DE102016111929A1

DE102016111929A1 - Optoelektronischer Halbleiterkörper und Leuchtdiode

Info

Publication number: DE102016111929A1
Application number: DE102016111929.6A
Authority: DE
Inventors: Werner Bergbauer; Joachim Hertkorn; Alexander Walter
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2018-01-04
Also published as: US20190229239A1; DE112017003255A5; US11018281B2; US20210265531A1; US11677045B2; WO2018001961A1

Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper (10) angegeben, mit – einem aktiven Bereich (1) umfassend einen Quantentopf (1a), der dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, – einem ersten Bereich (2), der dazu ausgebildet ist, den Durchtritt von Ladungsträgern aus dem aktiven Bereich (1) zu behindern, – einem zweiten Bereich (4), der dazu ausgebildet ist, den Durchtritt von Ladungsträgern aus dem aktiven Bereich (1) zu behindern, wobei – der Halbleiterkörper (10) auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert, – der erste Bereich (2) p-seitig direkt an den aktiven Bereich (1) grenzt.

Description

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper angegeben. Weiter wird eine Leuchtdiode mit einem solchen optoelektronischen Halbleiterkörper angegeben.
Die Druckschrift US 2008/0073658 A1 beschreibt einen Halbleiterkörper.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Halbleiterkörper und eine Leuchtdiode mit einem solchen Halbleiterkörper anzugeben, die ein besonders günstiges Alterungsverhalten aufweisen.
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper angegeben. Der optoelektronische Halbleiterkörper kann beispielsweise ein strahlungsemittierender Halbleiterkörper sein, der in einer Leuchtdiode oder in einer Laserdiode Verwendung finden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterkörpers umfasst der optoelektronische Halbleiterkörper einen aktiven Bereich, der dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Dazu umfasst der aktive Bereich zumindest einen Quantentopf, insbesondere mehrere Quantentöpfe, die durch Barrieren voneinander getrennt sind. Der aktive Bereich kann insbesondere dazu ausgebildet sein, im Betrieb UV-Strahlung oder blaues Licht zu erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterkörper einen ersten Bereich, der dazu ausgebildet ist, den Durchtritt von Ladungsträgern, insbesondere Elektronen, aus dem aktiven Bereich zu behindern. Bei dem ersten Bereich handelt es sich also um einen Bereich, der Ladungsträger, insbesondere Elektronen, aus dem aktiven Bereich blockiert, so dass diese mit einer größeren Wahrscheinlichkeit im aktiven Bereich verbleiben als dies ohne den ersten Bereich der Fall wäre. Der erste Bereich kann daher dazu beitragen, den Verlust von Ladungsträgern, insbesondere Elektronen, im aktiven Bereich einzuschränken oder zu verhindern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterkörper einen zweiten Bereich, der dazu ausgebildet ist, den Durchtritt von Ladungsträgern, insbesondere Elektronen, aus dem aktiven Bereich zu behindern. Mit anderen Worten, umfasst der optoelektronische Halbleiterkörper neben dem ersten Bereich einen weiteren Bereich, der ebenfalls dazu ausgebildet ist, den Austritt von Ladungsträgern, insbesondere Elektronen, aus dem aktiven Bereich zu behindern oder zu verhindern. Der erste Bereich und der zweite Bereich sorgen also dafür, dass die Wahrscheinlichkeit für einen Austritt von Ladungsträgern, insbesondere Elektronen, aus dem aktiven Bereich reduziert ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterkörpers basiert der optoelektronische Halbleiterkörper auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial. Dies bedeutet hier und im Folgenden, dass der Halbleiterkörper oder zumindest ein Teil davon, besonders bevorzugt zumindest der aktive Bereich, der erste Bereich und der zweite Bereich, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mN aufweisen oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterkörpers grenzt der erste Bereich p-seitig direkt an den aktiven Bereich. Das heißt, in einer Richtung quer oder senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers, zum Beispiel in einer Richtung parallel oder antiparallel zur Wachstumsrichtung des Halbleiterkörpers, folgt der erste Bereich direkt an den aktiven Bereich. Der erste Bereich ist dabei an einer der p-dotierten Seite des Halbleiterkörpers zugewandten Seite des aktiven Bereichs angeordnet und befindet sich daher p-seitig vom aktiven Bereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterkörpers ist der zweite Bereich an einer dem aktiven Bereich abgewandten Seite des ersten Bereichs angeordnet. Das heißt, der erste Bereich ist zwischen dem zweiten Bereich und dem aktiven Bereich angeordnet. Zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich können weitere Schichten oder Bereiche angeordnet sein. Ferner ist es möglich, dass der erste Bereich und der zweite Bereich direkt aneinander grenzen.
Die Bereiche des optoelektronischen Halbleiterkörpers erstrecken sich dabei vorzugsweise über den gesamten Querschnitt des Halbleiterkörpers und weisen in einer vertikalen Richtung, senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers, eine vorgebbare Dicke auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der erste Bereich eine elektronische Bandlücke auf, die größer ist als die elektronische Bandlücke des Quantentopfs und kleiner oder gleich der elektronischen Bandlücke des zweiten Bereichs. Insbesondere ist die elektronische Bandlücke des ersten Bereichs größer als die elektronische Bandlücke eines jeden Quantentopfs im aktiven Bereich. Bevorzugt ist die elektronische Bandlücke des zweiten Bereichs größer als die elektronische Bandlücke des ersten Bereichs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthalten der erste Bereich und der zweite Bereich Aluminium. Das heißt, der erste Bereich und der zweite Bereich sind beispielsweise mit AlGaN gebildet, wobei die Aluminiumkonzentration beispielsweise wenigstens 2 Prozent, insbesondere wenigstens 5 Prozent, beträgt. Der erste Bereich und der zweite Bereich können dabei insbesondere frei von Indium sein oder die Konzentration von Indium in diesen Bereichen ist sehr gering und beträgt zum Beispiel weniger als 1%. Durch die Verwendung von Aluminium im ersten und im zweiten Bereich lässt sich eine elektronische Bandlücke, die größer ist als die elektronische Bandlücke des Quantentopfs, besonders effizient einstellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper angegeben mit

– einem aktiven Bereich umfassend einen Quantentopf, der dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen,
– einem ersten Bereich, der dazu ausgebildet ist, den Durchtritt von Ladungsträgern aus dem aktiven Bereich zu behindern,
– einem zweiten Bereich, der dazu ausgebildet ist, den Durchtritt von Ladungsträgern aus dem aktiven Bereich zu behindern, wobei
– der Halbleiterkörper auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert,
– der erste Bereich p-seitig direkt an den aktiven Bereich grenzt,
– der zweite Bereich an einer dem aktiven Bereich abgewandten Seite des ersten Bereichs angeordnet ist,
– der erste Bereich eine elektronische Bandlücke aufweist, die größer ist als die elektronische Bandlücke des Quantentopfs und kleiner oder gleich der elektronischen Bandlücke des zweiten Bereichs, und
– der erste Bereich und der zweite Bereich Aluminium enthalten.

Ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterkörper beruht unter anderem auf der Überlegung, dass ein geeignetes Dotierprofil für den p-Dotierstoff des Halbleiterkörpers einen optoelektronischen Halbleiterkörper ermöglicht, der für lange Zeit elektromagnetische Strahlung hoher Effizienz erzeugen kann.
Aus diesem Grund ist es notwendig, die Diffusion des p-Dotierstoffs oder von Defekten (z.B. Punktdefekte) im Halbleiterkörper in einer Weise zu kontrollieren, die eine effiziente Injektion von Löchern in den aktiven Bereich ermöglicht, ohne dass der p-Dotierstoff oder durch die Dotierung induzierte Defekte bzw. Fremdatome in die p-seitigen Quantentöpfe gelangen kann.
Bei dem p-Dotierstoff handelt es sich beispielsweise um Magnesium, das zur Diffusion im Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial-basierten Halbleiterkörper neigt und beim Eintritt in den aktiven Bereich die Effizienz der Strahlungserzeugung stark vermindern kann.
Zur Beschränkung der Diffusion des p-Dotierstoffes wäre es zum Beispiel möglich, zwischen dem aktiven Bereich und dem p-dotierten Bereich nominell undotierte Bereiche einzubringen, die mit Aluminium-freien Schichten gebildet sind. Das Dotierstoffprofil kann ferner über eine genaue Kontrolle der Wachstumstemperaturen eingestellt werden, mit der die Diffusion des p-Dotierstoffs gesteuert werden kann. Temperaturschwankungen während des Wachstums der p-Seite des Halbleiterkörpers beeinflussen dann aber die Effizienz und die Alterungsstabilität negativ.
Ein hier beschriebener Halbleiterkörper beruht nun unter anderem auf der Erkenntnis, dass ein erster Bereich, der Aluminium aufweist und der direkt am aktiven Bereich angeordnet ist und eine elektronische Bandlücke aufweist, die größer ist als die elektronische Bandlücke des aktiven Bereichs, den Einfang (Englisch: Confinement) von Löchern und Elektronen im aktiven Bereich erhöhen kann. Damit bildet der erste Bereich eine Ladungsträgerblockierschicht, insbesondere auch eine Elektronenblockierschicht, aus. Des Weiteren agiert die durch den Übergang definierte Grenzschicht als Barriere für wandernde Defekte bzw. diffundierende Fremdatome bzw. Dotierstoffe.
Der zweite Bereich, der eine elektronische Bandlücke aufweist die gleich ist oder größer der elektronischen Bandlücke des ersten Bereichs, verstärkt dann den Einfang von Ladungsträgern zusätzlich und kann beispielsweise aufgrund einer entsprechenden Dotierung zur Injektion von Löchern in den aktiven Bereich ausgebildet sein.
Der Verlust von Ladungsträgern, insbesondere Elektronen, kann insbesondere für größere Betriebsströme zu einer Reduzierung der internen Quanteneffizienz des aktiven Bereichs führen (so genannter „Droop“). Dieses Problem ist durch den ersten Bereich sowie den zweiten Bereich reduziert.
Dadurch, dass der erste Bereich zwischen dem zweiten Bereich und dem aktiven Bereich angeordnet ist, und beispielsweise eine Bandlücke aufweist, die kleiner ist als die Bandlücke des zweiten Bereichs, aber größer als die Bandlücke des Quantentopfs im aktiven Bereich, kann der erste Bereich als Diffusionsbarriere für den Durchtritt des p-Dotierstoffs bzw. weiterer Fremdatome oder Defekte wirken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterkörpers ist zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich ein Zwischenbereich angeordnet, wobei der Zwischenbereich eine elektronische Bandlücke aufweist, die größer ist als die elektronische Bandlücke des Quantentopfs und die kleiner ist als die elektronische Bandlücke des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs.
Insbesondere ist die elektronische Bandlücke größer als die elektronische Bandlücke eines jeden Quantentopfs des aktiven Bereichs. Der Zwischenbereich ist auf diese Weise dazu ausgebildet, den Durchtritt von Elektronen aus dem aktiven Bereich zu behindern oder zu verhindern. Ferner dient der Zwischenbereich zur Behinderung einer Diffusion des p-Dotierstoffs in den aktiven Bereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Zwischenbereich mindestens zwei Unterbereiche, die sich in ihrer Materialzusammensetzung und ihren elektronischen Bandlücken voneinander unterscheiden. Die Unterbereiche sind beispielsweise als Schichten ausgebildet, die den gesamten Querschnitt des Halbleiterkörpers ausfüllen und in der vertikalen Richtung eine vorgebbare Dicke aufweisen.
Beispielsweise weist der Zwischenbereich dabei fünf oder mehr Unterbereiche auf, die sich zumindest paarweise in ihrer Materialzusammensetzung unterscheiden. Beispielsweise unterscheiden sich zwei direkt aneinander grenzende Unterbereiche hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung, wohingegen an einem Unterbereich an gegenüberliegenden Seiten Unterbereiche grenzen können, die die gleiche Materialzusammensetzung und die gleiche elektronische Bandlücke aufweisen, die sich von der Materialzusammensetzung und der elektronischen Bandlücke des direkt angrenzenden Unterbereichs unterscheiden. Beispielsweise können entlang der vertikalen Richtung Unterbereiche mit höherer und niedrigerer Bandlücke abwechselnd angeordnet sein, wobei die Bandlücke eines jeden Unterbereichs größer ist als die Bandlücke des Quantentopfs und kleiner als die Bandlücke des ersten und des zweiten Bereichs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterkörpers grenzt der Zwischenbereich direkt an den ersten Bereich und direkt an den zweiten Bereich. Das heißt, in der vertikalen Richtung folgt dem aktiven Bereich dann direkt der erste Bereich nach, dem ersten Bereich folgt direkt der Zwischenbereich nach und dem Zwischenbereich folgt direkt der zweite Bereich nach. Mit dieser Abfolge von Bereichen ist ein effizienter Einschluss von Ladungsträgern im aktiven Bereich gewährleistet und eine effiziente Barriere gegen die Diffusion von p-Dotierstoff in den aktiven Bereich gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterkörpers unterscheiden sich direkt aneinandergrenzende Unterbereiche des Zwischenbereichs hinsichtlich ihrer Bandlücke voneinander. Dadurch sind im Zwischenbereich mehrere Grenzflächen zwischen Unterbereichen gebildet, an denen es zu einem Sprung in der Bandlücke kommt. Überraschend hat sich herausgestellt, dass gerade diese Grenzflächen zwischen den Unterbereichen eine Diffusion des p-Dotierstoffs, insbesondere die Diffusion von Magnesium in den aktiven Bereich hinein effizient unterbinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterkörpers weist der zweite Bereich eine Aluminiumkonzentration auf, die größer ist als die Aluminiumkonzentration im ersten Bereich. Beispielsweise weist der erste Bereich eine Aluminiumkonzentration auf, die größer als 5 Prozent ist. Der zweite Bereich weist dann eine Aluminiumkonzentration auf, die größer als 5 Prozent ist, insbesondere eine Aluminiumkonzentration, die größer ist als 10 Prozent.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterkörpers ist der zweite Bereich p-dotiert. Das heißt, beim zweiten Bereich handelt es sich beispielsweise um den dem aktiven Bereich am nächsten liegenden Bereich des Halbleiterkörpers, der p-dotiert ist. Zum Beispiel ist der zweite Bereich mit Magnesium dotiert und weist eine Dotierstoffkonzentration von wenigstens 10¹⁹/cm³ auf. In einer weiteren Ausführungs kann die p-Dotierung über alternative Dotierstoffe bzw. Fremdatome wie C, Be, usw. realisiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterkörpers sind der erste Bereich und, sofern vorhanden, der Zwischenbereich nominell undotiert und/oder n-dotiert.
Nominell undotiert bedeutet, dass diese Bereiche des Halbleiterkörpers während der Herstellung nicht gezielt dotiert werden, ein p-Dotierstoff jedoch durch Diffusionsprozesse während der Herstellung nachfolgender Bereich in geringem Umfang in den ersten Bereich und den Zwischenbereich gelangen kann. Beispielsweise beträgt die Konzentration des p-Dotierstoffs in den beiden Bereichen dann höchstens 10²⁰/cm³. Insbesondere ist die Konzentration des p-Dotierstoffs geringer als im zweiten Bereich.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Bereiche in geringem Umfang n-dotiert sind. Beispielsweise kann die Dotierung während der Herstellung mit Silizium durch die Hinzugabe von Silan (SiH₄) erfolgen. Auf diese Weise erfolgt eine n-Co-Dotierung, die dazu führen kann, dass sich eine besonders scharfe Grenze zwischen dem n-dotierten Bereich und dem p-dotierten Bereich des Halbleiterkörpers ausbilden kann.
Insbesondere kann die Co-Dotierung Diffusionsprozesse des p-Dotierstoffs zum aktiven Bereich hin behindern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterkörpers ist der erste Bereich mit Al_y1Ga_1-y1N oder mit Al_y1In_xGa_1-y1N gebildet, wobei y1 > 0,05 und x < 0,01 ist. Der erste Bereich weist dabei zum Beispiel eine Dicke zwischen wenigstens 1 nm und höchstens 5 nm auf. Der Zwischenbereich weist einen Unterbereich auf, der mit In_xGa_1-xN gebildet ist, wobei x > 0,01 und x < 0,05 ist, wobei der Unterbereich zum Beispiel eine Dicke von wenigstens 0,05 nm und höchstens 5 nm aufweist. Ferner weist der Zwischenbereich einen Unterbereich aufweist, der mit GaN gebildet ist und zum Beispiel eine Dicke von wenigstens 0,5 nm und höchstens 5 nm aufweist. Der zweite Bereich ist dann mit Al_y2Ga_1-y2N oder mit Al_y2In_xGa_1-y2N gebildet, wobei y2 > y1 und x < 0,01 ist und der zweite Bereich beispielsweise eine Dicke aufweist von wenigstens 1 nm und höchstens 20 nm.
Eine solche Ausgestaltung des ersten Bereichs, des Zwischenbereichs und des zweiten Bereichs erweist sich als besonders vorteilhaft im Hinblick auf den Einschluss von Ladungsträgern im aktiven Bereich sowie die Behinderung einer Diffusion des p-Dotierstoffs in den aktiven Bereich.
Es wird darüber hinaus eine Leuchtdiode angegeben. Die Leuchtdiode umfasst einen hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterkörper. Das heißt, sämtliche für den Halbleiterkörper offenbarten Merkmale sind auch für die Leuchtdiode offenbart und umgekehrt. Die Leuchtdiode umfasst ferner erste und zweite Anschlussstellen, die zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers ausgebildet sind.
Die Leuchtdiode ist dabei dazu ausgebildet, im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit einer Peakwellenlänge von kleiner 480 nm, insbesondere von kleiner 400 nm zu emittieren. Insbesondere ist die Leuchtdiode dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung mit einer Peakwellenlänge zwischen 360 nm und 480 nm, insbesondere zwischen 360 nm und 395 nm, zu emittieren. Dabei hat sich herausgestellt, dass aufgrund des verbesserten Einschlusses von Ladungsträgern im aktiven Bereich für einen hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterkörper die Verwendung des Halbleiterkörpers zur Erzeugung von UV-Strahlung, insbesondere von UVA-Strahlung und von blauem Licht besonders vorteilhaft ist.
Im Folgenden werden der hier beschriebene optoelektronische Halbleiterkörper sowie die hier beschriebene Leuchtdiode anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert.
Anhand der schematischen Darstellung der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterkörpers näher erläutert.
Anhand der grafischen Auftragung der 2 sind die Vorteile eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterkörpers näher erläutert.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Leuchtdiode näher erläutert.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die 1 zeigt schematisch ein Banddiagramm für einen hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterkörper. Der optoelektronische Halbleiterkörper umfasst einen aktiven Bereich 1, der zumindest einen Quantentopf 1a, insbesondere eine Mehrfachquantentopfstruktur mit einer Vielzahl von Quantentöpfen, umfasst. Bevorzugt umfasst der aktive Bereich 1 fünf gleichartige Quantentöpfe 1a, zwischen denen jeweils eine Barriere angeordnet ist. Die Quantentöpfe 1a weisen dabei jeweils eine Dicke von zum Beispiel 3 nm auf, die Barrieren weisen jeweils eine Dicke von zum Beispiel 4,7 nm auf. Die Quantentöpfe 1a sind mit InGaN gebildet, die Barrieren mit AlGaN.
P-seitig direkt an den aktiven Bereich 1 grenzt der erste Bereich 2. Der erste Bereich 2 ist vorliegend mit Al_y1Ga_1-y1N oder mit Al_y1In_xGa_1-y1N gebildet. Dabei ist y1 vorzugsweise größer als 0,05 und x < 0,01. Die Dicke des ersten Bereichs beträgt beispielsweise wenigstens 1 nm und höchstens 5 nm.
An der dem aktiven Bereich 1 abgewandten Seite des ersten Bereichs 2 folgt direkt der Zwischenbereich 3. Der Zwischenbereich 3 umfasst einen ersten Unterbereich 3a, der mit GaN gebildet ist, einen zweiten Unterbereich 3b, der mit In_xGa_1-xN gebildet ist, einen dritten Unterbereich 3c, der mit GaN gebildet ist, einen vierten Unterbereich 3d, der mit In_xGa_1-xN gebildet ist, einen fünften Unterbereich 3e, der mit GaN gebildet ist. Die Dicke der Unterbereiche beträgt jeweils wenigstens 0,05 nm und höchstens 5 nm.
Dabei ist x vorzugsweise größer als 0,01 und kleiner als 0,05. Der Zwischenbereich ist vorliegend insbesondere frei von Aluminium.
Direkt an der dem ersten Bereich 2 abgewandten Seite des Zwischenbereichs 3 ist der zweite Bereich 4 angeordnet, der mit Al_y2Ga_1-y2N oder mit Al_y2In_xGa_1-y2N gebildet ist. Dabei ist x < 0,01. Y2 ist vorzugsweise größer als y1, also beispielsweise 0,06 oder größer. Die Dicke des zweiten Bereichs beträgt wenigstens 1 nm und höchstens 20 nm.
Der erste Bereich 2 weist eine elektronische Bandlücke E2 auf, die größer ist als die elektronische Bandlücke E1 des Quantentopfs 1a und größer als die elektronischen Bandlücken E3a, E3b, E3c, E3d, E3e im Zwischenbereich 3. Die Unterbereiche 3b und 3d im Zwischenbereich 3 weisen Bandlücken E3b, E3d auf, die kleiner sind als die Bandlücken E3a, E3c, E3e in den Unterbereichen 3a, 3c und 3e. Sämtliche Bandlücken im Zwischenbereich 3 sind jedoch größer als die Bandlücke des Quantentopfs 1a.
Im zweiten Bereich 4 weist der Halbleiterkörper eine Bandlücke E4 auf, die größer ist als die Bandlücke in allen anderen Bereichen und größer als die Bandlücke E1 im Quantentopf.
Die schematische Auftragung der 2 zeigt die Intensität des emittierten Lichts einer Leuchtdiode mit einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterkörper aufgetragen gegen die Betriebsdauer t und normiert auf die Intensität zum Zeitpunkt t = 0. Die Kurve c ist dabei eine Auftragung für einen hier beschriebenen Halbleiterkörper, wohingegen die Kurven b und a Vergleichskurven sind für Halbleiterkörper, welche den ersten Bereich 2 und den Zwischenbereich 3 nicht aufweisen. Die p-Seite des Halbleiterkörpers der Kurve b wurde dabei bei einer geringeren Wachstumstemperatur hergestellt, als die p-Seite des Halbleiterkörpers der Kurve a. Dies führt zu einer verringerten Diffusion von Magnesium in den aktiven Bereich 1 während der Herstellung. Nach etwa 500 Betriebsstunden ist dieser positive Effekt jedoch nicht mehr nachweisbar (nicht dargestellt).
Wie aus der grafischen Auftragung ersichtlich ist, ändert sich die Intensität des erzeugten Lichts für einen hier beschriebenen Halbleiterkörper über die Zeit hingegen kaum. Das heißt, der Halbleiterkörper weist ein besonders günstiges Alterungsverhalten auf, was insbesondere auf das verbesserte Dotierprofil mit dem p-Dotierstoff, dem verbesserten Einschluss von Ladungsträgern im aktiven Bereich und die verminderte Diffusion von Dotierstoff in den aktiven Bereich sowohl während der Herstellung also auch im Betrieb zu erklären ist.
Die 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Leuchtdiode mit einem hier beschriebenen Halbleiterkörper 10. Die Leuchtdiode umfasst neben den beschriebenen Bereichen einen n-leitenden Bereich, der beispielsweise über die erste Anschlussstelle 11 elektrisch kontaktiert wird. An der abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 10 befindet sich die zweite Anschlussstelle 12, über welche der Halbleiterkörper beispielsweise p-seitig angeschlossen ist.
Die Leuchtdiode erzeugt im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit einer Peakwellenlänge von kleiner 480 nm, insbesondere von kleiner 400 nm. Es hat sich gezeigt, dass aufgrund des verbesserten Einschlusses von Ladungsträgern im aktiven Bereich für einen hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterkörper die Verwendung des Halbleiterkörpers zur Erzeugung von UV-Strahlung, insbesondere von UVA-Strahlung, besonders vorteilhaft ist. Bei der Leuchtdiode handelt es sich dann um eine UV-Strahlung emittierende Leuchtdiode.
Hier beschriebene Halbleiterkörper und hier beschriebene Leuchtdioden zeichnen sich insbesondere durch die folgenden Vorteile aus:
Der Halbleiterkörper zeigt eine höhere Toleranz gegen Temperaturschwankungen bei der Herstellung der p-dotierten Seite des Halbleiterkörpers, da die beschriebenen Bereiche eine Diffusion des p-Dotierstoffs in den aktiven Bereich wirkungsvoll unterdrücken. Damit ist die Wahrscheinlichkeit für eine Diffusion des p-Dotierstoffs in den aktiven Bereich abgesenkt.
Ferner ist die Injektion von Löchern bei einem hier beschriebenen Halbleiterkörper im Unterschied zu einem Halbleiterkörper ohne hier beschriebene Bereiche verbessert. Der Abfluss von Elektronen aus dem aktiven Bereich ist auch für einen aktiven Bereich mit einer geringen Indiumkonzentration, wie er insbesondere zur Erzeugung von UV-Strahlung zum Einsatz kommt, aufgrund der hier beschriebenen Bereiche des Halbleiterkörpers stark unterdrückt.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: aktiver Bereich
1a: Quantentopf
2: erster Bereich
3: Zwischenbereich
3a, b, c, d, e, f: Unterbereiche
4: zweiter Bereich
5: n-leitender Bereich
10: Halbleiterkörper
11, 12: Anschlussstellen
E1, E2, E3a, b, c, d, e, E4: Bandlücken

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2008/0073658 A1 [0002]

Claims

Optoelektronischer Halbleiterkörper (10) mit – einem aktiven Bereich (1) umfassend einen Quantentopf (1a), der dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, – einem ersten Bereich (2), der dazu ausgebildet ist, den Durchtritt von Ladungsträgern aus dem aktiven Bereich (1) zu behindern, – einem zweiten Bereich (4), der dazu ausgebildet ist, den Durchtritt von Ladungsträgern aus dem aktiven Bereich (1) zu behindern, wobei – der Halbleiterkörper (10) auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert, – der erste Bereich (2) p-seitig direkt an den aktiven Bereich (1) grenzt, – der zweite Bereich (4) an einer dem aktiven Bereich (1) abgewandten Seite des ersten Bereichs (2) angeordnet ist, – der erste Bereich (2) eine elektronische Bandlücke (E2) aufweist, die größer ist als die elektronische Bandlücke (E1) des Quantentopfs (1a) und kleiner oder gleich der elektronischen Bandlücke (E4) des zweiten Bereichs (4), und – der erste Bereich (2) und der zweite Bereich (4) Aluminium enthalten.
Optoelektronischer Halbleiterkörper (10) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem zwischen dem ersten Bereich (2) und dem zweiten Bereich (4) ein Zwischenbereich (3) angeordnet ist, wobei der Zwischenbereich (3) eine elektronische Bandlücke (E3a, E3b, E3c, E3d, E3e) aufweist, die größer ist als die elektronische Bandlücke (E1) des Quantentopfs (1a) und die kleiner ist als die elektronischen Bandlücken (E2) des ersten Bereichs (2) und des zweiten Bereichs (4).
Optoelektronischer Halbleiterkörper (10) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der Zwischenbereich (3) zumindest zwei Unterbereiche (3a, 3b, 3c, 3d, 3e) aufweist, die sich in ihrer Materialzusammensetzung und ihrer elektronischen Bandlücke voneinander unterscheiden.
Optoelektronischer Halbleiterkörper (10) nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, bei dem der Zwischenbereich (3) direkt an den ersten Bereich (2) und direkt an den zweiten Bereich (4) grenzt.
Optoelektronischer Halbleiterkörper (10) nach einem der zwei vorherigen Ansprüche, bei dem sich direkt aneinandergrenzende Unterbereiche (3a, 3b, 3c, 3d, 3e) hinsichtlich ihrer Bandlücke voneinander unterscheiden.
Optoelektronischer Halbleiterkörper (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zweite Bereich (4) eine Aluminiumkonzentration aufweist, die größer ist als die Aluminiumkonzentration im ersten Bereich (2).
Optoelektronischer Halbleiterkörper (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zweite Bereich (4) p-dotiert ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der erste Bereich (2) und, sofern vorhanden, der Zwischenbereich (3) nominell undotiert oder n-dotiert sind.
Leuchtdiode mit – einem Halbleiterkörper (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, und – elektrischen Anschlussstellen (11, 12) zur Kontaktierung des Halbleiterkörpers (10), wobei – die Leuchtdiode dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer Peakwellenlänge von kleiner 480 nm, insbesondere kleiner 400 nm, zu emittieren.