DE112006001360T5 - Tief-Ultraviolettlicht emittierende Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Tief-Ultraviolettlicht emittierenden Vorrichtungen - Google Patents

Tief-Ultraviolettlicht emittierende Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Tief-Ultraviolettlicht emittierenden Vorrichtungen Download PDF

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Abstract

Lichtemittierende Vorrichtung, welche umfasst:
einen aktiven Quantentopfbereich, der so konfiguriert ist, dass er mit einer Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 345 nm emittiert, und folgendes umfasst:
eine Barriereschicht, die AlwInxGa1-x-wN umfasst, wobei 0,2 < w ≤ 0,8, 0 ≤ x < 0,2 und 0,2 < w + x ≤ 1, mit einer Dicke von ca. 10 Å bis ca. 60 Å, und wobei w und x eine Barriereenergie von mehr als einer Bandlückenenergie von GaN oder innerhalb von ca. 1 eV der Bandlückenenergie von GaN zur Verfügung stellen; und
eine Topfschicht, die GaN umfasst, auf der Barriereschicht, und eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 30 Å hat;
eine erste Schicht, die mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlpGa1-pN umfasst, auf dem aktiven Quantentopfbereich, wobei 0,3 < p ≤ 0,8, und eine Dicke von ca. 50 Å bis ca. 250 Å hat;...

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft lichtemittierende Halbleitervorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von lichtemittierenden Vorrichtungen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Lichtemittierende Halbleitervorrichtungen wie etwa Leuchtdioden (Light Emitting Diodes; LEDs) oder Laserdioden werden verbreitet für viee Anwendungen eingesetzt. Wie dem Fachmann allgemein bekannt ist, weist eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung ein lichtemittierendes Halbleiterelement mit einer oder mehr Halbleiterschichten auf, die dazu konfiguriert sind, kohärentes und/oder inkohärentes Licht zu emittieren, wenn sie bestromt werden. Insbesondere weist eine Leuchtdiode oder Laserdiode im Allgemeinen einen aktiven Bereich auf einem mikroelektronischen Substrat auf. Das mikroelektronische Substrat kann beispielsweise Galliumarsenid, Galliumphosphid, Legierungen von diesen, Siliciumcarbid und/oder Saphir sein. Weiterführende Entwicklungen bei LEDs resultierten in hocheffizienten und mechanisch robusten Lichtquellen, die das sichtbare Spektrum und darüber hinaus abdecken können. Diese Attribute in Verbindung mit der potentiell langen nützlichen Lebensdauer von Halbleiterbauelementen können eine Vielfalt von neuen Anzeigeanwendungen ermöglichen und LEDs in eine Position versetzen, mit den weit verbreiteten Glühlampen und Leuchtstofflampen zu konkurrieren. Neuerdings wurden Anwendungen für LEDs identifiziert, die im Tief-UV (Deep UltraViolet; DUV)-Bereich des Spektrums (weniger als ungefähr 375 nm) emittieren. Diese Anwendungen umfassen Systeme zur Erfassung von chemischen und biologischen Agenzien, Non-Line-of-Sight-Kommunikationssysteme, Wasser- und Luftreinigungssysteme, und/oder Bräunungsanwendungen.
  • In der Entwicklung hat sich neuerdings das Interesse und die kommerzielle Aktivität stark auf LEDs konzentriert, die aus bzw. auf Siliciumcarbid hergestellt werden, da diese LEDs Strahlung im blauen/grünen Abschnitt des sichtbaren Spektrums emittieren können. Siehe z.B. das auf die gegenwärtige Anmelderin übertragene US-Patent 5,416,342 für Edmond et al. mit der Bezeichnung Blue Light-Emitting Diode With High External Quantum Efficiency, auf dessen Offenbarungsgehalt hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird. Es bestand auch ein großes Interesse an LEDs, die auf Galliumnitrid basierende Diodenbereiche auf Siliciumcarbid-Substraten umfassen, weil auch diese Vorrichtungen Licht mit einem hohen Wirkungsgrad emittieren können. Siehe z.B. das US-Patent 6,177,688 für Linthicum et al. mit der Bezeichnung Pendeoepitaxial Gallium Nitride Semiconductor Layers On Silicon Carbide Substrates, auf dessen Offenbarungsgehalt hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
  • Ultraviolettes Licht emittierende Vorrichtungen wurden ebenfalls beschrieben, z.B. in dem US-Patent 6,734,033 für Emerson et al. mit der Bezeichnung Ultraviolet Light Emitting Diode; US-Patent 6,664,560 für Emerson et al. mit der Bezeichnung Ultraviolet Light Emitting Diode; US-Patent Nr. 5,661,074 für Tischler mit der Bezeichnung High Brightness Electroluminescent Device Emitting In The Green To Ultraviolet Spectrum And Method Of Making The Same; US-Patent Nr. 5,874,747 für Redwing et al. mit der Bezeichnung High Brightness Electroluminescent Device Emitting In The Green To Ultraviolet Spectrum And Method Of Making The Same; und US-Patent Nr. 5,585,648 für Tischler mit der Bezeichnung High Brightness Electroluminescent Device, Emitting In The Green To Ultraviolet Spectrum, And Method Of Making The Same, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit Bezug genommen wird.
  • Andere haben vergleichsweise hocheffiziente LEDs im DUV-Bereich des Spektrums hergestellt. Beispielsweise gab Nichia Corporation die Entwicklung von Leuchtdioden mit Ausgängen von 365 nm und 375 nm bekannt. Siehe hierzu Nichia Product Specifications NSHU550A, NSHU590A, NSHU550B und NSHU590B. Bislang wurden jedoch keine hocheffizienten DUV-LEDs mit Emissionswellenlängen von weniger als ca. 360 nm erzielt, und zwar wegen mehrerer grundlegender technischer Herausforderungen, einschließlich der folgenden: Ausgangsleistung zu gering für einen gegebenen Treiberstrom, Stecker-Wirkungsgrad zu niedrig, und Lebensdauer der Vorrichtung zu kurz.
  • Hocheffiziente LEDs auf Galliumnitridbasis und Laser auf Siliciumcarbid sind in einer Veröffentlichung von Edmond et al. mit der Bezeichnung High efficiency GaN-based LEDs and lasers on SiC, Journal of Crystal Growth, 272 (2004), S. 242-250, beschrieben. Wie in der Zusammenfassung dieser Veröffentlichung beschrieben ist, wurden Gruppe III-Nitridschichten mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) auf Einkristall-Siliciumcarbid (SiC)-Substraten aufgewachsen und daraus Leuchtdioden (LEDs) und Laserdioden (LDs) gefertigt. Tief-Ultraviolett (UV)-LEDs von 321 bis 343 nm, die bei 20 mA und 4,1 V arbeiten, weisen jeweils einen Ausgang von 0,2-2,9 mW auf, was einer externen Quanteneffizienz (External Quantum Efficiency; EQE) von 0,26-4,0% entspricht. Im sichtbaren Spektrum wurde eine EQE von ~47% im blauen Bereich bei 455-460 nm erzielt, was einem Ausgang von 25,5 mW bei 20 mA und 3,1 V entspricht. Der Wert für die EQE verringerte sich zu ~30% bei 395 nm (violett) und ~22% bei 535 nm (grün). Es wird spekuliert, dass die Wechselwirkung zwischen Störstellen und Ladungsträgern den Strahlung erzeugenden Rekombinationsprozess bei kürzeren Wellenlängen (<~440 nm) dominiert, während Hinweise dafür vorliegen, dass die piezoelektrische Polarisierung bei längeren Wellenlängen, vorwiegend im grünen Bereich, dominiert. Weisse LEDs wurden unter Verwendung von 24 mW Blau-Chips mittels Leuchtstoffanregung hergestellt und weisen Lichtausbeuten von 78 lm/W auf, was beträchtlich effizienter als standardmäßige Glühbirnen ist. Es wurden ein Dauerstrich (Continuous-Wave; CW)-LD-Betrieb von 348-410 nm und ein gepulster Betrieb mit einer geringen Länge von 343 nm erzielt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen lichtemittierende Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von lichtemittierenden Vorrichtungen zur Verfügung, die bei Wellenlängen von weniger als 360 nm mit Stecker-Wirkungsgraden von wenigstens 4% emittieren. Bei anderen Ausführungsformen betragen die Stecker-Wirkungsgrade wenigstens 5%. Bei weiteren Ausführungsformen betragen die Stecker-Wirkungsgrade wenigstens 6%. Ausserdem können die lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen eine Gleichstrom-Lebensdauer von wenigstens 100 h, wenigstens 500 h oder wenigstens 1000 h haben.
  • Bei weiteren Ausführungsformen emittieren die lichtemittierenden Vorrichtungen bei Wellenlängen von weniger als 345 nm mit Stecker-Wirkungsgraden von wenigstens 2%. Bei anderen Ausführungsformen betragen die Stecker-Wirkungsgrade von Vorrichtungen, die in diesem Wellenlängenbereich emittieren, wenigstens 3%. Bei weiteren Ausführungsformen betragen die Stecker-Wirkungsgrade wenigstens 4%. Ausserdem können die lichtemittierenden Halbleiter vorrichtungen eine Gleichstrom-Lebensdauer von wenigstens 100 h, wenigstens 500 h oder wenigstens 1000 h haben.
  • Bei wieder anderen Ausführungsformen emittieren die lichtemittierenden Vorrichtungen bei Wellenlängen von weniger als 330 nm mit Stecker-Wirkungsgraden von wenigstens 0,4%. Ausserdem können die lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen eine Gleichstrom-Lebensdauer von wenigstens 100 h, wenigstens 500 h oder wenigstens 1000 h haben.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben die lichtemittierenden Vorrichtungen eine Spitzenausgabewellenlänge von 345 nm oder weniger und einen Stecker-Wirkungsgrad von wenigstens 4% bei einer Stromdichte von weniger als 0,35 μA/μm2 und/oder einen Stecker-Wirkungsgrad von wenigstens 6% bei einer Stromdichte von weniger als 0,08 μA/μm2.
  • Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen lichtemittierende Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von lichtemittierenden Vorrichtungen zur Verfügung, die eine Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 360 nm besitzen und einen Strahlungsausgang von wenigstens ca. 0,047 μW/μm2 bei Normalisierung auf Chipgröße zur Verfügung stellen. Bei einigen Ausführungsformen beträgt die Spitzenausgabewellenlänge 345 nm oder weniger. Bei solchen Ausführungsformen kann die lichtemittierende Vorrichtung einen Stecker-Wirkungsgrad von wenigstens 3% oder sogar einen Stecker-Wirkungsgrad von wenigstens 6% haben. Bei einigen Ausführungsformen beträgt die Spitzenausgabewellenlänge 320 nm oder weniger.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen lichtemittierende Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von lichtemittierenden Vorrichtungen zur Verfügung, die eine Basisstruktur mit geringer Störstellendichte aufweisen, welche ein SiC-Substrat vom n-Typ und eine mit Dotierungsmitteln vom n-Typ dotierte GaN-Schicht umfasst. Ein aktiver Quantentopfbereich ist auf der Basisstruktur mit geringer Störstellendichte vorgesehen, der Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 360 nm emittiert. Der aktive Quantentopfbereich umfasst eine GaN-, AlGaN- oder AlInGaN-Schicht und eine dotierte AlGaN-Barriereschicht. Eine AlGaN-Schicht ist auf dem aktiven Quantentopfbereich vorgesehen, und eine auf GaN basierende Kontaktschicht ist auf der AlGaN-Schicht vorgesehen. Die dotierte GaN-Schicht kann eine dotierte GaN-Schicht mit einer Störstellendichte von weniger als ca. 4 × 108 cm-2 sein. Die mit Dotierungsmitteln vom n-Typ dotierte GaN-Schicht kann mit Silicium dotiertes GaN umfassen. Die AlGaN-Schicht auf dem aktiven Quantentopfbereich kann eine mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotierte AlGaN-Schicht auf dem aktiven Quantentopfbereich umfassen, und die auf GaN basierende Kontaktschicht auf der AlGaN-Schicht kann eine auf GaN basierende Kontaktschicht umfassen, die mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiert ist. Das Dotierungsmittel vom p-Typ kann Mg umfassen. Die Barriereschicht kann mit Si dotiert sein.
  • Bei weiteren Ausführungsformen umfasst der aktive Quantentopfbereich zehn Quantentopfschichten und elf Barriereschichten, wobei die Quantentopfschichten zwischen benachbarten Barriereschichten angeordnet sind. Bei anderen Ausführungsformen umfasst der aktive Quantentopfbereich fünf Quantentopfschichten und sechs Barriereschichten, wobei die Quantentopfschichten zwischen benachbarten Barriereschichten angeordnet sind. Die lichtemittierende Vorrichtung kann eine Gesamtdicke von weniger als ca. 2,5 μm haben. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Vorrichtung eine Gesamtdicke von weniger als 2,0 μm oder sogar 1,0 μm haben.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen lichtemittierende Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von lichtemittierenden Vorrichtungen zur Verfügung, die einen aktiven Quantentopfbereich auf der dotierten GaN-Schicht aufweisen. Der aktive Quantentopfbereich ist so konfiguriert, dass er mit einer Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 360 nm emittiert, und umfasst eine Barriereschicht mit AlwInxGa1-x-wN, wobei 0 < w ≤ 1, 0 ≤ x < 1 und 0 < w + x ≤ 1, und wobei w und x eine Barriereenergie zur Verfügung stellen, die größer als eine Bandlückenenergie von GaN ist oder innerhalb von ca. 1 eV der Bandlückenenergie von GaN liegt, und eine Topfschicht mit AlyInzGa1-y-zN auf der Barriereschicht, wobei 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1 und 0 ≤ y + z < 1.
  • Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen eine Pufferstruktur mit einer Störstellendichte von nicht mehr als 4 × 108 cm-2 auf. Bei einigen Ausführungsformen umfasst diese Pufferstruktur eine mit einem Dotierungsmittel vom n-Typ dotierte GaN-Schicht, und ein aktiver Quantentopfbereich ist auf der mit einem Dotierungsmittel vom n-Typ dotierten GaN-Schicht vorgesehen.
  • Zusätzliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen ein Halbleitersubstrat auf, und der aktive Quantentopfbereich ist auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen. Das Halbleitersubstrat kann leitfähig oder isolierend sein. Bei einigen Ausführungsformen weist das Halbleitersubstrat SiC oder GaN auf. Bei anderen Ausführungsformen weist das Halbleitersubstrat Saphir auf.
  • Bei weiteren Ausführungsformen kann eine erste Schicht von AlpGa1-pN, das mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiert ist, auf dem aktiven Quantentopfbereich vorgesehen sein, wobei 0 < p ≤ 0,8, und eine zweite Schicht von AlqGa1-qN, das mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiert ist, ist auf der ersten Schicht vorgesehen, wobei 0 ≤ q < p.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Barriereschicht mit dem Dotierungsmittel vom n-Typ dotiert. Das Dotierungsmittel vom n-Typ kann Si sein. Das Dotierungsmittel vom p-Typ kann Mg sein. Die Barriereschicht kann eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 100 Å haben, und die Topfschicht kann eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 30 Å haben. Die erste Schicht kann eine Dicke von ca. 50 Å haben, und die zweite Schicht kann eine Dicke von ca. 300 Å haben.
  • Bei weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Barriereschicht AlwInxGa1-x-wN, wobei 0,2 < w ≤ 0,8, 0 ≤ x < 0,2 und 0,2 < w + x ≤ 1, und hat eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 50 Å, die Topfschicht umfasst AlyInzGa1-y-zN auf der Barriereschicht, wobei 0 ≤ < 0,4, 0 ≤ z < 0,1 und 0 ≤ y + z < 0,4, und hat eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 30 Å, die erste Schicht umfasst mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlpGa1-pN auf dem aktiven Quantentopfbereich, wobei 0,3 < p ≤ 0,8, und hat eine Dicke von ca. 50 Å bis ca. 250 Å, die zweite Schicht umfasst mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlqGa1-qN auf der ersten Schicht, wobei 0 ≤ q < p, und die zweite Schicht hat eine Dicke von ca. 200 Å bis ca. 600 Å, der aktive Quantentopfbereich umfasst von ca. 3 bis ca. 12 Quantentöpfe der Topfschicht und entsprechende Barriereschichten auf, und eine Spitzenausgabewellenlänge der lichtemittierenden Vorrichtung beträgt nicht mehr als 360 nm.
  • Bei zusätzlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Barriereschicht AlwInxGa1-x-wN, wobei 0,3 < w ≤ 0,8, 0 ≤ x < 0,2 und 0,3 < w + x ≤ 1, und hat eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 50 Å, die Topfschicht umfasst AlyInzGa1-y-zNT auf der Barriereschicht, wobei 0 ≤ y < 0,4, 0 ≤ z < 0,1 und 0 ≤ y + z < 0,5, und hat eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 30 Å, die erste Schicht umfasst mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlpGa1-pN auf dem aktiven Quantentopfbereich, wobei 0,3 < p ≤ 0,8, und hat eine Dicke von ca. 50 Å bis ca. 250 Å, die zweite Schicht umfasst mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlqGa1-qN auf der ersten Schicht, wobei 0 ≤ q < p, und die zweite Schicht hat eine Dicke von ca. 200 Å bis ca. 600 Å, der aktive Quantentopfbereich umfasst von ca. 3 bis ca. 12 Quantentöpfe der Topfschicht und entsprechende Barriereschichten, und eine Spitzenausgabewellenlänge der lichtemittierenden Vorrichtung beträgt nicht mehr als 330 nm.
  • Bei wieder anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Topfschicht AlwInxGa1-x-wN, wobei w = 0, x = 0, und hat eine Dicke von 15 Å, die Barriereschicht umfasst mit Silicium dotiertes AlyInzGa1-y-zN auf der Barriereschicht, wobei y = 0,3, z = 0, und hat eine Dicke von 35 Å, die erste Schicht umfasst mit Mg dotiertes AlpGa1-pN auf dem aktiven Quantentopfbereich, wobei p = 0,5, und hat eine Dicke von 85 Å, die zweite Schicht umfasst mit Mg dotiertes AlqGa1-qN auf der ersten Schicht, wobei q = 0, und die zweite Schicht hat eine Dicke von 300 Å, der aktive Quantentopfbereich umfasst zehn Quantentöpfe der Topfschicht und entsprechende Barriereschichten, und eine Spitzenausgabewellenlänge der lichtemittierenden Vorrichtung beträgt ca. 340 nm.
  • Bei wieder anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Topfschicht AlwInxGa1-x-wN, wobei w = 0,3, x = 0, und hat eine Dicke von 15 Å, die Barriereschicht umfasst mit Silicium dotiertes AlyInzGa1-y-zN auf der Barriereschicht, wobei y = 0,5, z = 0, und hat eine Dicke von 20 Å, die erste Schicht umfasst mit Mg dotiertes AlpGa1-pN auf dem aktiven Quantentopfbereich, wobei p = 0,5, und hat eine Dicke von 230 Å, die zweite Schicht umfasst mit Mg dotiertes AlqGa1-qN auf der ersten Schicht, wobei q = 0, und die zweite Schicht hat eine Dicke von 300 Å, der aktive Quantentopfbereich umfasst zehn Quantentöpfe der Topfschicht und entsprechende Barriereschichten, und eine Spitzenausgabewellenlänge der lichtemittierenden Vorrichtung beträgt ca. 325 nm.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine Querschnittansicht zur Veranschaulichung von Tief-Ultraviolettlicht emittierenden Halbleitervorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine detaillierte Ansicht eines aktiven Bereichs von Tief-Ultraviolettlicht emittierenden Halbleitervorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist ein Diagramm der Vorrichtungsleistungsfähigkeit einer LED gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die mit einer Spitzenwellenlänge von 335 nm emittiert.
  • 4 ist ein Diagramm der Burn-In-Charakteristiken mehrerer 340 nm-LEDs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Die vorliegende Erfindung wird nun im Nachfolgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind, ausführlicher beschrieben. Die vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht als auf die hier vorgestellten Ausführungsformen beschränkt aufgefasst werden. Stattdessen werden diese Ausführungsformen zum Zwecke einer gründlichen und vollständigen Offenbarung gegeben und vermitteln dem Fachmann den gesamten Umfang der Erfindung. In der Zeichnung ist die Dicke von Schichten und Bereichen für eine bessere Anschaulichkeit übertrieben dargestellt. Gleiche Zahlen beziehen sich durchwegs auf gleiche Bestandteile. Gemäß der vorliegenden Verwendung umfasst der Ausdruck "und/oder" jegliche und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgelisteten Gegenstände.
  • Die vorliegend verwendete Terminologie hat ausschließlich den Zweck, bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben, und soll die Erfindung nicht einschränken. Gemäß der vorliegenden Verwendung sollen die Singularformen der unbestimmten und bestimmten Artikel auch die Pluralform mit umfassen, ausser wenn dies durch den Kontext eindeutig anders angegeben wird. Ferner sollte verstanden sein, dass Ausdrücke wie "weist auf" und/oder "aufweisend" bei ihrer Verwendung in dieser Beschreibung das Vorhandensein von genannten Merkmalen, Gesamtanordnungen, Schritten, Operationen, Bestandteilen und/oder Komponenten anzeigen, dabei aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einzelnen oder mehreren anderen Merkmalen, Gesamtanordnungen, Schritten, Operationen, Bestandteilen, Komponenten und/oder Gruppen von diesen nicht ausschließen.
  • Wenn von einem Bestandteil wie etwa einer Schicht oder einem Bereich oder Substrat gesagt wird, dass er sich "auf" einem anderen Bestandteil befindet oder sich "auf" einen anderen Bestandteil erstreckt, sollte verstanden sein, dass er sich unmittelbar auf dem anderen Bestandteil befinden bzw. sich auf diesen erstrecken kann, oder dass hierbei auch dazwischen liegende Bestandteile vorhanden sein können. Wenn hingegen von einem Bestandteil gesagt wird, dass er sich "unmittelbar auf" einem anderen Bestandteil befindet oder sich "unmittelbar auf" diesen erstreckt, sind keine dazwischen liegenden Bestandteile vorhanden. Es sollte auch verstanden sein, wenn von einem Bestandteil gesagt wird, dass er mit einem anderen Bestandteil "verbunden" oder mit diesem "gekoppelt" ist, dass er dann unmittelbar mit diesem anderen Bestandteil verbunden oder gekoppelt sein kann, oder dass dazwischen liegende Bestandteile vorhanden sein können. Wenn hingegen von einem Bestandteil gesagt wird, dass er mit einem anderen Bestandteil "unmittelbar verbunden" oder "unmittelbar gekoppelt" ist, sind keine dazwischen liegenden Bestandteile vorhanden. Gleiche Zahlen beziehen sich in der Beschreibung durchwegs auf gleiche Bestandteile.
  • Es sollte verstanden sein, dass vorliegend zwar die Ausdrücke erste, zweite usw. verwendet werden können, um verschiedene Bestandteile, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, dass diese Bestandteile, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte durch diese Ausdrücke jedoch nicht eingeschränkt sein sollen. Diese Ausdrücke werden nur dazu verwendet, eine(n) Bestandteil, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt von einem/einer anderen Bereich, Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Daher könnte ein(e) erste(r) Bestandteile, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt in der nachfolgenden Erörterung auch als ein(e) zweite(r) Bestandteil, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Ferner können relative Ausdrücke wie etwa "untere" oder "unterste" und "obere" oder "oberste" vorliegend verwendet werden, um die Beziehung eines Bestandteils zu einem anderen Bestandteil gemäß der Darstellung in den Figuren zu beschreiben. Es sollte verstanden sein, dass relative Ausdrücke den Zweck haben, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung zusätzlich zu der in den Figuren abgebildeten Ausrichtung mit zu umfassen. Wenn die Vorrichtung in den Figuren beispielsweise umgedreht wird, sind Bestandteile, die als auf der "unteren" Seite von anderen Bestandteilen beschrieben sind, dann auf der "oberen" Seite der anderen Bestandteile ausgerichtet. Der beispielhafte Ausdruck "unter" kann daher, je nach der jeweiligen Ausrichtung der Figur, sowohl eine "untere" als auch eine "obere" Ausrichtung umfassen. Auf ähnliche Weise, wenn die Vorrichtung in einer der Figuren umgedreht wird, sind Bestandteile, die als "unter" oder "unterhalb" anderer Bestandteile befindlich beschrieben sind, dann "über" den anderen Bestandteilen ausgerichtet. Die beispielhaften Ausdrücke "unter" oder "unterhalb" können daher sowohl eine obere als eine untere Ausrichtung umfassen.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden vorliegend unter Bezugnahme auf Querschnittdarstellungen beschrieben, bei denen es sich um schematische Darstellungen von idealisierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung handelt. Insofern sind Abweichungen von den Formen der Darstellungen, beispielsweise als Folge von Herstellungsverfahren und/oder -toleranzen, zu erwarten. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollten folglich nicht als auf die vorliegend veranschaulichten, bestimmten Formen von Bereichen aufgefasst werden, sondern sollen auch Abweichungen der Form mit umfassen, die sich z.B. aus der Herstellung ergeben. Beispielsweise weist ein geätzter Bereich, der als Rechteck veranschaulicht oder beschrieben ist, typischerweise gerundete oder gekrümmte Merkmale auf. Daher sind die in den Figuren veranschaulichten Bereiche schematischer Natur, und ihre Formen sollen weder die genaue Form eines Bereiches einer Vorrichtung darstellen noch den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränken.
  • Falls nicht anders definiert, haben alle vorliegend verwendeten Ausdrücke (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die Bedeutung, die von einem Durchschnittsfachmann auf demjenigen technischen Gebiet, zu dem die vorliegende Erfindung gehört, aufgefasst wird. Es sollte ferner verstanden sein, dass Ausdrücke, die in gemeinhin verwendeten Wörterbüchern definiert sind, in einer Bedeutung aufzufassen sind, die mit ihrer Bedeutung im Kontext des betreffenden Fachgebietes und der vorliegenden Offenbarung im Einklang sind, und nicht auf eine idealisierte oder übermäßig formalisierte Weise interpretiert werden sollen, ausser wenn dies ausdrücklich so definiert wird.
  • Für den Fachmann dürfte es ferner verständlich sein, dass Hinweise auf eine Struktur oder ein Merkmal, das sich "benachbart" zu einem anderen Merkmal befindet, Abschnitte aufweisen kann, die das benachbarte Merkmal überlappen oder unter diesem liegen.
  • Obgleich verschiedene Ausführungsformen von vorliegend beschriebenen LEDs ein Substrat umfassen, sollte es für den Fachmann verständlich sein, dass das Substrat für das epitaktische Aufwachsen, auf dem die eine LED umfassenden Epitaxieschichten aufgewachsen werden, entfernt werden kann, und dass die frei stehenden Epitaxieschichten auf einem Ersatzträgersubstrat oder Hilfsträger montiert werden können, dessen thermische, elektrische, strukturelle und/oder optische Merkmale von denjenigen des ursprünglichen Substrats verschieden sein können. Die vorliegend beschriebene Erfindung ist nicht auf Strukturen mit kristallinen Aufwachssubstraten beschränkt und kann in Verbindung mit Strukturen verwendet werden, bei denen die Epitaxieschichten von ihren ursprünglichen Aufwachssubstraten entfernt und an Ersatzträgersubstrate gebondet wurden.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Tief-Ultraviolettlicht emittierende Vorrichtungen mit einem aktiven Bereich vorsehen, der auf einer Basisstruktur mit geringer Störstellendichte gemäß der vorliegenden Beschreibung ausgebildet ist. Gemäß der vorliegenden Verwendung bezeichnet Tief-Ultraviolett – ausser bei anderweitiger Angegabe – eine Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 360 nm. Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen Tief-Ultraviolettlicht emittierende Vorrichtungen mit einem verbesserten Stecker-Wirkungsgrad vor. Der Stecker-Wirkungsgrad bezieht sich auf das Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung. Ausserdem sehen einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Tief-Ultraviolettlicht emittierende Vorrichtungen mit verbesserten Gleichstrom-Lebensdauern vor. Die Gleichstrom-Lebensdauer bzw. Dauergleichlast-Lebensdauer bezieht sich auf die Zeitdauer, bis sich die Ausgangsleistung der Vorrichtung im Dauerstrichbetrieb oder dem Äquivalent zu einem Dauerstrichbetrieb um 50% verschlechtert. Wenn beispielsweise ein gepulster Betrieb verwendet wird, ist die Gleichstrom-Lebensdauer die Gesamtzeit, während der die Vorrichtung aktiv ist, und umfasst nicht die Zeit, in der die Vorrichtung inaktiv ist. Wieder andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen Tief-Ultraviolettlicht emittierende Vorrichtungen vor, die eine hohe Stromdichte ertragen.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können insbesondere für eine Verwendung in lichtemittierenden Vorrichtungen auf Nitridbasis wie etwa Vorrichtungen auf der Basis von Gruppe III-Nitrid geeignet sein. Gemäß der vorliegenden Verwendung bezieht sich der Ausdruck "Gruppe III-Nitrid" auf solche halbleitenden Verbindungen, die zwischen Stickstoff und den Elementen der Gruppe III des Periodensystems gebildet werden, für gewöhnlich Aluminum (Al), Gallium (Ga) und/oder Indium (In). Der Ausdruck bezieht sich auch auf ternäre und quaternäre Verbindungen wie etwa AlGaN und AlInGaN. Wie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt sein wird, können sich die Gruppe III-Elemente mit Stickstoff zu binären (z.B. GaN), ternären (z.B. AlGaN, AlInN) und quaternären (z.B. AlInGaN) Verbindungen kombinieren. Diese Verbindungen besitzen sämtlich empirische Formeln, in denen ein Mol Stickstoff mit insgesamt einem Mol der Gruppe III-Elemente kombiniert ist. Folglich können Formeln wie etwa AlxGa1-xN, wobei 0 ≤ x ≤ 1, zu ihrer Beschreibung verwendet werden. Ausserdem beziehen sich Bezugnahmen auf ein auf GaN basierendes Material auf ein Material, das GaN aufweist, und können binäre, ternäre quaternäre oder andere Materialien umfassen, die GaN enthalten.
  • Lichtemittierende Vorrichtungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine Leuchtdiode, Laserdiode und/oder andere Halbleitervorrichtung umfassen, die eine oder mehrere Halbleiterschichten enthält, die Silicium, Siliciumcarbid, Galliumnitrid und/oder andere Halbleitermaterialien enthalten können, ein Substrat, das Saphir, Silicium, Siliciumcarbid, Galliumnitrid und/oder andere mikroelektronische Substrate enthalten kann, und eine oder mehrere Kontaktschichten, die Metall und/oder andere leitfähige Schichten enthalten können. Bei einigen Ausführungsformen werden Tief-Ultraviolettlicht emittierende Vorrichtungen wie etwa LEDs vorgesehen, die eine Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 360 nm besitzen. Bei einigen Ausführungsformen werden Tief-Ultraviolettlicht emittierende Vorrichtungen wie etwa LEDs vorgesehen, die eine Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 345 nm besitzen. Bei weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Tief-Ultraviolettlicht emittierende Vorrichtungen wie etwa LEDs vorgesehen, die eine Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 330 nm besitzen.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden lichtemittierende Vorrichtungen zur Verfügung gestellt, die eine Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 360 nm und einen Stecker-Wirkungsgrad von mehr als 4%, und bei einigen Ausführungsformen mehr als 5% und bei anderen von mehr als 6% haben, wobei die Stromdichte in allen Fällen weniger als 0,35 μA/μm2 beträgt. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen lichtemittierende Vorrichtungen zur Verfügung, die eine Spitzenausgabewellenlänge von 345 nm oder weniger und einen Stecker-Wirkungsgrad von mehr als 2% oder mehr als 3% oder mehr als 4% haben, wobei die Stromdichte in allen Fällen weniger als 0,35 μA/μm2 beträgt. Bei anderen Ausführungsformen beträgt der Stecker-Wirkungsgrad mehr als 6%, wenn die Stromdichte weniger als 0,08 μA/μm2 beträgt. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen lichtemittierende Vorrichtungen zur Verfügung, die eine Spitzenausgabewellenlänge von 330 nm oder weniger und einen Stecker-Wirkungsgrad von wenigstens 0,4% haben, wenn die Stromdichte weniger als 0,35 μA/μm2 beträgt.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden lichtemittierende Vorrichtungen zur Verfügung gestellt, die eine Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 360 nm und eine Ausgangsleistung von wenigstens 5 mW bei einer Stromdichte von weniger als ungefähr 0,35 μA/μm2 haben. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen lichtemittierende Vorrichtungen zur Verfügung, die eine Spitzenausgabewellenlänge von 345 nm oder weniger und eine Ausgangsleistung von wenigstens 3 mW bei einer Stromdichte von weniger als ca. 0,35 μA/μm2 haben. Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen lichtemittierende Vorrichtungen zur Verfügung, die eine Spitzenausgabewellenlänge von 330 nm oder weniger und eine Ausgangsleistung von wenigstens 0,3 mW bei einer Stromdichte von weniger als ca. 0,35 μA/μm2 haben.
  • Gemäß der vorliegenden Verwendung bezieht sich die Stromdichte auf den Strom pro Einheitsfläche. Eine solche Einheitsfläche kann einer Fläche der lichtemittierenden Vorrichtung entsprechen, und die Messungen pro Einheitsfläche beziehen sich auf die durchschnittliche Stromdichte über die Fläche der lichtemittierenden Vorrichtung. Somit können beispielsweise bestimmte Bereiche der Vorrichtung eine über dem Durchschnitt liegende Stromdichte aufweisen, während andere Bereiche der Vorrichtung eine unter dem Durchschnitt liegende Stromdichte aufweisen.
  • Falls nicht anders angegeben, werden Charakterisierungen der Leistungsfähigkeit von lichtemittierenden Vorrichtungen, die sich auf Anordnungen von Chips oder einzelne Chips beziehen können, vorliegend unter Bezugnahme auf einen einzelnen Chip und nicht auf Anordnungen von Chips angegeben. So ist beispielsweise die Ausgangsleistung von 3 mW die Ausgangsleistung eines einzelnen Chip und nicht einer Anordnung von Chips.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten einen aktiven Bereich auf einer Basisstruktur mit geringer Störstellendichte. Gemäß der vorliegenden Verwendung bezieht sich eine Basisstruktur auf eine Struktur, auf der der aktive Bereich ausgebildet ist. Eine Basisstruktur mit geringer Störstellendichte bezieht sich auf eine Basisstruktur mit einer Schicht, auf der der aktive Bereich ausgebildet ist, die eine Störstellendichte von weniger als ca. 4 × 108 cm-2 aufweist. Gemäß der vorliegenden Verwendung bezieht sich der Ausdruck Störstellendichte auf eine Anzahl von Schraubenversetzungen pro Einheitsfläche. Eine solche Einheitsfläche kann einer Fläche der lichtemittierenden Vorrichtung entsprechen, und die Messung pro Einheitsfläche bezieht sich auf die durchschnittliche Anzahl von Störstellen über die Fläche der lichtemittierenden Vorrichtung. So können beispielsweise bestimmte Bereiche der Vorrichtung eine über dem Durchschnitt liegende Anzahl von Störstellen aufweisen, während andere Bereiche der Vorrichtung eine unter dem Durchschnitt liegende Anzahl von Störstellen aufweisen. Eine Messung der Versetzungsdichte kann unter Verwendung herkömmlicher Störstellenmesstechniken vorgenommen werden, wie etwa derjenigen, die bei der Messung von Schraubenversetzungs-Störstellen in Gruppe III-Nitridmaterialien verwendet werden. Solche Verfahrensweisen können beispielsweise Ätzen und optische Abbildung und/oder Atomkraftmikroskopie umfassen. Im Anschluss an das Ätzen oder Polieren werden Vertiefungen mit geringem Durchmesser und geringer Tiefe am Ort von Schraubenversetzungen gebildet und können mittels Atomkraftmikroskopie problemlos untersucht werden. Die Schraubenversetzungsdichte wird abgetastet, und der Durchschnittswert zur Charakterisierung der Schraubenversetzungs-Störstellendichte verwendet.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden lichtemittierende Vorrichtungen zur Verfügung gestellt, die eine Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 360 nm und eine Gleichstrom-Lebensdauer von mehr als 100 h, bei einigen Ausführungsformen mehr als 500 h, und bei einigen Ausführungsformen mehr als 1000 h haben. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen lichtemittierende Vorrichtungen zur Verfügung, die eine Spitzenausgabewellenlänge von 345 nm oder weniger und eine Gleichstrom-Lebensdauer von mehr als 100 h, bei einigen Ausführungsformen mehr als 500 h, und bei einigen Ausführungsformen mehr als 1000 h haben. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen lichtemittierende Vorrichtungen zur Verfügung, die eine Spitzenausgabewellenlänge von 330 nm oder weniger und eine Gleichstrom-Lebensdauer von mehr als 100 h, bei einigen Ausführungsformen mehr als 500 h, und bei einigen Ausführungsformen mehr als 1000 h haben.
  • 1 veranschaulicht eine lichtemittierende Vorrichtung, wie etwa eine Leuchtdiode, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 zu sehen ist, weist ein SiC-Substrat 10 vom n-Typ eine optionale Pufferschicht 12 auf die auf einer ersten Oberfläche des Substrats 10 angeordnet ist. Das SiC-Substrat kann ein Substrat sein, wie es von Cree Inc., Durham, North Carolina, erhältlich ist. Verfahrensweisen zur Herstellung von SiC-Substraten sind dem Fachmann bekannt und brauchen daher vorliegend nicht beschrieben zu werden. Verfahren zur Herstellung von SiC-Substraten sind beispielsweise in den US-Patenten Nr. 34,861 ; 4,946,547 ; 6,706,114 beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird. Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das SiC-Substrat 6H- oder 4H-Polytypen von SiC sein. Auch wenn beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf ein leitfähiges SiC-Substrat beschrieben werden, können andere Substrate wie etwa ein leitfähiges GaN-Substrat verwendet werden. Es könnten auch isolierende Substrate wie etwa Saphir und/oder isolierendes oder halbisolierendes SiC oder GaN mit einer lateralen Vorrichtungsstruktur verwendet werden.
  • Die Pufferschicht 12 kann eine AlGaN-Schicht oder eine andere geeignete Pufferschicht sein, die in der Lage ist, das Wachstum einer Gruppe III-Nitridschicht mit geringer Störstellendichte auf der Pufferschicht 12 zu ermöglichen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Pufferschicht 12 optional Galliumnitridpunkte (nicht gezeigt) auf der Oberfläche des Siliciumcarbid-Substrats aufweisen, wobei die Punkte wiederum mit AlGaN-Kappen bedeckt sind. Somit kann die Pufferschicht 12 auch als auf den Punkten und deren Kappen befindlich beschrieben werden. Eine solche Struktur und ein Verfahren zur Herstellung solcher Strukturen sind in den US-Patenten Nr. 6,734,033 und 6,664,560 beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird. Beispielhafte Pufferstrukturen und -zusammensetzungen sind auch in den US-Patenten Nr. 5,393,993 und 5,523,589 angegeben, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
  • Wie weiterhin in 1 veranschaulicht ist, kann die Pufferschicht 12 optional Maskenbereiche 14 aufweisen, bei denen es sich beispielsweise um eine SiN-Schicht und eine Gruppe III-Nitridschicht 16 handeln kann, wie etwa eine mit Si dotierte GaN-Schicht, die auf der Pufferschicht und den Maskenbereichen 14 ausgebildet ist. Das SiN kann stöchiometrisch oder nicht-stöchiometrisch sein. Die Aufnahme der SiN-Schicht 14 kann ein epitaktisches laterales Überwachsen der Gruppe III-Nitridschicht 16 ermöglichen, um dadurch die Störstellendichte der Gruppe III-Nitridschicht 16 zu reduzieren. Andere Verfahrensweisen zum Aufwachsen einer Gruppe III-Nitridschicht wie etwa einer GaN-Schicht können ebenfalls angewendet werden, wie etwa Cantilever- oder pendeo-epitaktisches Aufwachsen. Verfahrensweisen für Cantilever-Aufwachsen, pendeo-epitaktisches Aufwachsen und/oder epitaktisches laterales Überwachsen sind dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt und brauchen vorliegend nicht weiter beschrieben zu werden. Beispiele für ein solches Aufwachsen sind jedoch beispielsweise in den US-Patenten Nr. 6,582,986 , 6,686,261 , 6,621,148 , 6,608,327 , 6,602,764 , 6,602,763 , 6,586,778 , 6,582,986 , 6,570,192 , 6,545,300 , 6,521,514 , 6,489,221 , 6,486,042 , 6,462,355 , 6,380,108 , 6,376,339 , 6,261,929 , 6,255,198 , 6,177,688 und 6,051,849 beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird. Desgleichen wurden andere Verfahrensweisen für das epitaktische Aufwachsen von Gruppe III-Nitriden, die bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Verwendung geeignet sein können, beispielsweise in US-PatentNr. 5,210,051 ; 5,393,993 ; 5,523,589 ; und 5,592,501 beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
  • Wie vorstehend kurz erörtert wurde, ist eine Gruppe III-Nitridschicht 16 auf der Pufferschicht 12 vorgesehen. Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Gruppe III-Nitridschicht mit Dotierungsmitteln vom n-Typ wie etwa Si dotiert. Bei weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Gruppe III-Nitridschicht mit Si dotiertes GaN. Die Gruppe III-Nitridschicht 16 kann eine Schicht mit geringer Störstellendichte sein, wie vorstehend erörtert wurde, und eine Störstellendichte von 4 × 108 cm-2 oder weniger haben. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hat die Gruppe III-Nitridschicht 16 eine Dicke von ca. 0,8 μm bis ca. 2,0 μm. Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung absorbieren das Substrat 10, die Pufferschicht 12 und/oder die Gruppe III-Nitridschicht 16 im Wellenlängenbereich des Ausgangs der lichtemittierenden Vorrichtung.
  • Bin aktiver Quantentopfbereich 20 ist auf der Gruppe III-Nitridschicht 16 vorgesehen. Der aktive Quantentopfbereich 20 kann eine oder mehrere Quantentopfstrukturen aufweisen, wobei die Barriereschichten der Quantentopfstrukturen eine Barriereenergie von mehr als der Bandlücke von GaN oder nahe der Bandlückenenergie von GaN besitzen, wie etwa innerhalb von ca. 1 eV der Bandlückenenergie von GaN. Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist der aktive Quantentopfbereich 20 von 3 bis 12 Quantentöpfe auf. Die Dicke und Zusammensetzung der Topfschichten können so gewählt werden, dass eine gewünschte Ausgabewellenlänge zur Verfügung gestellt wird. Ausserdem können Änderungen in der Zusammensetzung der Topfschicht durch Änderungen der Dicke der Topfschicht ausgeglichen werden. Um beispielsweise eine Ausgabewellenlänge von 340 nm zur Verfügung zu stellen, kann eine GaN-Topfschicht mit einer Dicke von ca. 15 Å verwendet werden, während eine AlGaN-Topfschicht verwendet werden kann, um eine Ausgabewellenlänge von 320 nm zur Verfügung zu stellen. Um die Charakteristiken des Quantentopfes und der Barriereschichten zu wählen, können also die Dicke und die Zusammensetzung der Barriere- und Topfschichten so gewählt werden, dass eine optimierte Leistungsfähigkeit zur Verfügung gestellt wird. Dies kann das Balancieren einer ausreichenden Zusammensetzung umfassen, um einen Ladungsträgereinschluss für die Emissionswellenlänge zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit aufrecht zu erhalten. Es kann ein Optimieren der Dicke umfassen, um einen ausreichenden Ladungsträgereinschluss bei gleichzeitiger Minimierung von Beanspruchungen (Stress) in dem Film zur Verfügung zu stellen, was wiederum eine Rissebildung in den Epitaxieschichten minimiert. Bestimmte Strukturen des aktiven Quantentopfbereichs 20 sind nachstehend in weiterem Detail beschrieben.
  • 2 ist eine detailliertere Ansicht eines aktiven Quantentopfbereiches 20 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Während 2 eine Darstellung mit fünf Quantentopfstrukturen ist, können gemäß der vorliegenden Beschreibung andere Anzahlen von Quantentopfstrukturen vorgesehen werden. Wie in 2 zu sehen ist, weisen die Quantentopfstrukturen eine Barriereschicht 22 und eine Topfschicht 24 mit jeweils mehreren Wiederholungen von diesen auf. Die Topfschichten 24 sind jeweils zwischen zwei gegenüberliegenden Barriereschichten 22 angeordnet. Somit können bei n Topfschichten 24 n + 1 Barriereschichten 22 vorgesehen werden. Ausserdem kann eine Barriereschicht 22 in Form von einer oder mehreren Schichten vorgesehen werden, wie beispielsweise in der US-Patentveröffentlichungsschrift Nr. 2003/0006418 mit der Bezeichnung Group III Nitride Based Light Emitting Diode Structures With A Quantum Well And Superlattice, Group III Nitride Based Quantum Well Structures And Group III Nitride Based Superlattice Structures beschrieben ist, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird. Die Barriereschichten 22 und die Topfschichten 24 können unter Verwendung von herkömmlichen Gruppe III-Nitridaufwachsverfahren wie etwa den vorstehend erörterten hergestellt werden. Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hat die Barriereschicht 22 eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 100 Å, und die Topfschicht 24 hat eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 30 Å.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1 ist eine mit Dotierungsmitteln vom p-Typ dotierte AlGaN-Schicht 30 auf dem aktiven Quantentopfbereich 20 vorgesehen. Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die AlGaN-Schicht 30 mit Mg dotiert sein. Bei weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die AlGaN-Schicht 30 einen Aluminumprozentanteil von ca. 40% bis ca. 60% aufweisen. Ausserdem kann die AlGaN-Schicht 30 eine Dicke von ca. 50 Å bis ca. 250 Å haben.
  • Eine Kontaktschicht 32 kann ebenfalls auf der AlGaN-Schicht 30 vorgesehen sein. Die Kontaktschicht 32 kann eine auf GaN basierende Schicht sein und einen geringeren Prozentanteil an Al als die AlGaN-Schicht 30 aufweisen. Die Kontaktschicht 32 kann mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ wie etwa Mg dotiert sein und kann eine Dicke von ca. 200 Å bis ca. 600 Å haben. Die AlGaN-Schicht 30 und die Kontaktschicht 32 können unter Verwendung herkömmlicher Gruppe III-Nitridaufwachsverfahren wie etwa den vorstehend erörterten hergestellt werden.
  • Wie ferner in 1 veranschaulicht ist, kann ein ohmscher Kontakt 40 auf der Kontaktschicht 32 vorgesehen sein, und ein ohmscher Kontakt 42 kann auf einer zweiten Oberfläche des Substrats 10 der ersten Oberfläche gegenüberliegend vorgesehen sein. Der Kontakt 40 kann ein Platinkontakt sein. Auch andere Materialien können für den ohmschen Kontakt 40 verwendet werden.
  • Beispielsweise kann der ohmsche Kontakt Rhodium, Zinkoxid, Palladium, Palladiumoxid, Titan, Nickel/Gold, Nickeloxid/Gold, Nickeloxid/Platin und/oder Titan/Gold umfassen. Bei einigen Ausführungsformen hat der ohmsche Kontakt eine durchschnittliche Dicke von weniger als 50 Å. Bei einigen Ausführungsformen hat der ohmsche Kontakt eine durchschnittliche Dicke von weniger als 25 Å, und bei weiteren Ausführungsformen hat der ohmsche Kontakt eine durchschnittliche Dicke von weniger als 15 Å. Bei wieder anderen Ausführungsformen hat der ohmsche Kontakt eine durchschnittliche Dicke von ca. 10 Å. Bei weiteren Ausführungsformen hat der ohmsche Kontakt eine durchschnittliche Dicke von 5 Å oder weniger, 3 Å oder weniger, oder sogar ca. 1 Å.
  • Der ohmsche Kontakt 40 kann mittels Elektronenstrahl (e-Beam)-Verdampfung oder jeglicher anderer geeigneter Verfahrensweisen für die steuerbare Ausbildung von atomar dünnen metallischen Filmen gebildet werden. Beispielsweise kann es möglich sein, die ohmschen Kontakte durch Galvanisieren auszubilden, vorausgesetzt, dass eine angemessene Prozesssteuerung aufrecht erhalten wird. Bei der Elektronenstrahlverdampfung wird ein Metallquellen-Target in einer Vakuumkammer durch einen hochenergetischen Elektronenstrahl, der einen Bereich des Target schmilzt, bis zur Verdampfung erhitzt. Ein innerhalb der Kammer angeordneter Epitaxiewafer wird auf steuerbare Weise mit verdampftem Metall beschichtet. Elektronenstrahlverdampfung und andere Filmabscheidungsverfahren sind in Kapitel 6 von INTRODUCTION TO MICROELECTRONIC FABRICATION von R. Jaeger (2nd Ed. 2002) beschrieben.
  • Die Abscheidungsrate des Verfahrens kann durch Andern des Stroms und der Energie des Elektronenstrahls gesteuert werden. Bei einigen Ausführungsformen wird die Abscheidungsrate bei einer niedrigen Rate gehalten, z.B. in dem Bereich von 0,1-0,5 Å pro Sekunde, um eine angemessene Steuerung der Filmdicke aufrecht zu erhalten. Zusätzlich kann die Filmabscheidung während des Abscheidens durch Überwachen der Transmissionseigenschaften eines Kontrollplättchens ("witness slide") gesteuert werden, auf dem der ohmsche Metallfilm gleichzeitig abgelagert wird. Das Kontrollplättchen kann Saphir, Quarz oder jedes andere optisch durchlässige Material sein, auf dem ein Metallfilm abgelagert werden kann. Die Durchlässigkeitsempfindlichkeit gegen die Metalldicke hängt von der Wellenlänge des bei dem Überwachungsprozess verwendeten Lichts ab. D.h., die Durchlässigkeitsempfindlichkeit wird bei kürzeren Wellenlängen stärker. Folglich werden bei einigen Ausführungsformen die Durchlässigkeitseigenschaften eines Saphir-Kontrollplättchens während oder nach der Filmabscheidung mittels eines Überwachungssystems überwacht, das eine UV-Quelle verwendet, die in der Lage ist, Licht mit Wellenlängen von 350 nm oder weniger zu emittieren, wie etwa ein UV-Spektrophotometer.
  • Bei dem Kontakt 42 kann es sich um ein jegliches Material handeln, das für die Ausbildung eines ohmschen Kontaktes an dem SiC-Substrat 10 vom n-Typ geeignet ist. Beispielsweise kann der ohmsche Kontakt 42 bei Ausführungsformen, bei denen das Substrat SiC ist, Nickel oder ein anderes geeignetes Material sein. Weil das Substrat 10 bei der Ausgabewellenlänge der Vorrichtung absorbierend sein kann, braucht der Kontakt 42 ausserdem nicht transparent oder reflektierend zu sein. Es kann daher eine jegliche Verfahrensweise verwendet werden, die für die Ausbildung eines ohmschen Kontakts an dem Substrat 10 geeignet ist. Solche Verfahrensweisen sind dem Fachmann bekannt und brauchen daher vorliegend nicht näher beschrieben zu werden.
  • Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf bestimmte Zusammensetzungen und Abmessungen der verschiedenen Schichten der in den 1 und 2 veranschaulichten lichtemittierenden Vorrichtungen beschrieben.
  • Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die lichtemittierende Vorrichtungen mit einer Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 360 nm zur Verfügung stellen, umfasst die Barriereschicht 22 AlwInxGa1-x-wN, wobei 0,2 < w ≤ 0,8, 0 ≤ x < 0,2 und 0,2 < w + x ≤ 1, und hat eine Dicke von ca. 10 Å bis 60 Å. Die Topfschicht 24 umfasst AlyInzGa1-y-zN auf der Barriereschicht, wobei 0 ≤ y < 0,4, 0 ≤ z < 0,1 und 0 ≤ y + z < 0,5, und hat eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 30 Å. Die AlGaN-Schicht 30 umfasst mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlpGa1-pN auf dem aktiven Quantentopfbereich, wobei 0,3 < p ≤ 0,8, und hat eine Dicke von ca. 50 Å bis ca. 250 Å, und die Kontaktschicht 32 umfasst mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlqGa1-qN auf der AlGaN-Schicht 30, wobei 0 ≤ q < p, und die Kontaktschicht 32 hat eine Dicke von ca. 200 Å bis ca. 600 Å. Der aktive Quantentopfbereich 20 umfasst von ca. 3 bis ca. 12 Quantentöpfe der Topfschicht 24 und entsprechende Barriereschichten 22.
  • Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die lichtemittierende Vorrichtungen mit einer Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 345 nm zur Verfügung stellen, umfasst die Barriereschicht 22 AlwInxGa1-x-wN, wobei 0,2 < w ≤ 0,8, 0 ≤ x < 0,2 und 0,2 < w + x ≤ 1, und hat eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 60 Å, und die Topfschicht 24 umfasst AlyInzGa1-y-zN auf der Barriereschicht, wobei y = 0 und z = 0, und hat eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 30 Å. Die AlGaN-Schicht 30 umfasst mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlpGa1-pN auf dem aktiven Quantentopfbereich, wobei 0,3 < p ≤ 0,8, und hat eine Dicke von ca. 50 Å bis ca. 250 Å, und die Kontaktschicht 32 umfasst mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlqGa1-qN auf der AlGaN-Schicht 30, wobei 0 ≤ q < p, und die Kontaktschicht 32 hat eine Dicke von ca. 200 Å bis ca. 600 Å. Der aktive Quantentopfbereich 20 umfasst von ca. 3 bis ca. 12 Quantentöpfe der Topfschicht 24 und entsprechende Barriereschichten 22.
  • Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die lichtemittierende Vorrichtungen mit einer Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 330 nm zur Verfügung stellen, umfasst die Barriereschicht 22 AlwInxGa1-x-wN, wobei 0,3 < w ≤ 0,8, 0 ≤ x < 0,2 und 0,3 < w + x ≤ 1, und hat eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 50 Å, und die Topfschicht 24 umfasst AlyInzGa1-y-zN auf der Barriereschicht, wobei 0 < y < 0,4, 0 ≤ z < 0,1 und 0 ≤ y + z < 0,5, und hat eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 30 Å. Die AlGaN-Schicht 30 umfasst mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlpGa1-pN auf dem aktiven Quantentopfbereich, wobei 0,3 < p ≤ 0,8, und hat eine Dicke von ca.
  • 50 Å bis ca. 250 Å, und die Kontaktschicht 32 umfasst mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlqGa1-qN auf der AlGaN-Schicht 30, wobei 0 ≤ q < p, und die Kontaktschicht 32 hat eine Dicke von ca. 200 Å bis ca. 600 Å. Der aktive Quantentopfbereich 20 umfasst von ca. 3 bis ca. 12 Quantentöpfe der Topfschicht 24 und entsprechende Barriereschichten 22.
  • Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die lichtemittierende Vorrichtungen mit einer Ausgabewellenlänge von ca. 340 nm zur Verfügung stellen, umfasst die Topfschicht 24 AlwInxGa1-x-wN, wobei w = 0, x = 0, und hat eine Dicke von 15 Å, und die Barriereschicht 22 umfasst mit Silicium dotiertes AlyInzGa1-y-zN, wobei y = 0,3, z = 0, und hat eine Dicke von 35 Å. Die AlGaN-Schicht 30 umfasst mit Mg dotiertes AlpGa1-pN auf dem aktiven Quantentopfbereich, wobei p = 0,5, und hat eine Dicke von 50 Å, und die Kontaktschicht 32 umfasst mit Mg dotiertes AlqGa1-qN auf der AlGaN-Schicht 30, wobei q = 0, und die Kontaktschicht 32 hat eine Dicke von 300 Å. Der aktive Quantentopfbereich 20 umfasst zehn Quantentöpfe der Topfschicht und entsprechende Barriereschichten.
  • Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die lichtemittierende Vorrichtungen mit einer Ausgabewellenlänge von ca. 325 nm zur Verfügung stellen, umfasst die Topfschicht 24 AlwInxGa1-x-wN, wobei w = 0,3, x = 0, und hat eine Dicke von 15 Å, und die Barriereschicht 22 umfasst mit Silicium dotiertes AlyInzGa1-y-zN wobei y = 0,5, z = 0, und hat eine Dicke von 20 Å. Die AlGaN-Schicht 30 umfasst mit Mg dotiertes AlpGa1-pN auf dem aktiven Quantentopfbereich, wobei p = 0,5, und hat eine Dicke von 230 Å, und die Kontaktschicht 32 umfasst mit Mg dotiertes AlqGa1-qN auf der AlGaN-Schicht 30, wobei q = 0, und die Kontaktschicht 32 hat eine Dicke von 300 Å. Der aktive Quantentopfbereich 20 umfasst zehn Quantentöpfe der Topfschicht und entsprechende Barriereschichten.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen die Ausgabewellenlänge der lichtemittierenden Vorrichtung weniger als 330 nm beträgt, weist die mit einem Dotierungsmittel vom n-Typ dotierte GaN-Schicht eine Störstellendichte von weniger als ca. 4 × 108 cm-2 auf.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt die Gesamtdicke der lichtemittierenden Vorrichtung ca. 2,5 μm oder weniger. Bei weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt die Gesamtdicke der lichtemittierenden Vorrichtung von ca. 1 μm bis ca. 2,5 μm.
  • Obgleich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in den 1 und 2 unter Bezugnahme auf bestimmte Strukturen von lichtemittierenden Vorrichtungen veranschaulicht sind, können gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung andere Strukturen vorgesehen werden. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Saphirsubstrat anstelle eines SiC-Substrats verwendet werden. Bei solchen Ausführungsformen kann eine Kontaktschicht zwischen dem Saphirsubstrat und dem aktiven Quantentopfbereich vorgesehen sein. So können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf leitfähigen oder isolierenden Substraten und als vertikale oder lateral Vorrichtungen vorgesehen sein. Desgleichen sind, obgleich bestimmte Materialien bzw. Strukturen in den 1 und 2 veranschaulicht sind, diese beispielhaften Materialien nicht dazu gedacht, den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung anders als vorliegend beschrieben einzuschränken. Obgleich beispielsweise fünf Quantentopfstrukturen in 2 veranschaulicht sind, können andere Anzahlen von Quantentopfstrukturen verwendet werden. Folglich sollten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht als auf die besonderen Darstellungen der 1 und 2 beschränkt aufgefasst werden.
  • Die folgenden, nicht-einschränkenden Beispiele werden zur Verfügung gestellt, um verschiedene Aspekte von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen.
  • 3 veranschaulicht die Vorrichtungsleistungsfähigkeit einer LED, die mit einer Spitzenwellenlänge von 335 nm emittiert. Bei diesem Beispiel hat die Vorrichtung eine Chipgröße von 290 μm × 290 μm, eine Vorrichtungs-Mesagröße von 250 μm × 250 μm, und eine Vorrichtungs-p-Elektrodengröße von 240 μm × 240 μm. Folglich erträgt die Vorrichtung bei einem Treiberstrom von 20 mA eine Stromdichte von 0,347 μA/μm2. Die Vorrichtung hat eine Ausgangsleistung von 2,6 mW bei einer Durchlassspannung von 3,7 V. Der entsprechende Stecker-Wirkungsgrad für dieses Beispiel bei einem Treiberstrom von 20 mA beträgt 3,5%. Da der Treiberstrom reduziert ist, nimmt der Stecker-Wirkungsgrad zu, wobei der Stecker-Wirkungsgrad bei Treiberströmen von weniger als 5 mA über 5% ansteigt.
  • 4 veranschaulicht Burn-In-Charakteristiken für mehrere 340 nm-Vorrichtungen. Bei diesem Beispiel hat die Vorrichtung eine Chipgröße von 290 μm × 290 μm, eine Vorrichtungs-Mesagröße von 250 μm × 250 μm, und eine Vorrichtungs-p-Elektrodengröße von 240 μm × 240 μm. Folglich erträgt die Vorrichtung bei einem Treiberstrom von 20 mA eine Stromdichte von 0,347 μA/μm2. Die Vorrichtungen wurden im Konstantstrommodus mit 20 mA betrieben, und die Ausgangsleistung wurde periodisch gemessen. Bei 1000 h ist eine Verschlechterung von 10-20% zu beobachten.
  • In der Zeichnung und in der Beschreibung wurden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, und obgleich konkrete Ausdrücke verwendet werden, werden diese nur in einem generischen und beschreibenden Sinn und nicht einschränkend verwendet, wobei der Schutzumfang der Erfindung in den nachfolgenden Patentansprüchen angegeben ist. Ferner sind die Ansprüche nicht auf die vorliegend erörterten Beispiele und Ausführungsformen einzuschränken. Indem z.B. lichtemittierende Halbleitervorrichtungen mit einer Spitzenwellenlänge von nicht mehr als 360 nm und einem Stecker-Wirkungsgrad von wenigstens 4% beschrieben wurden, sind die entsprechenden Patentansprüche auf jegliche andere Halbleitervorrichtungen gerichtet, die diese Merkmale aufweisen.
  • Zusammenfassung
  • Lichtemittierende Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von lichtemittierenden Vorrichtungen, die bei Wellenlängen von weniger als 360 nm mit Stecker-Wirkungsgraden von wenigstens 4% emittieren, werden zur Verfügung gestellt. Stecker-Wirkungsgrade können wenigstens 5% oder wenigstens 6% betragen. Lichtemittierende Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von lichtemittierenden Vorrichtungen, die bei Wellenlängen von weniger als 345 nm mit Stecker-Wirkungsgraden von wenigstens 2% emittieren, werden ebenfalls zur Verfügung gestellt. Lichtemittierende Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von lichtemittierenden Vorrichtungen, die bei Wellenlängen von weniger als 330 nm mit Stecker-Wirkungsgraden von wenigstens 0,4% emittieren, werden zur Verfügung gestellt. Lichtemittierende Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von lichtemittierenden Vorrichtungen mit einer Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 350 nm und einer Ausgangsleistung von wenigstens 5 mW, mit einer Spitzenausgabewellenlänge von 345 nm oder weniger und einer Ausgangsleistung von wenigstens 3 mW und/oder einer Spitzenausgabewellenlänge von 330 nm oder weniger und einer Ausgangsleistung von wenigstens 0,3 mW bei einer Stromdichte von weniger als ca. 0,35 μA/μm2 werden ebenfalls zur Verfügung gestellt. Die lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen können eine Gleichstrom-Lebensdauer von wenigstens 100 h, wenigstens 500 h oder wenigstens 1000 h haben.

Claims (49)

  1. Lichtemittierende Vorrichtung, welche umfasst: einen aktiven Quantentopfbereich, der so konfiguriert ist, dass er mit einer Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 345 nm emittiert, und folgendes umfasst: eine Barriereschicht, die AlwInxGa1-x-wN umfasst, wobei 0,2 < w ≤ 0,8, 0 ≤ x < 0,2 und 0,2 < w + x ≤ 1, mit einer Dicke von ca. 10 Å bis ca. 60 Å, und wobei w und x eine Barriereenergie von mehr als einer Bandlückenenergie von GaN oder innerhalb von ca. 1 eV der Bandlückenenergie von GaN zur Verfügung stellen; und eine Topfschicht, die GaN umfasst, auf der Barriereschicht, und eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 30 Å hat; eine erste Schicht, die mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlpGa1-pN umfasst, auf dem aktiven Quantentopfbereich, wobei 0,3 < p ≤ 0,8, und eine Dicke von ca. 50 Å bis ca. 250 Å hat; und eine zweite Schicht, die mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlqGa1-qN umfasst, auf der ersten Schicht, wobei 0 ≤ q < p, und eine Dicke von ca. 200 Å bis ca. 60 Å hat, wobei die erste Schicht zwischen der zweiten Schicht und dem aktiven Quantentopfbereich angeordnet ist; und wobei der aktive Quantentopfbereich von ca. 3 bis ca. 12 Quantentöpfe der Topfschicht und entsprechende Barriereschichten umfasst.
  2. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Topfschicht eine Dicke von 15 Å hat; die Barriereschicht mit Silicium dotiertes AlwInxGa1-x-wN auf der Barriereschicht umfasst, wobei w = 0,3, x = 0, und eine Dicke von 35 Å hat; die erste Schicht mit Mg dotiertes AlpGa1-pN auf dem aktiven Quantentopfbereich umfasst, wobei p = 0,5, und eine Dicke von 50 Å hat; die zweite Schicht mit Mg dotiertes AlqGa1-qN auf der ersten Schicht umfasst, wobei q = 0, und die zweite Schicht eine Dicke von 300 Å hat; wobei der aktive Quantentopfbereich zehn Quantentöpfe der Topfschicht und entsprechende Barriereschichten umfasst; und wobei eine Spitzenausgabewellenlänge der lichtemittierenden Vorrichtung ca. 340 nm beträgt.
  3. Lichtemittierende Vorrichtung, welche umfasst: einen aktiven Quantentopfbereich, der so konfiguriert ist, dass er mit einer Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 330 nm emittiert, und folgendes umfasst: eine Barriereschicht, die AlwInxGa1-x-wN umfasst, wobei 0,3 < w ≤ 0,8, 0 ≤ x < 0,2 und 0,3 < w + x ≤ 1, eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 50 Å hat, und wobei w und x eine Barriereenergie von mehr als einer Bandlückenenergie von GaN oder innerhalb von ca. 1 eV der Bandlückenenergie von GaN zur Verfügung stellen; und eine Topfschicht, die AlyInzGa1-y-zN umfasst, auf der Barriereschicht, wobei 0 ≤ y < 0,4, 0 ≤ z < 0,1 und 0 ≤ y + z < 0,5, und eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 30 Å hat; eine erste Schicht, die mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlpGa1-pN umfasst, auf dem aktiven Quantentopfbereich, wobei 0,3 < p ≤ 0,8, und eine Dicke von ca. 50 Å bis ca. 250 Å hat; und eine zweite Schicht, die mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlqGa1-qN umfasst, auf der ersten Schicht, wobei 0 ≤ q < p, und eine Dicke von ca. 200 Å bis ca. 600 Å hat, wobei die erste Schicht zwischen der zweiten Schicht und dem aktiven Quantentopfbereich angeordnet ist; und wobei der aktive Quantentopfbereich von ca. 3 bis ca. 12 Quantentöpfe der Topfschicht und entsprechende Barriereschichten umfasst.
  4. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Topfschicht AlyInzGa1-y-zN umfasst, wobei y = 0,3, z = 0, und eine Dicke von 15 Å hat; die Barriereschicht mit Silicium dotiertes AlwInxGa1-w-xN auf der Barriereschicht umfasst, wobei w = 0,5, x = 0, und eine Dicke von 20 Å hat; die erste Schicht mit Mg dotiertes AlpGa1-pN auf dem aktiven Quantentopfbereich umfasst, wobei p = 0,5, und eine Dicke von 230 Å hat; die zweite Schicht mit Mg dotiertes AlqGa1-qN auf der ersten Schicht umfasst, wobei q = 0, und die zweite Schicht eine Dicke von 300 Å hat; wobei der aktive Quantentopfbereich zehn Quantentöpfe der Topfschicht und entsprechende Barriereschichten umfasst; und wobei eine Spitzenausgabewellenlänge der lichtemittierenden Vorrichtung ca. 325 nm beträgt.
  5. Lichtemittierende Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei die lichtemittierende Vorrichtung einen Stecker-Wirkungsgrad von wenigstens 2% hat.
  6. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Stecker-Wirkungsgrad wenigstens 3% beträgt.
  7. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Stecker-Wirkungsgrad wenigstens 4% beträgt.
  8. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Stecker-Wirkungsgrad bei einer Stromdichte von weniger als ca. 0,35 μA/μm2 zur Verfügung gestellt wird.
  9. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Stecker-Wirkungsgrad bei einer Stromdichte von weniger als ca. 0,08 μA/μm2 wenigstens 6% beträgt.
  10. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die lichtemittierende Vorrichtung eine Gleichstrom-Lebensdauer von wenigstens 100 h hat.
  11. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die lichtemittierende Vorrichtung eine Gleichstrom-Lebensdauer von wenigstens 500 h hat.
  12. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die lichtemittierende Vorrichtung eine Gleichstrom-Lebensdauer von wenigstens 1000 h hat.
  13. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der aktive Quantentopfbereich auf einer Basisstruktur mit geringer Störstellendichte angeordnet ist.
  14. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Basisstruktur mit geringer Störstellendichte eine Schraubenversetzungs-Störstellendichte von weniger als 4 × 108 cm-2 hat.
  15. Lichtemittierende Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4, wobei die lichtemittierende Vorrichtung einen Stecker-Wirkungsgrad von wenigstens 0,4% hat.
  16. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Stecker-Wirkungsgrad bei einer Stromdichte von weniger als ca. 0,35 μA/μm2 zur Verfügung gestellt wird.
  17. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die lichtemittierende Vorrichtung eine Gleichstrom-Lebensdauer von wenigstens 100 h hat.
  18. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die lichtemittierende Vorrichtung eine Gleichstrom-Lebensdauer von wenigstens 500 h hat.
  19. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die lichtemittierende Vorrichtung eine Gleichstrom-Lebensdauer von wenigstens 1000 h hat.
  20. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der aktive Quantentopfbereich auf einer Basisstruktur mit geringer Störstellendichte angeordnet ist.
  21. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Basisstruktur mit geringer Störstellendichte eine Schraubenversetzungs-Störstellendichte von weniger als 4 × 108 cm-2 hat.
  22. Lichtemittierende Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 oder 20, wobei die Basisstruktur mit geringer Störstellendichte folgendes umfasst: ein SiC-Substrat vom n-Typ; und eine mit Dotierungsmitteln vom n-Typ dotierte GaN-Schicht.
  23. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die mit Dotierungsmitteln vom n-Typ dotierte GaN-Schicht eine dotierte GaN-Schicht mit einer Störstellendichte von weniger als ca. 4 × 108 cm-2 umfasst.
  24. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die mit Dotierungsmitteln vom n-Typ dotierte GaN-Schicht mit Silicium dotiertes GaN umfasst.
  25. Lichtemittierende Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-4, welche ferner eine GaN-Schicht umfasst, die mit einem Dotierungsmittel vom n-Typ dotiert ist und eine Schraubenversetzungsdichte von nicht mehr als 4 × 108 cm-2 hat, wobei der aktive Quantentopfbereich auf der mit einem Dotierungsmittel vom n-Typ dotierten GaN-Schicht angeordnet ist.
  26. Lichtemittierende Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-4, welche ferner ein Halbleitersubstrat umfasst, und wobei der aktive Quantentopfbereich auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist.
  27. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Halbleitersubstrat ein leitfähiges Substrat umfasst.
  28. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Halbleitersubstrat ein SiC-Substrat umfasst.
  29. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Halbleitersubstrat ein isolierendes Substrat umfasst.
  30. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Halbleitersubstrat ein Saphirsubstrat umfasst.
  31. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Halbleitersubstrat ein GaN-Substrat umfasst.
  32. Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung, welches umfasst: Bilden eines aktiven Quantentopfbereichs, der so konfiguriert ist, dass er mit einer Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 345 nm emittiert, und der folgendes umfasst: eine Barriereschicht, die AlwInxGa1-x-wN umfasst, wobei 0,2 < w ≤ 0,8, 0 ≤ x < 0,2 und 0,2 < w + x ≤ 1, mit einer Dicke von ca. 10 Å bis ca. 60 Å, und wobei w und x eine Barriereenergie von mehr als einer Bandlückenenergie von GaN oder innerhalb von ca. 1 eV der Bandlückenenergie von GaN zur Verfügung stellen; und eine Topfschicht, die GaN umfasst, auf der Barriereschicht, und eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 30 Å hat; Bilden einer ersten Schicht, die mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlpGa1-pN umfasst, auf dem aktiven Quantentopfbereich, wobei 0,3 < p ≤ 0,8, und eine Dicke von ca. 50 Å bis ca. 250 Å hat; und Bilden einer zweiten Schicht, die mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlqGa1-qN umfasst, auf der ersten Schicht, wobei 0 ≤ q < p, und eine Dicke von ca. 200 Å bis ca. 60 Å hat; wobei der aktive Quantentopfbereich von ca. 3 bis ca. 12 Quantentöpfe der Topfschicht und entsprechende Barriereschichten umfasst.
  33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei die Topfschicht eine Dicke von 15 Å hat; die Barriereschicht mit Silicium dotiertes AlwInxGa1-x-wN auf der Barriereschicht umfasst, wobei w = 0,3, x = 0, und eine Dicke von 35 Å hat; die erste Schicht mit Mg dotiertes AlpGa1-pN auf dem aktiven Quantentopfbereich umfasst, wobei p = 0,5, und eine Dicke von 50 Å hat; die zweite Schicht mit Mg dotiertes AlqGa1-qN auf der ersten Schicht umfasst, wobei q = 0, und die zweite Schicht eine Dicke von 300 Å hat; wobei der aktive Quantentopfbereich zehn Quantentöpfe der Topfschicht und entsprechende Barriereschichten umfasst; und wobei eine Spitzenausgabewellenlänge der lichtemittierenden Vorrichtung ca. 340 nm beträgt.
  34. Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung, welches umfasst: Bilden eines aktiven Quantentopfbereichs, der so konfiguriert ist, dass er mit einer Spitzenausgabewellenlänge von nicht mehr als 330 nm emittiert, und folgendes umfasst: eine Barriereschicht, die AlwInxGa1-x-wN umfasst, wobei 0,3 < w ≤ 0,8, 0 ≤ x < 0,2 und 0,3 < w + x ≤ 1, eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 50 Å hat, und wobei w und x eine Barriereenergie von mehr als einer Bandlückenenergie von GaN oder innerhalb von ca. 1 eV der Bandlückenenergie von GaN zur Verfügung stellen; und eine Topfschicht, die AlyInzGa1-y-zN umfasst, auf der Barriereschicht, wobei 0 ≤ y < 0,4, 0 ≤ z < 0,1 und 0 ≤ y + z < 0,5, und eine Dicke von ca. 10 Å bis ca. 30 Å hat; Bilden einer ersten Schicht, die mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlpGa1-pN umfasst, auf dem aktiven Quantentopfbereich, wobei 0,3 < p ≤ 0,8, und eine Dicke von ca. 50 Å bis ca. 250 Å. hat; und Bilden einer zweiten Schicht, die mit einem Dotierungsmittel vom p-Typ dotiertes AlqGa1-qN umfasst, auf der ersten Schicht, wobei 0 ≤ q < p, und eine Dicke von ca. 200 Å bis ca. 600 Å hat; wobei der aktive Quantentopfbereich von ca. 3 bis ca. 12 Quantentöpfe der Topfschicht und entsprechende Barriereschichten umfasst.
  35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei die Topfschicht AlyInzGa1-y-zN umfasst, wobei y = 0,3, z = 0, und eine Dicke von 15 Å hat; die Barriereschicht mit Silicium dotiertes AlwInxGa1-w-xN auf der Barriereschicht umfasst, wobei w = 0,5, x = 0, und eine Dicke von 20 Å hat; die erste Schicht mit Mg dotiertes AlpGa1-pN auf dem aktiven Quantentopfbereich umfasst, wobei p = 0,5, und eine Dicke von 230 Å hat; die zweite Schicht mit Mg dotiertes AlqGa1-qN auf der ersten Schicht umfasst, wobei q = 0, und die zweite Schicht eine Dicke von 300 Å hat; wobei der aktive Quantentopfbereich zehn Quantentöpfe der Topfschicht und entsprechende Barriereschichten umfasst; und wobei eine Spitzenausgabewellenlänge der lichtemittierenden Vorrichtung ca. 325 nm beträgt.
  36. Verfahren nach den Ansprüchen 32 oder 33, wobei die lichtemittierende Vorrichtung einen Stecker-Wirkungsgrad von wenigstens 2% hat.
  37. Verfahren nach Anspruch 36, wobei der Stecker-Wirkungsgrad bei einer Stromdichte von weniger als ca. 0,35 μA/μm2 zur Verfügung gestellt wird.
  38. Verfahren nach Anspruch 36, wobei die lichtemittierende Vorrichtung eine Gleichstrom-Lebensdauer von wenigstens 100 h hat.
  39. Verfahren nach Anspruch 36, wobei dem Bilden des aktiven Quantentopfbereiches das Bilden einer Basisstruktur mit geringer Störstellendichte vorausgeht, und wobei der aktive Quantentopfbereich auf der Basisstruktur mit geringer Störstellendichte gebildet wird.
  40. Verfahren nach Anspruch 39, wobei die Basisstruktur mit geringer Störstellendichte eine Schraubenversetzungs-Störstellendichte von weniger als 4 × 108 cm-2 hat.
  41. Verfahren nach den Ansprüchen 34 oder 35 wobei die lichtemittierende Vorrichtung einen Stecker-Wirkungsgrad von wenigstens 0,4% hat.
  42. Verfahren nach Anspruch 41, wobei der Stecker-Wirkungsgrad bei einer Stromdichte von weniger als ca. 0,35 μA/μm2 zur Verfügung gestellt wird.
  43. Verfahren nach Anspruch 41, wobei die lichtemittierende Vorrichtung eine Gleichstrom-Lebensdauer von wenigstens 100 h hat.
  44. Verfahren nach Anspruch 41, wobei dem Bilden des aktiven Quantentopfbereichs das Bilden einer Basisstruktur mit geringer Störstellendichte vorausgeht, und wobei der aktive Quantentopfbereich auf der Basisstruktur mit geringer Störstellendichte gebildet wird.
  45. Verfahren nach Anspruch 44, wobei die Basisstruktur mit geringer Störstellendichte eine Schraubenversetzungs-Störstellendichte von weniger als 4 × 108 cm-2 hat.
  46. Verfahren nach den Ansprüchen 39 oder 44, wobei das Bilden der Basisstruktur mit geringer Störstellendichte umfasst: Bilden einer mit Dotierungsmitteln vom n-Typ dotierten GaN-Schicht auf einem SiC-Substrat vom n-Typ.
  47. Verfahren nach Anspruch 46, wobei die mit Dotierungsmitteln vom n-Typ dotierte GaN-Schicht eine dotierte GaN-Schicht mit einer Störstellendichte von weniger als ca. 4 × 108 cm-2 umfasst.
  48. Verfahren nach Anspruch 46, wobei die mit Dotierungsmitteln vom n-Typ dotierte GaN-Schicht mit Silicium dotiertes GaN umfasst.
  49. Verfahren nach den Ansprüchen 32-35, wobei dem Bilden des aktiven Quantentopfbereichs das Bilden einer GaN-Schicht vorausgeht, die mit einem Dotierungsmittel vom n-Typ dotiert ist und eine Schraubenversetzungsdichte von nicht mehr als 4 × 108 cm-2 hat, wobei der aktive Quantentopfbereich auf der mit einem Dotierungsmittel vom n-Typ dotierten GaN-Schicht angeordnet ist.
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