of layers having three or more different compositions, for example, by a layer sequence "abcdabcdabcd ..." or "abcbabcb ..." is formed, wherein c and d are compositions which differ from each other and from the first and second compositions a and b. As already stated, the application defines the composition of a layer by elements contained in the layer as well as its nominal (ie within the accuracy of the composition monitoring during or after the growth process) stoichiometry, whereby dopants and impurities are not taken into account. For the purposes of this definition, for example, Al 0.1 Ga 0.9 N layers and Al 0.2 Ga 0.8 N layers therefore have different compositions, while an Si n-doped GaN layer and an undoped GaN layer are to be regarded as layers of the same composition. There is no limit to the number of elements in a layer. The layers of the superlattice 9 For example, they can be elementary, that is, consist of only one element, or they can be binary, ternary, quaternary, and so on.

Im GaN-basierten Materialsystem kann das Übergitter 9 als p-Mantelschicht z.B. aus alternierenden Mg-dotierten GaN-Schichten und Mg-dotierten AlGaN-Schichten bestehen. Aufgrund der hohen Aktivierungsenergie der Mg-Dotieratome ist die elektrische Leitfähigkeit von p-dotierten Schichten gering. Zudem hat AlGaN eine größere Bandlücke als GaN und weist aufgrund einer geringeren Dotiereffizienz eine geringere Leitfähigkeit auf. Die Dotiereffizienz gibt an, in welcher Konzentration Dotierstoffe überhaupt vom Material aufgenommen werden und welcher Anteil aufgenommener Dotieratome prinzipiell (d.h. unbeachtlich temperaturbedingter Besetzungseffekte) überhaupt zur Leitfähigkeit beitragen kann. Die Dotiereffizienz ist unter Anderem davon abhängig, welche Gitter- oder Zwischengitterplätzen die Dotieratome einnehmen.In the GaN-based material system, the superlattice 9 exist as a p-type cladding layer, for example, of alternating Mg-doped GaN layers and Mg-doped AlGaN layers. Due to the high activation energy of the Mg doping atoms, the electrical conductivity of p-doped layers is low. In addition, AlGaN has a larger band gap than GaN and has lower conductivity due to lower doping efficiency. The doping efficiency indicates the concentration at which dopants are actually taken up by the material and which fraction of doped atoms taken up in principle (ie irrelevant temperature-induced occupation effects) can at all contribute to the conductivity. Among other things, the doping efficiency depends on which lattice or interstitials occupy the doping atoms.

Durch den Einsatz höher und effizienter dotierbarer und somit leitfähigerer GaN-Schichten kann das Übergitter 9 verglichen mit einer p-dotierten reinen AlGaN-Mantelschicht eine erhöhte Leitfähigkeit bei effektiv gleichem Brechungsindex aufweisen. Ein effektiv gleicher Brechungsindex kann durch einen erhöhten Aluminiumgehalt der im Übergitter 9 eingesetzten AlGaN-Schichten verglichen mit der AlGaN-Mantelschicht erreicht werden.By using higher and more efficiently dopable and thus more conductive GaN layers, the superlattice can be used 9 compared with a p-doped pure AlGaN cladding layer have an increased conductivity with effectively the same refractive index. An effectively same refractive index can be due to an increased aluminum content in the superlattice 9 AlGaN layers used can be achieved compared to the AlGaN cladding layer.

Statt eines GaN-/AlGaN-Übergitters 9 ist ebenso ein Übergitter 9 denkbar, in dem AlxGa1-xN/AlyGa1-yN-Schichten mit 0 ≤ x, y ≤ 1 und x ≠ y abwechselnd gestapelt sind. Weiterhin ist auch für die n-dotierte AlGaN-Mantelschicht 4 der Einsatz eines Übergitters denkbar. Aufgrund der im allgemeinen höheren Leitfähigkeit von n-dotierten Schichten liegt in diesem Fall ein Vorteil nicht primär in einer erhöhten vertikalen Leitfähigkeit. Vorteile ergeben sich jedoch durch eine möglichen Verringerung von Verspannungen, die in der aktiven Schicht 6 induziert werden. Ein weiterer Vorteil, der insbesondere bei seitlicher Stromeinbringung zum Tragen kommt, liegt in der erhöhten lateralen Stromleitfähigkeit eines Übergitters begründet.Instead of a GaN / AlGaN superlattice 9 is also a superlattice 9 in which Al x Ga 1-x N / Al y Ga 1-y N layers with 0 ≦ x, y ≦ 1 and x ≠ y are alternately stacked. Furthermore, also for the n-doped AlGaN cladding layer 4 the use of a superlattice conceivable. Due to the generally higher conductivity of n-type doped layers, an advantage in this case is not primarily in increased vertical conductivity. Advantages, however, result from a possible reduction of tension in the active layer 6 be induced. Another advantage, which comes into play in particular with lateral current introduction, is due to the increased lateral current conductivity of a superlattice.

Übergitter, bei dem alle Schichten 9a der ersten Zusammensetzung a beziehungsweise alle Schichten 9b der zweiten Zusammensetzung b die gleiche Dotierung, d.h. gleicher Dotierstoff in gleicher Konzentration, aufweisen, sind z.B. aus der EP 0881666 B1 oder aus der Veröffentlichung von P. Kozodoy et al. in Applied Physics Letters 1999, Vol. 74, Nr. 24, S. 3681 bekannt.Superlattice, in which all layers 9a the first composition a or all layers 9b the second composition b the same doping, ie the same dopant in the same concentration, have, for example, from EP 0881666 B1 or from the publication of P. Kozodoy et al. in Applied Physics Letters 1999, Vol. 74, No. 24, p. 3681 known.

Erfindungsgemäß ist dagegen die Konzentration der Dotierstoffe in zumindest zwei Schichten gleicher Zusammensetzung unterschiedlich. Es gibt also erfindungsgemäß mindestens eine Schicht aus mindesten einer Gruppe von Schichten 9a und/oder 9b, die anders dotiert ist, als die übrigen Schichten der Schichtgruppe.In contrast, according to the invention, the concentration of the dopants is different in at least two layers of the same composition. Thus, according to the invention, there is at least one layer of at least one group of layers 9a and or 9b which is doped differently than the remaining layers of the layer group.

Im folgenden sind im Zusammenhang mit den 2 bis 5 Halbleiter-Schichtstrukturen beschrieben, bei denen der Dotiergrad von Schichten gleicher Zusammensetzung (Schichtgruppe) innerhalb eines Übergitters variiert. Die Schichtabfolge der im folgenden gezeigten Ausführungsbeispiele entspricht grundsätzlich dem in 1 gezeigten Beispiel, mit Ausnahme der n-Kontaktschicht 3, der Anpassungsschicht 2 und des Substrats 1, die in den Diagrammen der 2 bis 5 nicht wiedergegeben sind.The following are related to the 2 to 5 Semiconductor layer structures described in which the doping level of layers of the same composition (layer group) varies within a superlattice. The layer sequence of the exemplary embodiments shown below corresponds in principle to FIG 1 shown example, with the exception of the n-contact layer 3 , the adjustment layer 2 and the substrate 1 included in the diagrams of the 2 to 5 are not reproduced.

In den 2 bis 5 ist jeweils zu verschiedenen Ausführungsbeispielen einer Halbleiter-Schichtstruktur je ein Diagramm gezeigt, in dem ein Brechungsindex n (rechte Ordinate) und eine Feldamplitude A des optischen Strahlungsfeldes (linke Ordinate) abhängig von der vertikalen Position z innerhalb der Halbleiter-Schichtstruktur (Abszisse) angegeben ist. Basierend auf derselben vertikalen Position z ist oberhalb der Diagramme jeweils die zugehörige Schichtabfolge dargestellt, wobei die Schichten mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, wie sie in 1 eingeführt sind. Die vertikale Position z innerhalb der Halbleiter-Schichtstruktur ist von der der aktiven Schicht 6 abgewandten Grenzfläche der p-Kontaktschicht 10 gerechnet entgegen der Aufwachsrichtung in nm angegeben. Selbstverständlich kann die Positionsreferenz beliebig gewählt werden, z.B. könnte eine Seite des Übergitters 9 als Positionsreferenz herangezogen werden.In the 2 to 5 For example, in each case a diagram is shown for various exemplary embodiments of a semiconductor layer structure, in which a refractive index n (right ordinate) and a field amplitude A of the optical radiation field (left ordinate) are specified as a function of the vertical position z within the semiconductor layer structure (abscissa) , Based on the same vertical position z, the respective layer sequence is shown above the diagrams, the layers being given the same reference numerals as those in FIG 1 are introduced. The vertical position z within the semiconductor layer structure is that of the active layer 6 remote interface of the p-contact layer 10 calculated against the growth direction in nm. Of course, the position reference can be chosen arbitrarily, for example, could be a side of the superlattice 9 be used as a position reference.

Da Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen, kann aus der Darstellung des Brechungsindex n in Abhängigkeit der vertikalen Position z innerhalb der Halbleiter-Schichtstruktur deren Schichtaufbau abgelesen werden. GaN-Schichten weisen einen Brechungsindex n von etwa 2.52 auf. Der Brechungsindex n von AlGaN-Schichten sinkt mit steigendem Al-Gehalt von diesem Wert ab. In den in den 2-5 gezeigten Ausführungsbeispielen sind die p-Kontaktschicht 10, die p-Wellenleiterschicht 8 und die n-Wellenleiterschicht 5 GaN-Schichten. Die Barriereschicht 7 und die n-Mantelschicht 4 sind AlGaN-Schichten, wobei die Barriereschicht 7 einen hohen und die n-Mantelschicht 4 einen mittleren Al-Gehalt aufweist. Als Dotierstoff zur p-Dotierung kann Mg und als Dotierstoff zur n-Dotierung Si eingesetzt werden.Since layers of different composition have different refractive indices, the layer structure of the representation of the refractive index n as a function of the vertical position z within the semiconductor layer structure can be read off. GaN layers have a refractive index n of about 2.52. The refractive index n of AlGaN layers decreases with increasing Al content from this value. In the in the 2 - 5 The embodiments shown are the p-contact layer 10 , the p-waveguide layer 8th and the n-waveguide layer 5 GaN layers. The barrier layer 7 and the n-cladding layer 4 are AlGaN layers, where the barrier layer 7 a high and the n-cladding layer 4 has an average Al content. As a dopant for p-type doping Mg and Si can be used as a dopant for n-doping.

Das Übergitter 9 wird durch jeweils 10 alternierend gestapelte GaN-/AlGaN-Schichten gebildet. Auch hier ist die Anzahl der Schichten nur beispielhaft und wegen der Übersichtlichkeit nicht zu groß gewählt. Typischerweise weist das Übergitter 9 eine größere Anzahl von Schichten auf, beispielsweise mehrere zehn bis einige hundert Schichten jeder Zusammensetzung. In Analogie zu 1 werden im Folgenden die GaN-Schichten als Schichten einer ersten Zusammensetzung a mit dem Bezugszeichen 9a versehen und die AlGaN-Schichten als Schichten einer zweiten Zusammensetzung b mit dem Bezugszeichen 9b. Das Übergitter weist auf seiner an die p-Kontaktschicht 10 angrenzenden Seite (linke Seite in den Diagrammen) eine GaN-Schicht 9a auf und auf seiner an die p-Wellenleiterschicht 8 angrenzenden Seite (rechte Seite in den Diagrammen) eine AlGaN-Schicht 9b. Das Übergitter 9 fungiert als p-Mantelschicht.The superlattice 9 is formed by 10 alternately stacked GaN / AlGaN layers. Again, the number of layers is only exemplary and not too large because of the clarity. Typically, the superlattice has 9 a greater number of layers, for example, tens to hundreds of layers of each composition. In analogy to 1 In the following, the GaN layers are referred to as layers of a first composition a with the reference symbol 9a and the AlGaN layers as layers of a second composition b with the reference numeral 9b , The superlattice points to its on the p-contact layer 10 adjacent side (left side in the diagrams) a GaN layer 9a on and on its to the p-waveguide layer 8th adjacent side (right side in the diagrams) an AlGaN layer 9b , The superlattice 9 acts as a p-shell layer.

Die Feldamplitude A des optischen Strahlungsfeldes, das beim Betrieb der Halbleiter-Schichtstruktur in der aktiven Schicht 6 erzeugt wird, ist in willkürlichen Einheiten auf der linken Ordinate angegeben. Die Feldamplitude A zeigt in allen Ausführungsbeispielen einen glockenkurvenähnlichen Verlauf mit einem auf den Wert 1 normierten Maximum in der aktiven Schicht 6. Der Abfall der Feldstärke zu beiden Seiten der aktiven Schicht 6 ist durch den Verlauf des Brechungsindex n bestimmt.The field amplitude A of the optical radiation field, the operation of the semiconductor layer structure in the active layer 6 is given in arbitrary units on the left ordinate. The field amplitude A shows in all embodiments, a bell-curve-like course with a normalized to the value of 1 maximum in the active layer 6 , The drop in field strength on both sides of the active layer 6 is determined by the course of the refractive index n.

Für die Schichten des Übergitters 9 ist darüber hinaus die Dotierstoffkonzentration c, auch Dotiergrad genannt, durch ein der Darstellung überlagertes Säulendiagramm angegeben. Wie die Feldamplitude A ist der Dotiergrad c in willkürlichen Einheiten auf der linken Abszisse angegeben. Falls nicht im Einzelfall anders beschrieben, bezieht sich die dargestellte Dotierstoffkonzentration c auf den zur p-Dotierung eingesetzten Stoff, also z.B. Mg.For the layers of the superlattice 9 In addition, the dopant concentration c, also called doping level, is indicated by a bar chart superimposed on the representation. Like the field amplitude A, the doping degree c is given in arbitrary units on the left-hand abscissa. Unless otherwise described in the individual case, the illustrated dopant concentration c refers to the substance used for p-doping, eg Mg.

Bei dem in 2a gezeigten Ausführungsbeispiel einer Halbleiter-Schichtstruktur weisen alle GaN-Schichten 9a des Übergitters 9 eine gleiche Dotierstoffkonzentration c auf (konstante Dotierung innerhalb der GaN-Schichtengruppe). Die AlGaN-Schichten 9b weisen dieselbe Dotierstoffkonzentration c auf, mit Ausnahme jedoch der an die p-Wellenleiterschicht 8 angrenzenden Schicht (rechte Seite des Übergitters 9 im Diagramm). Diese Schicht ist undotiert, wobei im Rahmen der Anmeldung unter einer undotierten Schicht eine nominell, d.h. innerhalb technisch mess- und kontrollierbarer Grenzen, undotierte Schicht zu verstehen ist.At the in 2a shown embodiment of a semiconductor layer structure, all GaN layers 9a of the superlattice 9 an equal dopant concentration c (constant doping within the GaN layer group). The AlGaN layers 9b have the same dopant concentration c, except that of the p-type waveguide layer 8th adjacent layer (right side of the superlattice 9 in the diagram). This layer is undoped, wherein in the context of the application under an undoped layer a nominal, ie within technically measurable and controllable limits, undoped layer is to be understood.

Bei dem in 2b gezeigten Ausführungsbeispiel ist nicht nur die direkt an die p-Wellenleiterschicht 8 angrenzenden AlGaN-Schicht, sondern auch die nächste GaN-Schicht undotiert. Wie bei 2a sind die übrigen der Schichten 9a und 9b konstant mit der gleichen Dotierstoffkonzentration c dotiert (homogene Dotierung in diesem Bereich).At the in 2 B not only the embodiment shown directly to the p-waveguide layer 8th adjacent AlGaN layer, but also the next GaN layer undoped. As in 2a are the rest of the layers 9a and 9b constantly doped with the same dopant concentration c (homogeneous doping in this area).

Aus dem Verlauf der Feldamplitude A ist ersichtlich, dass die beim Betrieb von der der aktiven Schicht 6 erzeugte Strahlung mit noch fast 80% ihrer maximalen Amplitude in das Übergitter eindringt. Ein Vergleich der Absorptionskoeffizienten für Strahlung einer Wellenlänge von 400 nm zeigt beispielsweise, dass Mg-dotiertes GaN (Dotierstoffkonzentration 4 × 1019 cm-3) einen 10-fach höheren Absorptionkoeffizienten hat als undotiertes GaN ( Quelle: M. Kumerato et al., Phys. stat. sol. 2002, Vol. 192, Nr. 2, S. 329 ). Insbesondere im Bereich hoher Feldstärken A lassen sich durch die Verwendung von undotierten oder nur sehr gering dotierten Schichten somit Absorptionsverluste im Übergitter 9 verringern. Um einer durch den Einsatz von undotierten oder nur sehr gering dotierten Schichten hervorgerufenen Abnahme der Leitfähigkeit des Übergitters 9 entgegenzuwirken, kann die Dotierstoffkonzentration c in den übrigen Schichten verglichen mit einem Übergitter, das homogen über alle Schichten dotiert ist, geringfügig höher sein. Aufgrund der überlinear abfallenden Feldamplitude A sind mit dem erhöhten Dotiergrad der übrigen Schichten einhergehende geringfügig höhere Absorptionsverluste kleiner als die Verringerung der Absorptionsverluste durch die undotierten Schichten. Das Übergitter 9 hat somit effektiv (in der Summe aller Schichten 9a und 9b) eine geringere Absorption bei gleicher Leitfähigkeit als aus dem Stand der Technik bekannte Übergitter.From the course of the field amplitude A, it can be seen that in the operation of the active layer 6 generated radiation penetrates with almost 80% of its maximum amplitude in the superlattice. A comparison of the absorption coefficients for radiation of a wavelength of 400 nm shows, for example, that Mg-doped GaN (dopant concentration 4 × 10 19 cm -3 ) has a 10-fold higher absorption coefficient than undoped GaN ( Source: M. Kumerato et al., Phys. stat. sol. 2002, Vol. 192, No. 2, p. 329 ). In particular in the range of high field strengths A, absorption losses in the superlattice can thus be achieved by using undoped or only very low doped layers 9 reduce. To a decrease in the conductivity of the superlattice caused by the use of undoped or only very low doped layers 9 counteract, the dopant concentration c in the remaining layers may be slightly higher compared to a superlattice which is homogeneously doped over all layers. Due to the linearly decreasing field amplitude A, slightly higher absorption losses associated with the increased doping level of the remaining layers are smaller than the reduction of the absorption losses by the undoped layers. The superlattice 9 has thus effectively (in the sum of all layers 9a and 9b ) a lower absorption at the same conductivity than known from the prior art superlattice.

Der gleiche Effekt ergibt sich auch bei den in 3a und 3b gezeigten Ausführungsbeispielen. In beiden Fällen ist die Dotierstoffkonzentration c innerhalb einer Schichtengruppe konstant, mit Ausnahme von an die p-Wellenleiterschicht 8 angrenzenden undotierten Schichten. Bei dem Beispiel von 3a sind je eine GaN-Schicht 9a und eine AlGaN-Schicht 9b undotiert; bei dem Beispiel von 3b sind eine GaN-Schicht 9a und zwei AlGaN-Schichten 9b undotiert. Im Unterschied zu den in der 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist hier der Dotiergrad der konstant dotierten GaN-Schichten 9a jedoch in einem Fall größer (3a) und im anderen Fall kleiner (3b) als der Dotiergrad der konstant dotierten AlGaN-Schichten 9b. Insbesondere der in 3b gezeigte Fall, bei dem die AlGaN-Schichten 9b höher dotiert sind als die GaN-Schichten 9a, ist geeignet, eine hohe Leitfähigkeit des Übergitters 9 bei geringer optischer Absorption zu erreichen. Der Absorptionskoeffizient ist für Strahlung der aktiven Schicht 6, die beispielsweise zwischen 330 nm und 480 nm liegen kann, wegen der größeren Bandlücke für AlGaN geringer als für GaN. Aus diesem Grund kann der Dotiergrad der AlGaN-Schichten 9a höher gewählt werden als der der GaN-Schichten 9b, ohne dass dieses zu einer starken Absorption im Übergitters 9 führt.The same effect also occurs with the in 3a and 3b shown embodiments. In both cases, the dopant concentration c is constant within a layer group, except for the p-waveguide layer 8th adjacent undoped layers. In the example of 3a are each a GaN layer 9a and an AlGaN layer 9b undoped; in the example of 3b are a GaN layer 9a and two AlGaN layers 9b undoped. Unlike the ones in the 2 Illustrated embodiments here is the doping level of the constantly doped GaN layers 9a however, in one case larger ( 3a ) and in the other case smaller ( 3b ) as the doping level of the AlGaN constant-doped layers 9b , In particular, the in 3b shown case where the AlGaN layers 9b are doped higher than the GaN layers 9a , is suitable for high conductivity of the superlattice 9 to achieve low optical absorption. The absorption coefficient is for radiation of the active layer 6 , which may be between 330 nm and 480 nm, for example, because of the larger band gap for AlGaN lower than for GaN. For this reason, the doping degree of AlGaN layers 9a higher than that of the GaN layers 9b without this leading to a strong absorption in the superlattice 9 leads.

4 zeigt drei weitere Ausführungsbeispiele einer Halbleiter-Schichtstruktur. Diesen Beispielen ist gemeinsam, dass innerhalb einer oder beider Schichtgruppen die Dotierstoffkonzentration c für Schichten in einem Bereich des Übergitters 9 konstant ist und in einem anderen Bereich linear abfällt. 4 shows three further embodiments of a semiconductor layer structure. Common to these examples is that within one or both layer groups, the dopant concentration c for layers in a region of the superlattice 9 is constant and decreases linearly in another area.

Im Beispiel von 4a ist die Dotierstoffkonzentration c jeweils in den ersten 6 der p-Kontaktschicht 10 zugewandten AlGaN- und GaN-Schichten 9b, 9a (linke Seite im Diagramm) konstant und für beide Schichttypen gleich. In den nächsten vier, der aktiven Schicht 6 zugewandten Schichten fällt die Dotierstoffkonzentration c linear auf Null ab.In the example of 4a is the dopant concentration c respectively in the first 6 of the p-contact layer 10 facing AlGaN and GaN layers 9b . 9a (left side in the diagram) constant and the same for both layer types. In the next four, the active layer 6 facing layers, the dopant concentration c linearly drops to zero.

Das Ausführungsbeispiel in 4b zeigt einen prinzipiell ähnlichen Verlauf der Dotierung. Hier erstreckt sich der konstante Bereich auf je 4 Schichten, wobei der Dotiergrad für GaN-Schichten 9a höher ist als für AlGaN-Schichten 9b. In den in Richtung der aktiven Schicht folgenden je 6 Schichten fällt die Dotierstoffkonzentration c innerhalb jeder Schichtengruppe linear auf einen jeweils von Null verschiedenen Wert ab.The embodiment in 4b shows a fundamentally similar course of the doping. Here, the constant range extends to 4 layers each, with the doping level for GaN layers 9a higher than for AlGaN layers 9b , In each of the 6 layers following in the direction of the active layer, the dopant concentration c within each layer group decreases linearly to a value which is different from zero.

Im Beispiel von 4c verläuft die Dotierstoffkonzentration c innerhalb des Übergitters 9 für die GaN-Schichten 9a wie in dem Beispiel von 4b, der Dotiergrad der AlGaN-Schichten 9b ist jedoch auf einem niedrigen Niveau konstant.In the example of 4c the dopant concentration c runs within the superlattice 9 for the GaN layers 9a as in the example of 4b , the degree of doping of the AlGaN layers 9b however, is constant at a low level.

In den Ausführungsbeispielen von 4 ist durch den sich in Richtung der aktiven Schicht 6 über mehrere Schichten erstreckenden Abfall der Dotiergrad, und damit der Absorptionskoeffizient der Schichten, noch besser an den Verlauf der Feldamplitude A angepasst als bei den Ausführungsbeispielen der 2 und 3.In the embodiments of 4 is by moving towards the active layer 6 over several layers extending waste the doping degree, and thus the absorption coefficient of the layers, even better adapted to the course of the field amplitude A as in the embodiments of the 2 and 3 ,

Ein Problem bei Bauelementen mit Mg-dotierten Schichten besteht darin, dass der Dotierstoff Mg beim Betrieb des Bauelements durch Diffusionsprozesse in die aktive Zone migrieren kann, was dort zu hohen optischen Absorptionsverlusten führt. Bei den beschriebenen Übergittern 9 ergibt sich diesbezüglich als ein weiterer Vorteil, dass die undotierten oder gering dotierten, der aktiven Schicht 6 zugewandten Schichten Konzentrationssenken für diffundierendes Mg darstellen und so einer Migration des Mg bis in die aktiven Schicht 6 hinein entgegenwirken.A problem with devices with Mg-doped layers is that the dopant Mg can migrate by diffusion processes in the active zone during operation of the device, resulting in high optical absorption losses there. In the described superlattices 9 results in this regard as a further advantage that the undoped or lightly doped, the active layer 6 facing layers represent concentration decreases for diffusing Mg and thus a migration of Mg into the active layer 6 counteract.

Alternativ kann in allen gezeigten Ausführungsbeispielen auch vorgesehen sein, mit Si n-dotierte Schichten statt der undotierten Schichten einzusetzen. Der Absorptionkoeffizient von Si-dotierten GaN-Schichten liegt zwischen dem einer undotierten und einer mit Mg dotierten Schicht (bei gleicher Dotierstoffkonzentration c wie im Fall von Si). Eventuell kann sich eine etwas geringere Leitfähigkeit ergeben als beim Einsatz undotierter Schichten, eine Ausbildung von leitungshindernden, in Sperrrichtung betriebenen p-n Übergängen tritt jedoch bei Schichten einer Dicke, wie sie im Übergitters typisch vorgesehen ist, nicht auf.Alternatively, it can also be provided in all exemplary embodiments shown to use Si n-doped layers instead of the undoped layers. The absorption coefficient of Si-doped GaN layers lies between that of an undoped layer and a layer doped with Mg (with the same dopant concentration c as in the case of Si). Possibly, a slightly lower conductivity may result than in the case of undoped layers, a formation of line inhibiting, operated in the reverse direction However, pn transitions do not occur with layers of a thickness typically provided in the superlattice.

Auch beim Einsatz von Si-dotierten Schichten innerhalb des Übergitters werden so optische Absorptionsverluste verringert und gleichzeitig eine hohe Leitfähigkeit des Übergitters 9 erreicht. Darüber hinaus wirken Si-dotierten Schichten als Diffusionsbarriere für diffundierendes Mg und wirken so auf ähnliche Weise wie undotierte Schichten einer Migration des Mg bis in die aktiven Schicht 6 hinein entgegen.Even with the use of Si-doped layers within the superlattice optical absorption losses are reduced and simultaneously a high conductivity of the superlattice 9 reached. In addition, Si-doped layers act as a diffusion barrier for diffusing Mg and thus act in a similar way as undoped layers migrate from Mg to the active layer 6 into it.

Verallgemeinert kann der Verlauf der Dotierstoffkonzentration c, auch Dotierprofil genannt, innerhalb des Übergitters 9 durch eine (Hüllkurven-)Funktion beschrieben werden, die die Dotierstoffkonzentration c einer Schicht abhängig von der Position der Schicht angibt. Dabei kann entweder eine gemeinsame Funktion für alle Schichtengruppen vorgegeben sein, wie z.B. bei den Ausführungsbeispielen der 2a, 2b, 4a und 5a (siehe unten), oder es kann für jede Schichtengruppe eine eigene Funktion vorgegeben sein, wie z.B. in den 3a, 3b, 4b, 4c und 5b (siehe unten). Die Ausführungsbeispiele der 2 und 3 lassen sich durch Stufenfunktionen beschreiben, die der 4 durch eine Superposition aus Stufenfunktion und linearer Funktion. Prinzipiell ist selbstverständlich aber jeder beliebige, z.B. nichtlineare, Funktionsverlauf möglich.Generalized can the course of the dopant concentration c, also called doping profile, within the superlattice 9 by an (envelope) function indicating the dopant concentration c of a layer depending on the position of the layer. In this case, either a common function for all groups of layers can be specified, such as in the embodiments of the 2a . 2 B . 4a and 5a (see below), or it can be given for each layer group its own function, such as in the 3a . 3b . 4b . 4c and 5b (see below). The embodiments of the 2 and 3 can be described by step functions, which are the 4 by a superposition of step function and linear function. In principle, however, any arbitrary, eg non-linear, function course is possible.

Beispiele für Halbleiter-Schichtstrukturen mit nichtlinearen Dotierprofilen sind in 5 gezeigt. Im Beispiel von 5a ist der Verlauf der Dotierstoffkonzentration c für beide Schichtgruppen (Schichten 9a, 9b) gleich. Der Verlauf ist in Richtung der aktiven Schicht 6 überlinear monoton fallend und annähernd spiegelbildlich dem Verlauf der Feldamplitude A angepasst, so dass in Bereichen hoher Feldstärke eine geringe optische Absorption herrscht. In Bereichen niedriger Feldstärken ist der Absorptionskoeffizient zwar hoch, es herrscht aber nur eine niedrige absolute optische Absorption. Es kann ein Optimum zwischen geringem Überlapp der optischen Strahlung mit stark absorbierenden Bereichen und dennoch guter elektrischer Leitfähigkeit erreicht werden.Examples of semiconductor layer structures with non-linear doping profiles are in 5 shown. In the example of 5a is the course of the dopant concentration c for both layer groups (layers 9a . 9b ) equal. The course is towards the active layer 6 Overlinear monotonically decreasing and approximately mirror-image adapted to the course of the field amplitude A, so that there is a low optical absorption in areas of high field strength. In low field strengths, the absorption coefficient is high, but there is only a low absolute optical absorption. An optimum between low overlap of the optical radiation with strongly absorbing regions and nevertheless good electrical conductivity can be achieved.

Im Beispiel von 5b ist das Dotierprofil für die GaN- und die AlGaN-Schichten 9a, 9b unterschiedlich. Für die stark absorbiernden GaN-Schichten 9a ist wiederum ein in Richtung der aktiven Schicht 6 abfallender Verlauf der Dotierstoffkonzentration c vorgesehen. Bei den aufgrund ihrer größeren Bandlücke prinzipiell weniger stark absorbierenden AlGaN-Schichten 9b ist der Verlauf zum Ausgleich der elektrischen Leitfähigkeit tendenziell umgekehrt. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt einen guten Kompromiss zwischen geringer optischer Absorption und guter elektrischer Leitfähigkeit für den Fall, dass die gesamte Mg-Dotierstoffmenge innerhalb des Übergitters 9 beschränkt sein soll. Ohne diese Einschränkung ist auch denkbar, alle AlGaN- Schichten 9b mit einer konstant hohen Mg-Konzentration zu dotieren.In the example of 5b is the doping profile for the GaN and AlGaN layers 9a . 9b differently. For the strongly absorbing GaN layers 9a is again one towards the active layer 6 sloping course of the dopant concentration c provided. In the case of the AlGaN layers, which in principle are less strongly absorbing due to their larger band gap 9b is the course to compensate for the electrical conductivity tends to be reversed. This embodiment shows a good compromise between low optical absorption and good electrical conductivity in the event that the total Mg dopant level within the superlattice 9 should be limited. Without this restriction is also conceivable, all AlGaN layers 9b to dope with a constantly high Mg concentration.

Innerhalb einer Schicht kann die Dotierstoffkonzentration c im Übergitter 9 konstant oder gradiert sein. Beispiele, bei denen innerhalb eines nicht konstanten Dotierprofils der Dotiergrad auch innerhalb einer Schicht nicht konstant ist, sind in den 4, 5a und 5b (hier nur GaN-Schichten 9a) gegeben. In diesem Fall folgt die Dotierstoffkonzentration c innerhalb einer Schicht dem Verlauf der (Hüllkurven-)Funktion. Bei den AlGaN-Schichten 9b in 5b variiert dagegen der Dotiergrad innerhalb der Schichtengruppen, ist aber für jede einzelne Schicht konstant. In einem solchen Fall definiert der Wert der (Hüllkurven-)Funktion an einer festgelegten Position innerhalb jeder Schicht, z.B. jeweils in der Mitte einer Schicht, die Dotierstoffkonzentration c für die gesamte Schicht. Ein gradierter Dotiergrad innerhalb einer Schicht kann den leitfähigkeitserhöhenden Effekt eines Übergitters unterstützen.Within a layer, the dopant concentration c in the superlattice 9 be constant or graded. Examples in which within a non-constant doping profile the doping level is not constant even within a layer are shown in FIGS 4 . 5a and 5b (here only GaN layers 9a ). In this case, the dopant concentration c within a layer follows the course of the (envelope) function. For the AlGaN layers 9b in 5b In contrast, the doping level varies within the layer groups, but is constant for each individual layer. In such a case, the value of the (envelope) function at a fixed position within each layer, eg in the middle of a layer, for example, defines the dopant concentration c for the entire layer. A graded doping level within a layer can aid the conductivity-enhancing effect of a superlattice.

Der innerhalb einer Schichtengruppe und auch innerhalb einer Schicht des Übergitters 9 tatsächlich vorliegende Verlauf der Dotierstoffkonzentration c kann, z.B. durch Diffusionsprozesse, von dem im Herstellungsprozess nominell vorgegebenen Konzentrationsverlauf abweichen. In der Praxis kann sich diese Abweichung z.B. in einem Aufweichen oder Ausschmieren von Stufen oder Bereichen mit hohem Konzentrationsgradienten äußern, was sich auf die grundsätzlichen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Übergitter 9 jedoch nicht auswirkt und dessen Vorteile gegenüber bekannten, homogen dotierten Übergittern nicht mindert.The within a layer group and also within a layer of the superlattice 9 actual course of the dopant concentration c may, for example by diffusion processes, deviate from the nominally predetermined in the manufacturing process concentration curve. In practice, this deviation may manifest itself, for example, in a softening or smearing of stages or regions with a high concentration gradient, which has an effect on the basic properties of the superlattice according to the invention 9 but does not affect and its advantages over known, homogeneously doped superlattices does not diminish.

Die Erläuterung der Erfindung anhand der beschriebenen Ausführungsbeispiele ist nicht als Beschränkung der Erfindung hierauf zu verstehen. Vielmehr umfasst die Erfindung auch die Kombination mit allen anderen in den Ausführungsbeispielen und der sonstigen Beschreibung genannten Merkmale, auch wenn diese Kombination nicht Gegenstand eines Patentanspruchs sind.The explanation The invention with reference to the described embodiments is not as restriction to understand the invention thereto. Rather, the invention includes also the combination with all others in the embodiments and the other description, even if these Combination are not the subject of a claim.

Claims (17)

Halbleiter-Schichtstruktur, umfassend ein Übergitter (9) aus alternierend gestapelten Schichten (9a, 9b) von III-V Verbindungshalbleitern einer ersten Zusammensetzung (a) und mindestens einer zweiten Zusammensetzung (b), wobei die Schichten (9a, 9b) Dotierstoffe in vorgegebenen Konzentrationen enthalten und wobei die Konzentrationen der Dotierstoffe in mindestens zwei Schichten einer gleichen Zusammensetzung im Übergitter (9) unterschiedlich sind.Semiconductor layered structure comprising a superlattice ( 9 ) of alternating stacked layers ( 9a . 9b ) of III-V compound semiconductors of a first composition (a) and at least one second composition (b), wherein the layers ( 9a . 9b ) Dopants in predetermined concentrations and wherein the concentrations of the dopants in at least two layers of a same composition in the superlattice ( 9 ) are different. Halbleiter-Schichtstruktur nach Anspruch 1, bei der das Übergitter (9) alternierend gestapelte InxAlyGa1-x-yN- und InwAlzGa1-w-zN-Schichten mit 0 ≤ x, y, w, z ≤ 1 und x + y ≤ 1 und w + z ≤ 1 aufweist.Semiconductor layered structure according to Claim 1, in which the superlattice ( 9 ) has alternately stacked In x Al y Ga 1-xy N and In w Al z Ga 1-wz N layers with 0 ≦ x, y, w, z ≦ 1 and x + y ≦ 1 and w + z ≦ 1 , Halbleiter-Schichtstruktur nach Anspruch 1, bei der das Übergitter (9) alternierend gestapelte InxAlyGa1-x-yP- und InwAlzGa1-w-zP-Schichten mit 0 ≤ x, y, w, z ≤ 1 oder alternierend gestapelte InxAlyGa1-x-yAs- und InwAlzGa1-w-zAs-Schichten mit 0 ≤ x, y, w, z ≤ 1 und x + y ≤ 1 und w + z ≤ 1 aufweist.Semiconductor layered structure according to Claim 1, in which the superlattice ( 9 ) alternately stacked In x Al y Ga 1-xy P and In w Al z Ga 1-wz P layers with 0 ≤ x, y, w, z ≤ 1 or alternately stacked In x Al y Ga 1-xy As- and In w Al z Ga 1-wz As layers with 0≤x, y, w, z≤1 and x + y≤1 and w + z≤1. Halbleiter-Schichtstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der einzelnen Schichten des Übergitters (9) eine vertikale Position z innerhalb der Halbleiter-Schichtstruktur zugeordnet ist und die Konzentration der Dotierstoffe einer Schicht (9a, 9b) in vorgegebener Weise abhängig von ihrer vertikalen Position z innerhalb der Halbleiter-Schichtstruktur ist.Semiconductor layered structure according to one of Claims 1 to 3, in which individual layers of the superlattice ( 9 ) is assigned a vertical position z within the semiconductor layer structure and the concentration of the dopants of a layer ( 9a . 9b ) in a predetermined manner depending on its vertical position z within the semiconductor layer structure. Halbleiter-Schichtstruktur nach Anspruch 4, bei der die Abhängigkeit der Konzentration der Dotierstoffe von der vertikalen Position z für alle Schichten (9a, 9b) des Übergitters (9) durch eine gemeinsame Funktion vorgegeben ist.Semiconductor layer structure according to claim 4, wherein the dependence of the concentration of the dopants on the vertical position z for all layers ( 9a . 9b ) of the superlattice ( 9 ) is given by a common function. Halbleiter-Schichtstruktur nach Anspruch 4, bei der die Abhängigkeit der Konzentration der Dotierstoffe von der vertikalen Position z für Schichten (9a) der ersten Zusammensetzung (a) durch eine erste Funktion und für Schichten (9b) der mindestens einen zweiten Zusammensetzung (b) durch mindestens eine zweite Funktion vorgegeben ist.A semiconductor layered structure according to claim 4, wherein the dependence of the concentration of dopants on the vertical position z for layers ( 9a ) of the first composition (a) by a first function and for layers ( 9b ) of the at least one second composition (b) is predetermined by at least one second function. Halbleiter-Schichtstruktur nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei der die erste und/oder die mindestens eine zweite und/oder die gemeinsame Funktion eine Stufenfunktion oder eine monoton steigende/fallende Funktion oder eine lineare Funktion oder eine Polynomfunktion oder eine Wurzelfunktion oder eine exponentielle Funktion oder eine logarithmische Funktion oder eine periodische Funktion oder eine Superposition der genannten Funktionen ist oder Anteile einer dieser Funktionen enthält.Semiconductor layer structure according to one of claims 5 or 6, in which the first and / or the at least one second and / or the common function is a step function or a monotonically increasing / decreasing one Function or a linear function or a polynomial function or a root function or an exponential function or a logarithmic function or a periodic function or superposition of said Functions is or contains portions of one of these functions. Halbleiter-Schichtstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Konzentration der Dotierstoffe innerhalb zumindest einer Schicht (9a, 9b) des Übergitters (9) konstant ist.Semiconductor layered structure according to one of Claims 1 to 7, in which the concentration of the dopants within at least one layer ( 9a . 9b ) of the superlattice ( 9 ) is constant. Halbleiter-Schichtstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Konzentration der Dotierstoffe innerhalb zumindest einer Schicht (9a, 9b) des Übergitters (9) gradiert ist.Semiconductor layered structure according to one of Claims 1 to 8, in which the concentration of dopants within at least one layer ( 9a . 9b ) of the superlattice ( 9 ) is graded. Halbleiter-Schichtstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der alle Schichten (9a, 9b) des Übergitters (9) mit dem gleichen Dotierstoff dotiert sind.Semiconductor layered structure according to one of Claims 1 to 9, in which all layers ( 9a . 9b ) of the superlattice ( 9 ) are doped with the same dopant. Halbleiter-Schichtstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das Übergitter (9) Schichten aufweist, die mit unterschiedlichen Dotierstoffen dotiert sind.Semiconductor layered structure according to one of Claims 1 to 9, in which the superlattice ( 9 ) Has layers doped with different dopants. Halbleiter-Schichtstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das Übergitter (9) zumindest eine Schicht aufweist, die undotiert ist.Semiconductor layered structure according to one of Claims 1 to 9, in which the superlattice ( 9 ) has at least one layer which is undoped. Halbleiter-Schichtstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Dotierstoffe Mg und/oder Si sind.Semiconductor layer structure according to one of claims 1 to 12, in which the dopants Mg and / or Si are. Optoelektronisches Bauelement, das eine Halbleiter-Schichtstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.Optoelectronic component, the semiconductor layer structure according to one of claims 1 to 13 has. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 14, das eine optisch aktive Schicht (6) aufweist und bei dem die Konzentration der Dotierstoffe in Schichten zumindest einer der Zusammensetzungen (a, b) innerhalb des Übergitters (9) der Halbleiter-Schichtstruktur mit wachsendem Abstand von der optisch aktiven Schicht ansteigt.Optoelectronic component according to Claim 14, which has an optically active layer ( 6 ) and in which the concentration of the dopants in layers of at least one of the compositions (a, b) within the superlattice (US Pat. 9 ) of the semiconductor layer structure increases with increasing distance from the optically active layer. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 14 oder 15, das eine Leuchtdiode ist.Optoelectronic component according to one of claims 14 or 15, which is a light emitting diode. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 14 oder 15, das eine Laserdiode ist.Optoelectronic component according to one of claims 14 or 15, which is a laser diode.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2325902A4 (en) * 2008-08-20 2013-04-24 Seoul Opto Devices Co Ltd LIGHT-EMITTING DIODE HAVING A MODULATION DOPING LAYER
EP2908352A4 (en) * 2012-10-09 2016-06-08 Lg Innotek Co Ltd LIGHT EMITTING DEVICE
US20200220325A1 (en) * 2017-08-30 2020-07-09 Osram Oled Gmbh Optoelectronic semiconductor component

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4882734A (en) * 1988-03-09 1989-11-21 Xerox Corporation Quantum well heterostructure lasers with low current density threshold and higher TO values
JPH11251684A (en) * 1998-02-26 1999-09-17 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor device
US20020008245A1 (en) * 1999-11-17 2002-01-24 Werner Goetz Semiconductor devices with selectively doped iii-v nitride layers
EP1220304A2 (en) * 2000-12-25 2002-07-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for fabricating nitride semiconductor, method for fabricating nitride semiconductor device, and nitride semiconductor device
DE10213395A1 (en) * 2001-03-29 2002-10-10 Lumileds Lighting Us Light emitting group III-nitride arrangement comprises substrate, an n-region lying on substrate, an active region lying over the n-region, smooth layer containing indium arranged between the substrate and active region, and spacer layer
US20030178633A1 (en) * 2002-03-25 2003-09-25 Flynn Jeffrey S. Doped group III-V nitride materials, and microelectronic devices and device precursor structures comprising same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4882734A (en) * 1988-03-09 1989-11-21 Xerox Corporation Quantum well heterostructure lasers with low current density threshold and higher TO values
JPH11251684A (en) * 1998-02-26 1999-09-17 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor device
US20020008245A1 (en) * 1999-11-17 2002-01-24 Werner Goetz Semiconductor devices with selectively doped iii-v nitride layers
EP1220304A2 (en) * 2000-12-25 2002-07-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for fabricating nitride semiconductor, method for fabricating nitride semiconductor device, and nitride semiconductor device
DE10213395A1 (en) * 2001-03-29 2002-10-10 Lumileds Lighting Us Light emitting group III-nitride arrangement comprises substrate, an n-region lying on substrate, an active region lying over the n-region, smooth layer containing indium arranged between the substrate and active region, and spacer layer
US20030178633A1 (en) * 2002-03-25 2003-09-25 Flynn Jeffrey S. Doped group III-V nitride materials, and microelectronic devices and device precursor structures comprising same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2325902A4 (en) * 2008-08-20 2013-04-24 Seoul Opto Devices Co Ltd LIGHT-EMITTING DIODE HAVING A MODULATION DOPING LAYER
EP2908352A4 (en) * 2012-10-09 2016-06-08 Lg Innotek Co Ltd LIGHT EMITTING DEVICE
US9431575B2 (en) 2012-10-09 2016-08-30 Lg Innotek Co., Ltd. Light-emitting device
US20200220325A1 (en) * 2017-08-30 2020-07-09 Osram Oled Gmbh Optoelectronic semiconductor component
US11527865B2 (en) * 2017-08-30 2022-12-13 Osram Oled Gmbh Optoelectronic semiconductor component

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