DE10260937A1 - Radiation-emitting semiconductor body and method for its production - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörper, der eine Pufferschicht (1) mit einer Haupterstreckungsebene (2) und einer Oberfläche (3), die in lateraler Richtung in Normalbereiche (N) und Defektbereiche (D) unterteilt ist, wobei in den Defektbereichen (D) das darunterliegende Kristallgefüge (12) Defekte aufweist, enthält. Die Oberfläche (3) der Pufferschicht (1) ist in den Normalbereichen (N) parallel zur Haupterstreckungsebene (2) ausgebildet und in den Defektbereichen (D) in schräg zur Haupterstreckungsebene (2) angeordnete Facetten (4a, 4b) unterteilt. Auf die Oberfläche (3) der Pufferschicht ist mindestens ein Quantenfilm (5) mit einer Bandlücke, die in den Defektbereichen (D) größer ist als in den Normalberiechen (N), aufgebracht. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Herstellungsverfahren für einen entsprechenden Halbleiterkörper.The invention relates to a radiation - emitting semiconductor body which has a buffer layer (1) with a main extension plane (2) and a surface (3) which is divided in the lateral direction into normal areas (N) and defect areas (D), the defect areas ( D) the underlying crystal structure (12) has defects. The surface (3) of the buffer layer (1) is formed in the normal areas (N) parallel to the main extension plane (2) and in the defect areas (D) divided into facets (4a, 4b) arranged obliquely to the main extension plane (2). At least one quantum film (5) with a band gap which is larger in the defect areas (D) than in the normal areas (N) is applied to the surface (3) of the buffer layer. Furthermore, the invention relates to a manufacturing method for a corresponding semiconductor body.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörper nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Herstellungsverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 sowie ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement.The invention relates to a radiation-emitting semiconductor body according to the preamble of Claim 1, a manufacturing method according to the preamble of claim 8 and a radiation-emitting semiconductor device.
Gattungsgemäße Halbleiterkörper weisen oftmals eine sogenannte Heteroschichtstruktur aus unterschiedlichen, in der Regel verwandten Halbleitermaterialien auf. Zur Herstellung derartiger Halbleiterkörper dienen bevorzugt Epitaxieverfahren, bei denen die einzelnen Schichten des Halbleiterkörpers auf ein geeignetes Substrat nacheinander aufgewachsen werden. Im Hinblick auf eine hohe kristalline Qualität der Halbleiterschichten ist es hierbei wesentlich, daß das Kristallgitter des Substrats an das Kristallgitter der auf zuwachsenden Halbleiterschichten möglichst gut angepaßt ist bzw. die sogenannte Gitterfehlanpassung so gering wie möglich gehalten wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß als Substrat ein Halbleitervolumenkristall aus dem Material der darauf auf zuwachsenden Schicht verwendet wird.Generic semiconductor bodies often have a so-called heterolayer structure made of different, in usually related semiconductor materials. For the production such semiconductor body Epitaxial processes are preferred, in which the individual layers of the semiconductor body a suitable substrate can be grown one after the other. With regard to a high crystalline quality of the semiconductor layers, it is essential that the crystal lattice of the substrate to the crystal lattice of the growing semiconductor layers if possible well adapted or the so-called lattice mismatch is kept as low as possible. This can be achieved, for example, by using the substrate a semiconductor bulk crystal made of the material of the layer to be grown on it is used.
Allerdings stehen bei gewissen Halbleitermaterialsystemen derartige Halbleitervolumenkristalle derzeit nicht zur Verfügung oder sind nur mit großem technischem Aufwand herstellbar, so daß sogenannte Fremdsubstrate aus einem anderen Halbleitermaterial herangezogen werden.However, with certain semiconductor material systems such semiconductor bulk crystals are not currently available or are only with big technical effort can be produced, so that so-called foreign substrates can be used from another semiconductor material.
Bei manchen Halbleitermaterialsystemen, insbesondere Nitridverbindungshalbleitern, weisen die verwendbaren Fremdsubstrate eine vergleichsweise große Gitterfehlanpassung auf. Dies führt bei den hierauf aufgewachsenen Halbleiterschichten zu einer relativ großen Zahl von Defekten in Form von Fehlanpassungs-Versetzungen. Diese Defekte können als nichtstrahlende Rekombinationszentren wirken, an denen Ladungsträger strahlungslos rekombinieren. Bei strahlungserzeugenden Halbleiterkörpern führt dies zu einer unerwünschten Minderung der interne Quanteneffizienz.In some semiconductor material systems, especially Nitride compound semiconductors have the usable foreign substrates a comparatively large one Lattice mismatch on. this leads to in the semiconductor layers grown thereon to a relative huge Number of defects in the form of mismatch transfers. This Defects can act as non-radiating recombination centers where charge carriers are radiationless recombine. This leads to radiation-producing semiconductor bodies to an undesirable Reduction of internal quantum efficiency.
Insbesondere Nitridverbindungshalbleiter wie GaN, AlN, InN, AlGaN, InGaN oder AlInGaN, die auf SiC- oder Saphirsubstrate aufgewachsen werden, weisen eine hohe Zahl von Defekten auf.In particular, nitride compound semiconductors such as GaN, AlN, InN, AlGaN, InGaN or AlInGaN based on SiC or sapphire substrates grown up have a high number of defects.
Zwar ist bekannt, daß experimentell mit InGaN-basierenden Quantenfilmen eine interne Quanteneffizienz von bis zu 50% erreicht wurde. Die Herstellung solcher Quantenfilme erfordert jedoch oftmals einen hohen apparativen Aufwand sowie eine speziell angepaßte Prozeßführung, die in der Regel nur empirisch aufgefunden werden kann. Hinzu kommt, daß bei Indium-freien Halbleiterkörpern auf der Basis von GaN bzw. AlGaN nur eine erheblich geringere Quantenausbeute bis zu etwa 1% erreicht wird.It is known that experimental internal quantum efficiency with InGaN-based quantum films of up to 50% was achieved. The production of such quantum films However, often requires a lot of equipment and special adapted Litigation, the can usually only be found empirically. Come in addition, that at Indium-free semiconductor bodies based on GaN or AlGaN only a significantly lower quantum yield up to about 1% is achieved.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörper der genannten Art, insbesondere auf der Basis von Nitridverbindungshalbleitern, mit einer möglichst hohen internen Quanteneffizienz zu schaffen. Weiterhin soll ein Herstellungsverfahren hierfür angegeben werden.It is an object of the present invention radiation-emitting semiconductor body of the type mentioned, in particular based on nitride compound semiconductors, with one if possible to create high internal quantum efficiency. Furthermore, a Manufacturing process therefor can be specified.
Diese Aufgabe wird durch einen Halbleiterkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This task is performed using a semiconductor body the features of claim 1 and a method with the Features of claim 8 solved. Advantageous further training the invention are the subject of the dependent claims.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, einen Halbleiterkörper mit mindestens einem Quantenfilm zu bilden, wobei die Oberfläche, auf die der Quantenfilm aufgebracht ist, in Abhängigkeit der Defekte im Kristallgefüge derart strukturiert ist, daß der Quantenfilm in der Umgebung von Defekten eine höhere effektive Bandlücke aufweist als in einer defektfreien Umgebung. Dies kann gezielt durch die Einstellung der Prozeßparameter bei der Epitaxie erreicht werden.The invention is based on the idea of a Semiconductor body to form with at least one quantum film, the surface being on the quantum film is deposited, depending on the defects in the crystal structure is structured that the quantum film has a higher effective band gap in the vicinity of defects than in a defect-free environment. This can be targeted through the Setting the process parameters can be achieved in epitaxy.
Im Betrieb sammeln sich die in den Halbleiterkörper injizierten Ladungsträger vermehrt in den Minima der Bandlücke und damit in defektfreien Bereichen, so daß vorteilhafterweise eine Strahlungserzeugung in der unmittelbaren Nähe von Defekten, die als nichtstrahlende Rekombinationszentren die interne Quanteneffizienz mindern können, vermieden wird. Insgesamt wird damit die interne Quanteneffizienz deutlich erhöht.In operation, they collect in the Semiconductor body injected charge carriers increasingly in the minima of the band gap and thus in defect-free areas, so that advantageously radiation generation in the immediate vicinity of defects that act as non-radiative recombination centers internal quantum efficiency can be avoided. All in all this significantly increases the internal quantum efficiency.
Erfindungsgemäß ist ein strahlungsemittierender Halbleiterkörper vorgesehen, der eine Pufferschicht mit einer Haupterstreckungsebene enthält. Die Oberfläche der Pufferschicht ist dabei in lateraler Richtung in Normalbereiche und Defektbereiche unterteilt, wobei in den Defektbereichen das darunterliegenden Kristallgefüge Defekte aufweist. In den Normalbereichen ist die Oberfläche der Pufferschicht parallel zur Haupterstreckungsebene ausgebildet, während sie in den Defektbereichen Facetten aufweist, die schräg zur Haupterstreckungsebene angeordnet sind. Auf die Oberfläche der Pufferschicht ist mindestens ein Quantenfilm, vorzugsweise eine Mehrzahl von Quantenfilmen aufgebracht, dessen bzw. deren Bandlücke in den Defektbereichen größer ist als in den Normalbereichen der Oberfläche. Hierdurch wird vorteilhafterweise eine deutliche Erhöhung der internen Quanteneffizienz erreicht.According to the invention is a radiation-emitting Semiconductor body provided a buffer layer with a main extension plane contains. The surface the buffer layer is in normal areas in the lateral direction and defect areas divided, wherein in the defect areas underlying crystal structure Has defects. In the normal ranges, the surface is the Buffer layer formed parallel to the main plane of extension, while has facets in the defect areas that are oblique to the main extension plane are arranged. On the surface the buffer layer is at least one quantum film, preferably a plurality of quantum films applied, whose band gap in the Defect areas is larger than in the normal areas of the surface. This is advantageous a significant increase internal quantum efficiency achieved.
Unter Defekten sind bei der Erfindung vor allem Versetzungslinien zu verstehen, die entlang der Wachstumsrichtung der jeweiligen Schicht verlaufen. Den zugehörigen Defektbereich stellt insbesondere die durch die schrägstehenden Facetten gekennzeichnete Oberfläche der Pufferschicht dar.Defects are in the invention especially understand dislocation lines that run along the growth direction of the respective layer. Provides the associated defect area especially those due to the sloping Faceted surface the buffer layer.
Bevorzugt sind die Quantenfilme so ausgebildet, daß sie in den Defektbereichen eine geringere Dicke als in den Normalbereichen aufweisen. Mit abnehmender Dicke steigt in den Quantenfilmen die effektive Bandlücke, so daß damit die effektive Bandlücke in den Defektbereichen gegenüber den Normalbereichen erhöht wird.The quantum films are preferably designed such that they have a smaller thickness in the defect regions than in the normal regions. With decreasing thickness, the effective band gap increases in the quantum films, so that the effective band gap in the defect areas is thus greater than the normal areas is increased.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Pufferschicht aus zwei oder mehr Einzelschichten zusammengesetzt. Vorzugsweise ist eine planare Basisschicht mit Hauptflächen, die im wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene sind, vorgesehen, an die sich der weitere Teil der Pufferschicht mit der beschriebenen, in Normal- und Defektbereiche unterteilten Oberfläche anschließt. Mittels der planaren Basisschicht wird zunächst eine möglichst gleichmäßige, ebene und definierte Oberfläche für die Abscheidung weiterer Schichten ausgebildet.With an advantageous further education the invention is the buffer layer of two or more individual layers composed. A planar base layer is preferably included Main areas which are essentially parallel to the main extension plane, to which the further part of the buffer layer with the described, surface divided into normal and defect areas. through The planar base layer first becomes as flat as possible and defined surface for the Deposition of additional layers is formed.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für Halbleiterkörper auf der Basis von Nitridverbindungshalbleitern. So wurde insbesondere für GaInN/GaN-Quantenfilmstrukturen eine deutliche Steigerung der internen Quanteneffizienz erreicht.The invention is particularly suitable for semiconductor bodies the base of nitride compound semiconductors. So in particular for GaInN / GaN quantum film structures achieved a significant increase in internal quantum efficiency.
Im Rahmen der Erfindung kann der Halbleiterkörper selbstverständlich auch noch weitere Schichten, wie beispielsweise eine p-leitende und eine n-leitende Schicht zur Bildung eines pn-Übergangs, in den die Quantenfilme eingebettet sind, Wellenleiterschichten, Mantelschichten, Kontaktschichten und/oder weitere Pufferschichten aufweisen.Within the scope of the invention, the Semiconductor body Of course also other layers, such as a p-type and an n-type layer to form a pn junction, in which the quantum films are embedded, waveguide layers, Cladding layers, contact layers and / or further buffer layers exhibit.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterkörpers ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, in einem ersten Schritt ein Aufwachssubstrat bereitzustellen, auf das in einem zweiten Schritt die Pufferschicht epitaktisch aufgewachsen wird. Dabei werden die Prozeßparameter wie beispielsweise Druck, Temperatur, Mischungsverhältnis der Ausgangsmaterialien, Trägergaszusammensetzung und -flußrate sowie Gesamtflußrate so gewählt, daß Defekte im Kristallgefüge zur Ausbildung der Facetten führen und die Pufferschicht ansonsten mit einer planaren Oberfläche aufwächst. In einem dritten Schritt werden die Quantenfilme aufgewachsen, wobei in diesem Schritt die Prozeßparameter wie beispielsweise Druck, Temperatur, Mischungsverhältnis der Ausgangsmaterialien, Trägergaszusammensetzung und -flußrate sowie Gesamtflußrate so gewählt werden, daß die effektive Bandlücke der Quantenfilme in den Defektbereichen größer als in den Normalbereichen ist.To produce a semiconductor body according to the invention provided in the context of the invention in a first step Provide growth substrate on that in a second step the buffer layer is grown epitaxially. The process parameters such as pressure, temperature, mixing ratio of Starting materials, carrier gas composition and flow rate as well as total flow rate chosen so that defects in the crystal structure lead to the formation of the facets and the buffer layer otherwise grows with a planar surface. In a third step, the quantum films are grown, whereby in this step the process parameters such as pressure, temperature, mixing ratio of the starting materials, Carrier gas composition and -flußrate as well as total flow rate so chosen be that the effective band gap the quantum films are larger in the defect areas than in the normal areas is.
Als Aufwachssubstrate eignen sich bei Nitridverbindungshalbleitern beispielsweise SiC- oder Saphirsubstrate. Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung auch andere Substrate verwendet werden, die gegebenenfalls mehrschichtig gebildet sein können und/oder ihrerseits wiederum Epitaxieschichten aufweisen. Zum Beispiel können auch Siliziumsubstrate oder GaN-Substrate, etwa in Form sogenannter "GaN-Templates" mit reduzierter Defektdichte, als Aufwachssubstrat verwendet werden.Suitable growth substrates in the case of nitride compound semiconductors, for example SiC or sapphire substrates. Of course can other substrates are also used in the context of the invention, which can optionally be formed in multiple layers and / or in turn Have epitaxial layers. For example, silicon substrates or GaN substrates, for example in the form of so-called “GaN templates” with a reduced defect density, as a growth substrate be used.
Vorzugsweise wird in dem zweiten Schritt zunächst eine Basisschicht aufgewachsen. Damit kann vorteilhafterweise eine planare Schicht, deren Hauptflächen parallel zur Haupterstreckungsebene der Pufferschicht angeordnet sind, ausgebildet werden, die als wohldefinierte Grundlage für das weitere Epitaxieverfahren dient.Preferably in the second Step first a base layer grew up. This can advantageously be a planar layer, its main surfaces arranged parallel to the main extension plane of the buffer layer are trained to be the well-defined basis for the further Epitaxial procedure serves.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird nach dem Aufwachsen der Basisschicht zur Ausbildung der Facetten in den Defektbereichen die Temperatur reduziert. Eine Absenkung der Temperatur ist in der Regel ohne weiteres möglich, so daß die Ausbildung der Facetten auf diese Art und Weise keinen besonderen technischen Aufwand mit sich bringt.In an advantageous embodiment of the manufacturing method according to the invention becomes after the growth of the base layer to form the facets the temperature is reduced in the defect areas. A lowering the temperature is usually easily possible, so that the formation of Facets in this way no special technical effort brings with it.
Wie bereits beschrieben ist es bei der Erfindung vorteilhaft, die Quantenfilme so aufzuwachsen, daß deren Dicke in den Defektbereichen kleiner als in den Normalbereichen ist. Insbesondere sollen die Quantenfilme so gebildet werden, daß ihre Dicke auf den schräg zur Haupterstreckungsebene angeordneten Facetten kleiner ist als auf den zur Haupterstreckungsebene parallelen Oberflächenbereichen.As already described, it is at the invention advantageous to grow the quantum films so that their Thickness in the defect areas smaller than in the normal areas is. In particular, the quantum films should be formed so that their thickness on the sloping facets arranged to the main extension plane is smaller than on the surface areas parallel to the main extension plane.
Vorzugsweise wird hierzu das Verhältnis der Wachstumsrate senkrecht zur Oberfläche zur Wachstumsrate parallel zur Oberfläche erhöht, bis die Quantenfilme mit den beschriebenen unterschiedlichen Dicken aufwachsen. Im allgemeinen wird dieses Wachstumsratenverhältnis mit sinkender Aufwachstemperatur größer.For this purpose, the ratio of the growth rate is preferred perpendicular to the surface increased to the growth rate parallel to the surface until the quantum films with grow the different thicknesses described. In general this growth rate ratio larger with decreasing growth temperature.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden daher die Quantenfilme bei einer ähnlichen oder auch derselben reduzierten Temperatur wie die Pufferschicht nach Ausbildung der Basisschicht aufgewachsen.In an advantageous embodiment the invention, therefore, the quantum films in a similar or the same reduced temperature as the buffer layer grew up after forming the base layer.
Im Rahmen der Erfindung sind weiterhin strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente mit mindestens einem erfindungsgemäßen Halbleiterkörper vorgesehen. Derartige Halbleiterbauelemente können insbesondere als Lichtemissiondiode, beispielsweise als Leuchtdiode oder Laserdiode, ausgebildet sein.Within the scope of the invention, radiation-emitting are also Semiconductor components provided with at least one semiconductor body according to the invention. Such semiconductor components can be used, in particular, as a light emission diode, for example as a light-emitting diode or laser diode.
Weitere Merkmale, Vorzüge und Zweckmäßigkeiten
der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den
Es zeigenShow it
Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Same or equivalent elements are provided with the same reference symbols in the figures.
Das in
Die Pufferschicht ist in lateraler
Richtung in Normalbereiche N und Defektbereiche D unterteilt. In den
Normalbereichen N ist die Oberfläche
Eine derartige Strukturierung der Pufferschicht wird vorzugsweise durch eine entsprechende Wahl der Aufwachsraten bei der Herstellung des Halbleiterkörpers bewirkt. Grundsätzlich hängen beim epitaktischen Wachstum die Aufwachsraten von den Prozeßparametern ab. Bei der Gasphasenepitaxie sind hierfür beispielsweise Druck, Temperatur, Flußraten und Mengenverhältnis der Prozeßgase, Art und Flußrate des Trägergases sowie die Gesamtflußrate maßgeblich. Je nach Einstellung dieser Parameter tritt verstärkt vertikales, auch als "dreidimensional" bezeichnetes Wachstum in Richtung der Oberflächennormale oder laterales, auch als "zweidimensional" bezeichnetes Wachstum auf.Such a structuring of the Buffer layer is preferably by an appropriate choice of Growth rates in the manufacture of the semiconductor body causes. in principle hang out at epitaxial growth the growth rates from the process parameters from. In gas phase epitaxy, for example, pressure, temperature, flow rates and ratio the process gases, Art and flow rate of the carrier gas as well as the total flow rate essential. Depending on the setting of these parameters, there is increased vertical growth, also known as "three-dimensional" towards the surface normal or lateral growth, also referred to as "two-dimensional" on.
Entsprechend der Art des Wachstums bilden sich Flächen mit der jeweils geringsten Wachstumsrate, wobei vertikales Wachstum zu Oberflächen mit schrägen Facetten und laterales Wachstum zu geschlossenen, ebenen Oberflächen führt.According to the type of growth surfaces form with the lowest growth rate, whereby vertical growth to surfaces with oblique Facets and lateral growth lead to closed, flat surfaces.
Defekte im Kristallgefüge wie beispielsweise Versetzungen führen insbesondere bei dreidimensionalem Wachstum an dem Ort, an dem die Defekte die Oberfläche durchstoßen, zu einer verringerten Anlagerung von Atomen des abzuscheidenden Materials, so daß sich dadurch in der Umgebung der Defekte eine durch schräge Facetten gekennzeichnete Oberfläche herausbildet.Defects in the crystal structure such as dislocations to lead especially with three-dimensional growth in the place where the Defects the surface pierced, to a reduced deposition of atoms of the deposited Materials so that thereby in the vicinity of the defects due to oblique facets marked surface out forms.
Auf diese Weise wird eine Oberfläche mit schräg zur Haupterstreckungsrichtung angeordneten Facetten in den Defektbereichen mit Defekten im darunterliegenden Kristallgefüge ausgebildet, während die defektärmeren oder defektfreien Normalbereiche eine ebene Oberfläche parallel zur Haupterstreckungsebene aufweisen.In this way, a surface is inclined to the main direction of extension arranged facets in the defect areas with defects in the underlying crystal structure, while the defective poorer or defect-free normal areas parallel to a flat surface to the main extension plane.
Auf die Pufferschicht ist eine Mehrzahl von Quantenfilmen aufgebracht, die im Betrieb der Strahlungserzeugung dienen. Die Quantenfilme sind so gebildet, daß ihre effektive Bandlücke im Bereich der Defektbereiche größer ist als in den Normalbereichen.There is a plurality on the buffer layer of quantum films applied in the operation of radiation generation serve. The quantum films are formed so that their effective band gap is in the range the defect areas are larger than in the normal ranges.
Vorzugsweise sind dazu die Quantenfilme so geformt, daß ihre Dicke in den Defektbereichen geringer ist als in den Normalbereichen. Aufgrund der Quantisierung der Energiezustände in den Quantenfilmen wächst die effektive Bandlücke mit abnehmender Dicke der Quantenfilme.For this purpose, the quantum films are preferred shaped so that their Thickness in the defect areas is less than in the normal areas. Due to the quantization of the energy states in the quantum films, the effective band gap with decreasing thickness of the quantum films.
Eine weitere Möglichkeit zu Modifizierung der effektiven Bandlücke besteht beispielsweise darin, die Zusammensetzung der Quantenfilme in lateraler Richtung entsprechend der Zugehörigkeit zu Normal- oder Defektbereichen zu variieren. Dies kann durch unterschiedliche Aufwachsraten für die verwendeten Materialien auf die ebenen Oberflächen in den Normalbereichen einerseits und die schrägstehenden Facetten in den Defektbereichen andererseits erreicht werden. Bei Nitridverbindungshalbleitern auf InAlGaN-Basis können so in den Normalbereichen Indium-reichere und in den Defektbereichen Indium-ärmere Regionen der Quantenschichten entstehen. Dies resultiert ebenfalls in einer Erhöhung der effektiven Bandlücke in den Defektbereichen gegenüber den Normalbereichen.Another way to modify the effective band gap consists, for example, of the composition of the quantum films in the lateral direction according to the belonging to normal or defect areas to vary. This can be done by using different growth rates for the Materials on the flat surfaces in the normal ranges on the one hand and the sloping ones Facets in the defect areas on the other hand can be achieved. at InAlGaN-based nitride compound semiconductors can be used in the normal ranges Regions rich in indium and regions poorer in the defect regions of the quantum layers arise. This also results in one Increasing the effective band gap opposite in the defect areas the normal ranges.
Weiterhin kann die effektive Bandlücke durch Verspannungen in den Quantenfilmen beeinflußt werden. Derartige Verspannungen entstehen unter anderem beim epitaktischen Aufwachsen von Schichten mit unterschiedlicher Gitterkonstante. Aufgrund des piezoelektrischen Effekts können solche Verspannungen zu elektrischen Feldern führen, die die effektive Bandlücke verändern. Entsprechend können die verschiedenen Aufwachsbedingungen in den Normalbereichen und in den Defektbereichen unterschiedliche Verspannungen hervorrufen, die in der Folge eine geringere effektive Bandlücke der Quantenfilme in den Normalbereichen gegenüber den Defektbereichen bewirken. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, daß sich zugleich Dicke oder Zusammensetzung der Quantenfilme in den Normalbereichen von der Dicke oder Zusammensetzung in den Defektbereichen unterscheiden.Furthermore, the effective band gap can be caused by tension be influenced in the quantum films. Such tensions arise among other things in the epitaxial Growing layers with different lattice constants. Due to the piezoelectric effect, such tensions can occur lead to electric fields, that change the effective band gap. Accordingly, the different growing conditions in the normal ranges and in cause different tensions in the defect areas, which consequently has a smaller effective band gap for the quantum films in the Normal ranges compared to the Cause defect areas. It is not absolutely necessary that itself at the same time the thickness or composition of the quantum films in the normal ranges differ from the thickness or composition in the defect areas.
Durch die Verringerung der effektiven Bandlücke in den Normalbereichen gegenüber den Defektbereichen stellen die Normalbereiche für die im Betrieb in den Halbleiterkörper injizierten Ladungsträger Potentialminima dar, in denen sich die Ladungsträger bevorzugt sammeln. Dadurch wird eine Strahlungserzeugung in der Nähe von Defekten, die als nichtstrahlende Rekombinationszentren wirken und so die interne Quanteneffizienz reduzieren können, verringert und in der Folge die interne Quanteneffizienz insgesamt erhöht.By reducing the effective bandgap opposite in the normal ranges The defect areas represent the normal areas for those injected into the semiconductor body during operation charge carrier Potential minima in which the charge carriers preferentially collect. Thereby will generate radiation near defects that are considered non-radiative Recombination centers work and so the internal quantum efficiency can reduce reduced and as a result the internal quantum efficiency overall elevated.
In
Bei der Erfindung weisen die Quantenfilme innerhalb dieser Vertiefungen – vorzugsweise aufgrund einer reduzierten Dicke der Quantenfilme – eine höhere effektive Bandlücke als in den angrenzenden planaren Bereichen auf. Die im Betrieb injizierten Ladungsträger sammeln sich bevorzugt in Bereichen niedrigerer Energie außerhalb der Vertiefungen bzw. der Defektbereiche.In the invention, the quantum films point within of these wells - preferably due to a reduced thickness of the quantum films - a higher effective bandgap than in the adjacent planar areas. The injected in the plant charge carrier prefer to gather in areas of lower energy outside the depressions or the defect areas.
In
Aufgrund einer höheren Zahl an Defekten im Vergleich
zu dem in
In
In nächsten Schritt,
Nachfolgend werden auf diese korrugierte Pufferschicht
In
Die Messungen wurden an einem Halbleiterkörper mit einer Mehrzahl von GaInN- und GaN-Quantenfilmen in Form einer GaInN/GaN-Struktur-MQW-Struktur (Multiple Quantum Well Structure) durchgeführt. Die Emissionswellenlänge betrug 410 nm.The measurements were made on a semiconductor body a plurality of GaInN and GaN quantum films in the form of a GaInN / GaN structure MQW structure (Multiple Quantum Well Structure). The emission wavelength was 410 nm.
Aus dem Verlauf der Temperaturabhängigkeit kann für tiefe Temperaturen ein asymptotischer Maximalwert bestimmt werden, der einer Quanteneffizienz von 100% entspricht. Dies ermöglicht eine Normierung der Abszisse.From the course of the temperature dependence can for low temperatures an asymptotic maximum value can be determined which corresponds to a quantum efficiency of 100%. This enables standardization the abscissa.
Die untere Kurve
In
Gegenüber dem in
Die Erläuterung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele und Figuren ist nicht als Beschränkung der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, zu verstehen.The explanation of the invention based on of the embodiments and figures is not a limitation the invention as characterized in the claims understand.
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