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DE102013104273A1 - Anordnung mit säulenartiger Struktur und einer aktiven Zone - Google Patents

Anordnung mit säulenartiger Struktur und einer aktiven Zone Download PDF

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DE102013104273A1
DE102013104273A1 DE102013104273.2A DE102013104273A DE102013104273A1 DE 102013104273 A1 DE102013104273 A1 DE 102013104273A1 DE 102013104273 A DE102013104273 A DE 102013104273A DE 102013104273 A1 DE102013104273 A1 DE 102013104273A1
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active zone
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towards
band gap
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DE102013104273.2A
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English (en)
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Jelena Ristic
Martin Strassburg
Martin Mandl
Alfred Lell
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Publication date
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Priority to US14/785,090 priority patent/US9531161B2/en
Priority to JP2016509405A priority patent/JP6184586B2/ja
Priority to CN201480023732.0A priority patent/CN105144413B/zh
Priority to DE112014002164.4T priority patent/DE112014002164B4/de
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung, ein Array von Anordnungen und eine Anordnung (1) mit einer säulenartigen Struktur (5), die mit einem Ende auf einem Substrat (2) angeordnet ist, wobei die Struktur (5) mit einer Halbleiterschichtstruktur (6) mit einer aktiven Zone (7) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung bedeckt ist, wobei die aktive Zone (7) eine Bandlücke für eine strahlende Rekombination aufweist, wobei die aktive Zone (7) in der Weise ausgebildet ist, dass die Bandlücke in Richtung eines freien Endes (25) der Struktur (5) abnimmt, so dass eine Diffusion von Ladungsträgern in Richtung des freien Endes (25) der Struktur (5) und eine strahlende Rekombination von Ladungsträgerpaaren im Bereich des freien Endes (25) der Struktur (5) unterstützt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung gemäß Patentanspruch 11, und ein Array mit mehreren Anordnungen gemäß Anspruch 14.
  • Aus DE 10 2010 012 711 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung mit einer säulenartigen Struktur bekannt, die mit einer Halbleiterschichtstruktur mit einer aktiven Zone zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung bedeckt ist, wobei die aktive Zone eine Bandlücke für eine strahlende Rekombination aufweist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Anordnung bereitzustellen, die insbesondere bessere Eigenschaften in Bezug auf die Erzeugung elektromagnetischer Strahlung aufweist. Weiterhin besteht die Aufgabe darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Anordnungen bereitzustellen. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein verbessertes Array von Anordnungen bereitzustellen.
  • Die Aufgaben der Erfindung werden durch die Anordnung gemäß Patentanspruch 1, durch das Verfahren zur Herstellung einer Anordnung gemäß Patentanspruch 11 und durch das Array mit mehreren Anordnungen gemäß Patentanspruch 14 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, dass die elektromagnetische Strahlung mit größerer Wahrscheinlichkeit im oberen freien Endbereich der säulenartigen Struktur erzeugt wird. Dadurch wird der Wirkungsgrad und die Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung verbessert.
  • Dies wird dadurch erreicht, dass die Halbleiterschichtstruktur mit der aktiven Zone in der Weise ausgebildet ist, dass die Bandlücke der aktiven Zone für eine strahlende Rekombination in Richtung auf das freie Ende der säulenartigen Struktur abnimmt. Die Bandlücke nimmt somit entlang einer Längsachse oder Höhe der säulenartigen Struktur ab. Beispielsweise kann die Bandlücke wenigstens in einem Abschnitt der aktiven Zone entlang der Längsachse der Anordnung abnehmen. Die Bandlücke kann gleichmäßig und/oder ungleichmäßig und/oder kontinuierlich und/oder diskontinuierlich und/oder in mehreren Stufen abnehmen. Zudem können auch Abschnitte entlang der Längsachse vorgesehen sein, in denen die Bandlücke der aktiven Zone konstant bleibt. Durch die wenigstens abschnittweise Abnahme der Bandlücke entlang der Längsachse werden freie Ladungsträger in Richtung auf das freie Ende der Struktur bewegt. Somit ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Ladungsträger im Bereich des oberen freien Endes der Struktur strahlend rekombinieren, erhöht.
  • In einer Ausführungsform nimmt die Dicke der Quantentopfschicht der aktiven Zone in Richtung auf das freie Ende der Struktur zu. Dadurch nimmt die Bandlücke bei sonst unverändertem Aufbau in Richtung auf das freie Ende der säulenartigen Struktur ab. Die Beeinflussung der Dicke der Quantentopfschicht kann durch eine entsprechende Einstellung von Verfahrensparametern während der Abscheidung der Quantentopfschicht erreicht werden. Somit ist eine einfache Herstellung der Anordnung möglich.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die aktive Zone in der Weise ausgebildet, dass sich eine Materialzusammensetzung der aktiven Zone in Richtung auf das freie Ende der säulenartigen Struktur in der Weise ändert, dass die Bandlücke für eine strahlende Rekombination in Richtung auf das freie Ende der Struktur abnimmt. Die Beeinflussung der Materialzusammensetzung der aktiven Zone, insbesondere der Materialzusammensetzung der Quantentopfschicht kann mithilfe einfacher Parameter wie z.B. des Gasflusses, der Gaszusammensetzung, der Temperatur oder des Angebotes der einzelnen Materialien beim Abscheiden der aktiven Zone bzw. der Quantentopfschicht erreicht werden.
  • In einer Ausführungsform weist die aktive Zone, insbesondere eine Quantentopfschicht eine InGaN Schicht auf. Bei dieser Ausführungsform kann die Änderung der Bandlücke z.B. durch eine Änderung der Konzentration von Indium eingestellt werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Konzentration von Indium in der aktiven Zone, insbesondere in einer Quantentopfschicht der aktiven Zone beispielsweise um bis zu 30% in Richtung auf die freie Struktur zunehmen. Dadurch wird eine hohe Konzentration der freien Ladungsträger im Bereich des freien Endes der Struktur erreicht.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist die säulenartige Struktur eine Kristallstruktur auf. Dabei geht eine Außenfläche der Struktur in Richtung auf das freie Ende der Struktur von einer ersten Kristallebene in wenigstens eine zweite Kristallebene über. Die aktive Zone ist auf den wenigstens zwei Kristallebenen in der Weise ausgebildet, dass die Bandlücke von der ersten Kristallebene zur zweiten Kristallebene abnimmt. Auch dadurch wird die Konzentration freier Ladungsträger am freien Ende der Struktur unterstützt.
  • Beispielsweise kann die Bandlücke der aktiven Zone innerhalb einer Ebene der aktiven Zone kontinuierlich und/oder in mehreren Stufen in Richtung auf das freie Ende der Struktur abnehmen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können entlang einer Längsachse der Struktur mehr als zwei zueinander geneigte Kristallebenen und damit auch mehr als zwei zueinander geneigte Ebenen der aktiven Zone entlang der Längsachse der Struktur vorgesehen sein, wobei innerhalb einer Ebene der aktiven Zone in Richtung auf das freie Ende der Struktur die Bandlücke der aktiven Zone kontinuierlich und/oder stufenweise abnimmt.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist ein elektrischer Kontakt am freien Ende der Struktur vorgesehen, mit dem die aktive Zone im Bereich des freien Endes elektrisch vorgespannt werden kann. Durch die elektrische Vorspannung wird eine Kraft auf die freien Ladungsträger ausgeübt, die die freien Ladungsträger in Richtung auf das freie Ende der Struktur zieht. Auch dadurch wird die Wahrscheinlichkeit für eine strahlende Rekombination der Ladungsträgerpaare im Bereich des freien Endes der Struktur erhöht.
  • Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die aktive Zone Indium, Aluminium und/oder Gallium aufweisen. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform die aktive Zone Schichten, insbesondere Quantentopfschichten mit Indium-Galliumnitrid aufweisen. Indium, Gallium, Aluminium und Stickstoff sind Materialien, die für die Herstellung von aktiven Zonen insbesondere mit Quantentopfschichten verwendet werden können, wobei die Eigenschaften der Materialien und insbesondere der ternären Struktur der genannten Materialien sehr gut bekannt sind und deshalb zuverlässig eine gewünschte Halbleiterschichtstruktur mit einer aktiven Zone erzeugt werden kann.
  • Die aktive Zone und insbesondere wenigstens eine Quantentopfschicht der aktiven Zone kann auch andere oder zusätzliche Materialien der III. und/oder der V. Hauptgruppe des Periodensystems der chemischen Elemente sowie Dotierstoffe von anderen Hauptgruppen und/oder Nebengruppen aufweisen, beispielsweise Elemente aus den Gruppen IV, IIA, IIB und VI. Dabei können auch quaternäre Materialzusammensetzungen für die aktive Zone verwendet werden, mit denen eine säulenartige Struktur mit einer aktiven Zone hergestellt werden kann, wobei die Bandlücke der aktiven Zonen für eine strahlende Rekombination in Richtung auf ein freies Ende 25 der säulenartigen Struktur 5 abnimmt.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist die aktive Zone Schichten mit Indium-Galliumphosphid auf. Zudem kann die aktive Zone auch Aluminium und/oder als Gruppe V Element Arsen und/oder Antimon aufweisen. Auch diese Materialkombination ist gut erforscht und kann deshalb zuverlässig zur Ausbildung von aktiven Zonen mit Quantentopfschichten zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung verwendet werden.
  • Abhängig von der gewählten Ausführungsform weist die säulenartige Struktur zwei Abschnitte auf. In einem ersten Abschnitt, der von einem Substrat ausgeht, nimmt der Durchmesser mit dem Abstand vom Substrat zu. In einem sich daran anschließenden zweiten Abschnitt verjüngt sich der Durchmesser der säulenartigen Struktur in Richtung auf das freie Ende. Mithilfe dieser Anordnung werden eine größere Oberfläche und damit eine größere Fläche der aktiven Zone erreicht. Durch die größere Fläche der aktiven Zone wird eine höhere Ausbeute für die strahlende Rekombination der Ladungsträger erreicht.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die säulenartige Struktur in der Weise ausgebildet, dass am freien Ende der Struktur eine Ebene vorgesehen ist, die im Wesentlichen quer, insbesondere senkrecht zu einer Längsachse der säulenartigen Struktur angeordnet ist. Auf dieser Ebene ist auch eine entsprechende ebene Schicht der aktiven Zone ausgebildet, wobei die Bandlücke für eine strahlende Rekombination von Ladungsträgern kleiner ist als auf angrenzenden Seitenflächen der säulenartigen Struktur.
  • Die beschriebene Anordnung eignet sich besonders zur Herstellung eines Arrays mit mehreren Anordnungen, wobei wenigstens in einer ersten Richtung eine höhere Dichte von Anordnungen vorgesehen ist als in wenigstens einer zweiten Richtung. Auf diese Weise wird eine Verstärkung der Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung in der ersten Richtung erreicht. Dadurch können höhere Strahlungsdichten in der ersten Richtung ohne die Verwendung von Spiegeln erreicht werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens zwei Reihen von Anordnungen vorgesehen, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Dadurch wird eine einfache Struktur mit einer verstärkten Lichtabstrahlung in der einen Richtung bereitgestellt.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das Array wenigstens zwei Bereiche von Reihen auf, wobei in jedem Bereich wenigstens zwei Reihen von Anordnungen parallel angeordnet sind. Die zwei Bereiche sind parallel zueinander angeordnet. Zudem weisen die zwei Bereiche einen Abstand senkrecht in Bezug auf die Ausrichtung der Reihen der Anordnungen zueinander auf, der größer ist als ein mittlerer Abstand zweier benachbarter Anordnungen des gleichen Bereichs. Auf diese Weise werden streifenartige Bereiche bereitgestellt, die die Ausbildung elektromagnetischer Strahlung parallel zu einer Richtung verbessern.
  • Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Anordnungen der verschiedenen Bereiche in der Weise ausgebildet sein, dass die verschiedenen Bereiche elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugen. Dadurch können verschiedene Farben mithilfe eines Arrays bereitgestellt werden. Beispielsweise eignen sich die Anordnungen zur Ausbildung eines Arrays von Anordnungen, die von einer Strahlungsquelle mit elektromagnetischer Strahlung zum Strahlen angeregt werden.
  • Weiterhin kann ein Array von Anordnungen zur Ausbildung eines Sensors verwendet werden, der zum Nachweis einer elektromagnetischen Strahlung dienen kann.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
  • 1 einen schematischen Aufbau einer Anordnung,
  • 2 ein Diagramm für den Verlauf der Bandlücke entlang der Längsrichtung der Anordnung,
  • 3 eine schematische Darstellung einer elektrisch vorgespannten Anordnung,
  • 4 ein Array von Anordnungen,
  • 5 ein weiteres Array von Anordnungen,
  • 6 ein zusätzliches Array von Anordnungen,
  • 7 ein weiteres Array von Anordnungen,
  • 8 eine weitere Ausführungsform einer Anordnung,
  • 9 ein Diagramm mit einem Verlauf der Energie der Bandlücke entlang einer Längsachse der Anordnung der 8,
  • 10 eine schematische Ansicht von oben auf die Anordnung der 8, und
  • 11 einen Querschnitt durch die Anordnung der 1 im ersten Abschnitt darstellt.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Anordnung 1. Die Anordnung 1 ist auf einem Substrat 2 angeordnet. Auf dem Substrat 2 ist eine Maskenschicht 3 beispielsweise aus Siliziumoxid oder aus SiN aufgebracht. Die Maskenschicht 3 kann mit einer Gasphasenabscheidung (CVD) erstellt werden und eine Dicke von 100 nm aufweisen. Das Substrat 2 ist beispielsweise aus Saphir oder einer Templateschicht u.a. aus n-leitendem GaN ausgebildet.
  • Die Maskenschicht 3 weist ein Loch 4 auf, durch das sich eine säulenartige Struktur 5 erstreckt. Die säulenartige Struktur 5 stellt einen Nanostab (Nanorod) dar. Das Loch 4 kann mithilfe verschiedener Verfahren wie z.B. mithilfe eines photolithographischen Verfahrens, mithilfe eines Lasers, mithilfe eines Nano-Imprint-Verfahrens zur Markierung der Position des Loches und einem Ätzschritt wie z.B. einem RIE-Verfahren oder einem nasschemischen Verfahren in die Maskenschicht 3 eingebracht werden. Das Loch 4 kann z.B. einen Durchmesser von 200 nm aufweisen. Die Struktur 5 erstreckt sich von der Ebene des Substrates 2 weg und ist beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Substrats 2 ausgerichtet. Die säulenartige Struktur 5 ist aus einem leitenden Material hergestellt oder weist wenigstens auf einer Oberfläche eine elektrisch leitende Schicht auf. Beispielsweise ist die Struktur 5 aus einem elektrisch leitenden Halbleitermaterial, insbesondere aus Galliumnitrid gebildet und beispielsweise mit Silizium negativ dotiert. Die säulenartige Struktur 5 weist in dieser Ausführungsform eine Kristallstruktur auf, die weitestgehend der Kristallstruktur des Saphirs oder der Templateschicht entspricht. Dazu wird die Struktur 5 epitaktisch auf dem Substrat 2 beispielsweise mithilfe einer Gasphasenepitaxie (MOVPE) aufgewachsen. Die Struktur 5 weist beispielsweise eine hexagonale Wurtzit-Struktur auf, deren c-Achse weg von der Ebene des Substrates 2, beispielsweise im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Substrates 2 ausgerichtet ist. Auf einer Oberfläche der säulenartigen Struktur 5 ist eine Halbleiterschichtstruktur 6 aufgebracht. Die Halbleiterschichtstruktur 6 weist eine aktive Zone 7 auf, die als dreidimensionale Mantelschicht auf der Oberfläche der Struktur 5 ausgebildet ist. Die aktive Zone 7 weist zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung beispielsweise mehrere Schichten, insbesondere eine oder mehrere Quantentopfschichten auf, die durch Barriereschichten in Form von Zwischenschichten voneinander getrennt sind. Die einzelnen Schichten sind dabei parallel zur Oberfläche der Struktur 5 übereinander angeordnet. Auf die aktive Zone 7 ist eine positiv dotierte Halbleiterschicht aufgebracht, die eine Außenschicht 8 bildet. Die Struktur 5 bildet zusammen mit der Halbleiterschichtstruktur 6 und der Außenschicht 8 eine LED Struktur mit einem pn-Übergang, der senkrecht zur Oberfläche der Struktur 5 angeordnet ist und eine dreidimensionale aktive Zone 7 zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung darstellt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch weitere Schichten zwischen der Struktur 5 und der Halbleiterschichtstruktur 6 und/oder zwischen der Halbleiterschichtstruktur 6 und der Außenschicht 8 vorgesehen sein.
  • Die aktive Zone 7 weist beispielsweise Indium und Gallium auf, insbesondere Schichten aus Indium-Galliumnitrid oder Indium-Galliumphosphid auf. Die Außenschicht 8 ist beispielsweise aus Aluminium-Galliumnitrid gebildet, wobei für eine positive Dotierung beispielsweise Magnesium verwendet wird. Die aktive Zone und insbesondere wenigstens eine Quantentopfschicht der aktiven Zone und/oder die Außenschicht 8 kann auch andere und/oder zusätzliche Materialien der III. und/oder der V. Hauptgruppe des Periodensystems der chemischen Elemente sowie Dotierstoffe von anderen Hauptgruppen und/oder Nebengruppen aufweisen, beispielsweise Elemente aus den Gruppen IV, IIA, IIB und VI. Dabei können ternäre und/oder quaternäre Materialzusammensetzungen für die aktive Zone 7 verwendet werden, mit denen eine säulenartige Struktur mit einer aktiven Zone bedeckt werden kann, wobei die Bandlücke der aktiven Zonen für eine strahlende Rekombination in Richtung auf ein freies Ende 25 der säulenartigen Struktur 3 abnimmt.
  • Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann eine seitliche Außenfläche 9 der Struktur 5 im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Substrates 2 angeordnet sein. Weiterhin kann in einer gewählten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, der Durchmesser der Struktur 5 in einem ersten Abschnitt 10 mit zunehmendem Abstand vom Substrat 2 zunehmen. Bei dieser Ausführungsform sind die seitlichen Außenflächen 9 im ersten Abschnitt 10 senkrecht zum Substrat 2 angeordnet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Außenflächen 9 auch nach innen oder nach außen geneigt angeordnet sein. Die seitlichen Außenflächen 9 im ersten Abschnitt 10 sind gemäß den senkrechten nicht-polaren m- oder a-Ebenen oder den nach innen oder nach außen geneigten semipolaren Ebenen des Wurtzitkristalls angeordnet. Beispielsweise können die Außenflächen 9 nach innen oder außen geneigt angeordnet sein und einen Winkel von kleiner als 5° zu einer Achse aufweisen, die senkrecht auf dem Substrat 2 steht.
  • In einem zweiten Abschnitt 11 sind die Außenflächen 9 nach innen geneigt angeordnet und der Durchmesser der Struktur 5 nimmt im zweiten Abschnitt 11 mit zunehmendem Abstand vom Substrat 2 ab. Im zweiten Abschnitt 11 sind die Außenflächen 9 gemäß den nach innen geneigt angeordneten semipolaren Ebenen des Wurtzitkristalls angeordnet. Im Bereich eines freien Endes 25 der Struktur 5 ist eine Ebene 12 ausgebildet, die im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung der Struktur 5 ausgebildet ist. Die Ebene 12 ist gemäß der polaren c-Ebene (0001) des Wurtzitkristalls angeordnet. Die Halbleiterschichtstruktur 6 ist parallel zu den Ebenen der Außenflächen 9 der Struktur 5 angeordnet. Damit ist auch die aktive Zone 7 und die entsprechenden Quantentopfschichten und Barriereschichten parallel zu den Außenflächen 9 der Struktur 5 in Längsrichtung der Anordnung in mehreren, geneigt zueinander angeordneten Ebenen ausgebildet.
  • Beispielsweise kann die Bandlücke der aktiven Zone 7 innerhalb einer Ebene kontinuierlich und/oder in mehreren Stufen in Richtung auf das freie Ende 25 der Struktur 5 abnehmen. Somit nimmt beispielsweise die Bandlücke der aktiven Zone 7 innerhalb der Ebene des ersten Abschnittes 10 in Richtung auf das freie Ende 25 der Struktur 5 kontinuierlich und/oder stufenweise ab. Ebenso kann die Bandlücke der aktiven Zone 7 innerhalb der Ebene des zweiten Abschnittes 11 in Richtung auf das freie Ende 25 der Struktur 5 kontinuierlich und/oder stufenweise abnehmen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können entlang der Längsachse der Anordnung auch mehr als zwei zueinander geneigte Ebenen der aktiven Zone 7 vorgesehen sein. Im dritten Abschnitt 23, der oberhalb der Ebene 12 angeordnet ist, weist die aktive Zone 7 beispielsweise eine konstante Bandlücke auf, die kleiner oder gleich groß ist wie die Bandlücke der aktiven Zone 7 im zweiten Abschnitt 11. Die Außenschicht 8 bedeckt in Form einer Mantelschicht die Halbleiterschichtstruktur 6. Die Struktur 5 ist mit einem ersten Ende mit dem Substrat 2 verbunden. Ein zweites, freies Ende 25 der Struktur 5 ist gegenüber liegend zum ersten Ende vom Substrat 2 abgewandt angeordnet.
  • 2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Verlauf der Energie der Bandlücke für eine strahlende Rekombination von Ladungsträgern in der aktiven Zone 7 der Anordnung 1 der 1 entlang der Längserstreckung der Anordnung 1. Dabei ist zu erkennen, dass die Energie der Bandlücke beginnend bei der Maskenschicht 3 in Richtung auf das freie Ende 25 der Struktur 5 im ersten Abschnitt 10 abnimmt, insbesondere kontinuierlich abnimmt. Beim Übergang vom ersten Abschnitt 10 zum zweiten Abschnitt 11 erfolgt ein Sprung in der Bandlücke zu einer kleineren Bandlücke, d.h. zu einer niedrigeren Energie der Bandlücke. Ebenso erfolgt ein Sprung in der Energie der Bandlücke zu einem noch niedrigeren Niveau beim Übergang vom zweiten Abschnitt 11 zum dritten Abschnitt 23 über der Ebene 12. In dem Diagramm sind die Anfangsenergie E0 für die Bandlücke im Bereich der Maskenschicht 3, ein erstes Energieniveau E1 beim Übergang vom ersten Abschnitt 10 zum zweiten Abschnitt 11, ein zweites Energieniveau E2 auf dem zweiten Abschnitt 11, und ein drittes Energieniveau E3 für die Bandlücke auf dem dritten Abschnitt 23 auf der x-Achse dargestellt. Auf der y-Achse ist die Längserstreckung h der Anordnung 1 mit dem ersten Abschnitt 10, dem zweiten Abschnitt 11 und einem dritten Abschnitt 23 über der Ebene 12 angegeben.
  • Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Bandlücke der aktiven Zone innerhalb eines Abschnittes 10, 11, d.h. innerhalb einer Ebene der aktiven Zone auch in Stufen und/oder in Stufen und kontinuierlich kleiner werden.
  • Die Energie der Bandlücke wird beispielsweise dadurch abnehmend eingestellt, indem die Dicke wenigstens einer Quantentopfschicht der aktiven Zone, die eine elektromagnetische Strahlung erzeugt, mit zunehmendem Abstand von der Maskenschicht 3 größer wird. Sind mehrere Quantentopfschichten vorgesehen, so nimmt die Dicke jeder Quantentopfschicht mit zunehmendem Abstand von der Maskenschicht 3 zu. Zudem oder anstelle der Zunahme der Schichtdicke kann eine Zunahme der Indiumkonzentration in der bzw. den Quantentopfschichten mit zunehmendem Abstand von der Maskenschicht vorliegen, um die Energie der Bandlücke abnehmend in Richtung auf das obere freie Ende 25 der Struktur 5 auszubilden.
  • Durch die Abnahme der Energie der Bandlücke, d.h. durch die Abnahme der Größe der Bandlücke werden freie Ladungsträger in der Halbleiterschichtstruktur 6 in Richtung auf die Ebene 12 gesogen und rekombinieren strahlend im Bereich oberhalb der Ebene 12 mit größerer Wahrscheinlichkeit. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit für eine strahlende Rekombination im Bereich oberhalb der Ebene 12 erhöht.
  • Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch andere Materialien als Substrat 2 wie z. B. Silizium oder Siliziumcarbid verwendet werden, die gegebenenfalls mit einer GaN, AlN, AlGaN o.ä. Pufferschicht bedeckt sind. Zudem können auch andere Materialien zur Ausbildung der Struktur 5 verwendet werden. Beispielsweise kann Indium, Gallium, Aluminium, Phosphor, Stickstoff oder andere Materialien der III. und/oder V. Gruppe des chemischen Periodensystems zur Ausbildung der Struktur 5 und zur Ausbildung der Halbleiterschichtstruktur 6 verwendet werden.
  • Weiterhin kann in einer weiteren Ausführungsform die Struktur 5 auch positiv dotiert und die Außenschicht 8 der Halbleiterschichtstruktur 6 auch negativ dotiert ausgebildet sein. Zudem können auch weitere Schichten vorgesehen sein, die beispielsweise Haftschichten, Barriereschichten oder Spiegelschichten darstellen.
  • Beispielsweise kann die Dicke der Quantentopfschicht entlang des ersten Abschnittes 10 um 50% zunehmen. Zudem kann in einer weiteren Ausführungsform die Konzentration von Indium in wenigstens einer der Quantentopfschichten der aktiven Zone 7 ausgehend von der Maskenschicht 3 entlang des ersten Abschnittes 10 bis zum Übergang zum zweiten Abschnitt 11 um bis zu 30% oder mehr zunehmen. Sowohl die Zunahme der Indiumkonzentration in wenigstens einer Quantentopfschicht als auch die Zunahme der Schichtdicke wenigstens einer Quantentopfschicht der aktiven Zone 7 kann kontinuierlich oder stufenweise, insbesondere innerhalb einer Schichtebene erfolgen. Bei mehreren Quantentopfschichten in der aktiven Zone können die Zunahme der Dicke und/oder die Zunahme der Indiumkonzentration bei jeder Quantentopfschicht vorgesehen sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Außenfläche 9 der Struktur 5 beispielsweise eine m-Ebene der Wurtzitkristallstruktur darstellen. Zudem kann der zweite Abschnitt 11 durch r-Ebenen oder andere semipolare Ebenen der Wurtzitkristallstruktur gebildet sein. Weiterhin kann die Ebene 12 der Struktur 5 durch eine c-Ebene der Wurtzitkristallstruktur gebildet sein.
  • Auf der Außenschicht 8 ist eine Kontaktschicht 13 aufgebracht, die für die elektromagnetische Strahlung, die von der aktiven Zone 7 erzeugt wird, im Wesentlichen durchlässig ist und zur elektrischen Kontaktierung der Außenschicht 8 und damit der p-Seite der Anordnung 1 verwendet wird. Die Kontaktschicht 13 kann aus einem TCO-Material wie z.B. aus Indium-Zinn-Oxid bestehen. Zudem kann auf die Maskierungsschicht 3 eine Spiegelschicht 14 aufgebracht werden, die die elektromagnetische Strahlung, die von der aktiven Zone 7 erzeugt wird, nach oben vom Substrat 2 weg reflektiert. Eine elektrische Kontaktierung der n-Seite der Anordnung erfolgt beispielsweise über die Struktur 5 und/oder über das Substrat 2. Die Spiegelschicht 14 kann elektrisch leitend ausgebildet sein und zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktschicht 13 vorgesehen sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann zwischen der Maskenschicht 3 und der Spiegelschicht 14 eine elektrisch leitende weitere Kontaktschicht 24 zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktschicht 13 vorgesehen sein. Die elektrische Kontaktierung der Struktur 5 kann über das Substrat oder über eine weitere elektrische Kontaktschicht, die auf dem Substrat aufgebracht ist, erfolgen.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Anordnung 1, die im wesentlichen wie in 1 ausgebildet ist, wobei im Bereich des freien Endes 25 der Struktur 5 oberhalb der Ebene 12 direkt auf der Halbleiterschichtstruktur 6 eine Isolationsschicht 16 aufgebracht ist. Somit bedeckt die Kontaktschicht 13 nicht die Spitze der Halbleiterschichtstruktur 6, sondern nur die Außenflächen 9 im Bereich des ersten und des zweiten Abschnittes 10, 11. Auf der Isolationsschicht 16 ist ein weiterer elektrischer Kontakt 15 vorgesehen ist, der für eine elektrische Vorspannung der Anordnung verwendet wird. Der weitere Kontakt 15 ist durch eine Isolationsschicht 16, die beispielsweise aus Siliziumoxid gebildet ist, von der Kontaktschicht 13 elektrisch getrennt. Auf diese Weise kann eine Vorspannung an das freie Ende 25, d. h. die Spitze der Struktur 5 angelegt werden, um einen Transport von freien Ladungsträgern in Richtung auf die Ebene 12 zu unterstützen. Durch die Vorspannung kann insbesondere bei einer größeren Lochmasse wie beispielsweise bei der Verwendung von Galliumnitrid für die Ausbildung der aktiven Zone die Anzahl der verfügbaren Ladungsträger erhöht und damit die Schwellstromdichte und die Schwellspannung reduziert werden. Der weitere Kontakt 15 besteht vorzugsweise aus einem für die von der aktiven Zone 7 erzeugte elektromagnetische Strahlung durchlässigem Material.
  • Zur Herstellung der Struktur 5 und der Halbleiterschichtstruktur 6 können MOVPE-Verfahren, aber auch VPE- und MBE-Verfahren oder Sputter-Verfahren verwendet werden. Beispielsweise kann während des Abscheidens der Quantentopfschicht der Halbleiterschichtstruktur 6 beispielsweise bei einem MOVPE-Verfahren der Druck im MOVPE-Reaktor erhöht werden. Typischerweise kann während des MOVPE-Verfahrens ein Druck von 20% bis 150% eines üblichen Drucks verwendet werden, der bei einem MOVPE-Verfahren zur Abscheidung einer zweidimensionalen Quantentopfschicht verwendet wird. Dies führt zu einem Temperaturgradienten beim Abscheiden der Quantentopfschicht mit etwas höheren Temperaturen im Bereich des Substrates 2 und abnehmenden Temperaturen mit zunehmendem Abstand vom Substrat 2. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit für den Einbau von Indium in die Quantentopfschicht mit zunehmendem Abstand vom Substrat 2 erhöht, sodass die Konzentration von Indium in der Quantentopfschicht mit zunehmendem Abstand vom Substrat 2 zunimmt. Somit nimmt die Energie der Bandlücke der Quantentopfschicht für eine strahlende Rekombination mit zunehmendem Abstand vom Substrat 2 ab.
  • Weiterhin werden für die Abscheidung von Indium-Gallium-Nitrid-Quantentopfschichten bei der Verwendung eines MOVPE-Verfahrens ähnliche Drücke und Temperaturen verwendet wie für die Herstellung von zweidimensionalen Indium-Galliumnitrid-Quantentopfschichten. Dabei werden TE-Gallium oder TM-Gallium und TM-Indium als Metalloxid-Precursor und NH3 als Gruppe-V-Quelle verwendet. Die Dotierung der Schichten und die Dotierung der säulenartigen Struktur 5 erfolgt wie bei der Erzeugung einer zweidimensionalen Halbleiterschichtstruktur. Bei der Abscheidung der Halbleiterschichtstruktur 6 werden beispielsweise Temperaturen zwischen 500°C und 900°C verwendet, wobei die verwendete Temperatur abhängig von der gewünschten Indiumkonzentration in der Quantentopfschicht eingestellt wird.
  • Weiterhin ist die Dicke der Quantentopfschicht und die Konzentration von Indium in der Quantentopfschicht bei der Abscheidung abhängig von der Orientierung der Außenfläche 9 der Struktur 5, auf die die Halbleiterschichtstruktur 6 abgeschieden wird. Abhängig von der gewählten Ausführungsform wird im ersten Abschnitt 10 beim Abscheiden der aktiven Zone weniger Indium in die InGaN Quantentopfschicht eingebaut als im zweiten Abschnitt 11. Zudem wird im zweiten Abschnitt 11 beim Abscheiden weniger Indium in die InGaN Quantentopfschicht eingebaut als auf der Ebene 12. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Dicke der Quantentopfschicht im ersten Abschnitt 10, im zweiten Abschnitt 11 und im dritten Abschnitt 23 konstant sein. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform die Dicke der Quantentopfschicht im ersten Abschnitt 10 kleiner sein als im zweiten Abschnitt 11 und im dritten Abschnitt 23 kleiner sein als im zweiten Abschnitt 11. Bei dieser Ausführungsform kann die Indiumkonzentration im ersten, im zweiten und im dritten Abschnitt 10, 11, 23 konstant sein. Zudem kann in einer weiteren Ausführungsform die Indiumkonzentration im dritten Abschnitt 23 größer sein als im zweiten Abschnitt 11 und im zweiten Abschnitt 11 größer sein als im ersten Abschnitt 10.
  • Zudem sind die Energien für die Bandlücken der Quantentopfschichten auch bei gleicher Indiumkonzentration aufgrund von piezoelektrischen Feldern auf den verschiedenen Ebenen des Wurtzitkristalls unterschiedlich groß. Die Energie der Bandlücke ist im dritten Abschnitt 23 über der Ebene 12 (c-Ebene) kleiner als in dem zweiten Abschnitt 11 (r-Ebene). Die Energie der Bandlücke ist im zweiten Abschnitt 11 (1-Ebene) kleiner als im ersten Abschnitt 10 (m-Ebene).
  • 4 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Array von mehreren Anordnungen 1. Die Anordnungen 1 sind beispielsweise gemäß den Ausführungsformen der 1 oder der 2 ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Bandlücke der aktiven Zone der Anordnungen 1 der 4 entlang der Längsachse der Anordnung auch konstant sein.
  • Das Array kann beispielsweise als LED-Array zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, als Sensor-Array zur Erfassung einer elektromagnetischen Strahlung oder als Laser-Array verwendet werden, das mit einer zusätzlichen Strahlungsquelle, insbesondere einem Laser als Pumpquelle mit elektromagnetischer Strahlung versorgt wird. Bei der Ausbildung als Sensor-Array wird die Halbleiterstruktur der Anordnungen elektrisch in Sperrrichtung vorgespannt. Bei Einfall einer elektromagnetischen Strahlung in das Array ändert sich der Widerstand der Halbleiterstruktur und es kann ein Signal an den elektrischen Anschlüssen jeder Anordnung bzw. des Arrays erkannt werden.
  • 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Arrays, bei dem die Anordnungen 1 in Reihen 17 angeordnet sind, wobei jede Reihe 17 entlang einer Vorzugsrichtung 18 ausgerichtet ist. Die Vorzugsrichtungen 18 der Reihen 17 sind parallel zueinander angeordnet. Die Anordnungen 1 sind beispielsweise gemäß den Ausbildungsformen der 1 oder der 2 ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Bandlücke der aktiven Zone der Anordnungen 1 der 5 entlang der Längsachse der Anordnung, insbesondere entlang des ersten Abschnittes 10 auch konstant sein. Durch die Anordnung der Anordnungen 1 in Reihen 17 in den Vorzugsrichtungen 18 wird die Verstärkung einer elektromagnetischen Strahlung parallel zu den Vorzugsrichtungen 18 unterstützt. Auf diese Weise können beispielsweise Spiegelstrukturen eingespart werden. Mithilfe der Reihen 17 kann die Schwellstromdichte reduziert werden und gleichzeitig in der Vorzugsrichtung 18 die elektromagnetische Strahlungsdichte erhöht werden.
  • 6 zeigt ein weiteres Array mit mehreren Bereichen 19, wobei jeder Bereich 19 zwei Reihen 17 von Anordnungen 1 aufweist. Die Reihen 17 der Bereiche 19 sind jeweils in einer Vorzugsrichtung 18 ausgerichtet. Gemäß der dargestellten Ausführungsform sind die Vorzugsrichtungen 18 der Reihen 17 jeweils parallel zueinander angeordnet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch mehr als zwei Reihen 17 in einem Bereich 19 angeordnet sein. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform die Vorzugsrichtung 18 der Bereiche 19 unterschiedlich ausgerichtet sein.
  • Durch die erhöhte Dichte der Anordnungen 1 in einer festgelegten Vorzugsrichtung 18 werden die Schwellstromdichte reduziert und die Verstärkung der Laserstrahlung entlang der Vorzugsrichtung 18 erhöht. Die Anordnungen 1 sind beispielsweise gemäß den Ausbildungsformen der 1 oder der 2 ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Bandlücke der aktiven Zone der Anordnungen 1 der 6 entlang der Längsachse der Anordnung, insbesondere entlang des ersten Abschnittes 10 auch konstant sein.
  • 7 zeigt ein weiteres Array mit drei Bereichen 20, 21, 22. Die Anordnungen 1 sind beispielsweise gemäß den Beispielen der 1 oder 2 ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Bandlücke der aktiven Zone der Anordnungen 1 der 7 entlang der Längsachse der Anordnung, insbesondere entlang des ersten Abschnittes 10 auch konstant sein.
  • Im ersten Bereich 20 sind Anordnungen 1 angeordnet, deren erzeugte elektromagnetische Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich liegt. In einem zweiten Bereich 21 sind Anordnungen 1 angeordnet, deren erzeugte elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich liegt. In einem dritten Bereich 22 sind Anordnungen 1 angeordnet, deren erzeugte elektromagnetische Strahlung in einem dritten Wellenlängenbereich liegt. Beispielsweise kann der erste Wellenlängenbereich elektromagnetische Strahlung mit der Farbe Rot, der zweite Wellenlängenbereich eine elektromagnetische Strahlung mit der Farbe Grün und der dritte elektromagnetische Wellenlängenbereich eine elektromagnetische Strahlung mit der Farbe Blau darstellen. Vorzugsweise sind die drei Bereiche 20, 21, 22 auf einem einzelnen Chip angeordnet. Der erste Bereich 20 erzeugt beispielsweise grünes Licht, der zweite Bereich 21 blaues Licht und der dritte Bereich 22 rotes Licht. Vorzugsweise sind die Anordnungen 1 in Reihen 17 angeordnet, deren Vorzugsrichtung 18 parallel zueinander ausgerichtet sind, wie in den 5 und 6 dargestellt ist.
  • Weiterhin können die Anordnungen 1 der verschiedenen Bereiche 20, 21, 22 sich sowohl im Aufbau als auch in der Größe als auch in der Dichte, d.h. in den Abständen zwischen den benachbarten Anordnungen 1 unterscheiden. Durch das in 7 dargestellte Array kann ein Chip mit einem Array mit Anordnungen 1 bereitgestellt werden, das verschiedene Farben emittiert.
  • Durch die hohe Dichte der Anordnungen auf einem Chip wird eine hohe Ausgangsleistung der elektromagnetischen Strahlung erreicht. Die Ausgangsleistung der elektromagnetischen Strahlung kann durch die Dichte und/oder die Anzahl der Anordnungen eingestellt werden.
  • Die Anordnungen, die Nanostrukturen darstellen, können auf großen Flächen kostengünstiger Substrate hergestellt werden. Die Herstellungsverfahren sind ähnlich den Herstellungsverfahren für zweidimensionale Halbleiterschichtstrukturen mit aktiven Zonen zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung. Die Anordnungen können mit anderen optoelektronischen Vorrichtungen und/oder Auswerteschaltungen kombiniert werden, um neue Funktionalitäten bereitzustellen. Beispielsweise kann ein Array von Anordnungen mit einer Strahlungsquelle, beispielsweise einem Laser oder einer LED kombiniert werden, wobei die Srahlungsquelle das Array der Anordnungen mit elektromagnetischer Strahlung mit einer kürzeren Wellenlänge zum Strahlen anregt als die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, die von den Anordnungen erzeugt wird.
  • Zudem können Bereiche von Anordnungen mit verschiedenen Farben, wie z.B. Rot, Gelb, Blau und/oder Grün auf einem einzigen Chip kombiniert werden. Beispielsweise können die Arrays mit Anordnungen zur Realisierung von Lichtprojektoren verwendet werden. Zudem kann ein VCSEL-Laser mithilfe der Arrays dargestellt werden, wobei sowohl auf der Seite des Substrates als auch parallel dazu in einem festgelegten Abstand eine Spiegelschicht ausgebildet ist. Als Spiegelschichten werden beispielsweise planare Bragg-Reflektoren verwendet, die aus Schichten mit abwechselnd niedriger und hoher Brechzahl aufgebaut sind. Die Schichten haben jeweils eine optische Weglänge von einem Viertel der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung der Anordnungen.
  • Weiterhin kann ein Array mit Anordnungen mit einem Flashspeicher (EEPROM) kombiniert oder in einen Flashspeicher integriert werden. Die Anordnungen können zum Informations- oder Datentransfer an eine optische Faser angekoppelt sein. Weiterhin kann ein Array von Anordnungen mit einer Solarzelle kombiniert werden. Insbesondere kann ein Array von Anordnungen von einer Solarzelle mit Strom versorgt werden.
  • Als Materialien für die Ausbildung der Anordnungen, insbesondere für die Ausbildung der aktiven Zone können alle halbleitenden Materialien verwendet werden, die einen direkten Bandübergang mit einer strahlenden Rekombination für Ladungsträgerpaare ermöglichen und die die Ausbildung einer aktiven Zone mit einer sich örtlich ändernden Bandlücke ermöglichen.
  • Beispielsweise kann Bornitrid, Galliumantimonid, Galliumarsenid, Galliumnitrid, Galliumarsenidphosphid, Indiumantimonid, Indiumarsenid, Indiumnitrid, Indiumphosphid, Aluminium-Galliumarsenid, Indium-Galliumarsenid, Indium-Galliumphosphid, Aluminium-Indiumarsenid, Galliumarsenidphosphid, Galliumarsenidantimonid, Aluminium-Galliumnitrid, Indium-Galliumnitrid, Aluminium-Gallium-Indiumphosphid, Gallium-Indiumarsenidantimonidphosphid, Cadmiumselenid, Zinkoxid, Zinkselenid, Zinksulfid, Zinktellurid, Cadmium-Zinktellurid, Kupferchlorid, Kupfersulfid, Bleiselenid, Kupfer-Indium-Galliumselenid, Kupfer-Zink-Zinnsulfid, Kupfer-Indiumselenid als Materialien für die Ausbildung der aktiven Zone zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung verwendet werden. Z.B. kann zur Ausbildung der Struktur 5, der aktiven Zone 7 und/oder der Außenschicht 13 folgende Materialzusammensetzung verwendet werden: AlxGayInzBvNaAsbPcSbd mit v + x + y + z ≤ 1, mit a + b + c + d ≤ 1, mit 0 ≤ a, b, c, d, v, x, y, z ≤ 1. Durch eine entsprechende Variation der Dicke wenigstens einer Quantentopfschicht der aktiven Zone und/oder einer Variation der Zusammensetzung des Materials der aktiven Zone, insbesondere wenigstens einer Quantentopfschicht der aktiven Zone wird beispielsweise mit einer ternären und/oder einer quaternären Verbindung eine Abnahme der Bandlücke in der aktiven Zone für eine strahlende Rekombination in Richtung auf das freie Ende 25 der Struktur 5 erreicht.
  • 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Anordnung, die im Wesentlichen gemäß der Anordnung der 1 aufgebaut ist. Jedoch ist im Gegensatz zur Anordnung der 1 die Oberfläche 9 der Struktur 5 im dritten Abschnitt 23 nicht als plane Ebene senkrecht zur Längsachse der Struktur 5 ausgebildet, sondern es sind mehrere Flächen ausgebildet, die in einem Winkel kleiner als 90° geneigt zur Längsachse angeordnet sind. Im dritten Abschnitt 23 sind somit mehrere semipolare Flächen der Struktur 5 ausgebildet, auf denen auch die Halbleiterschichtstruktur 6 mit der aktiven Zone 7 angeordnet ist.
  • Die semipolaren Flächen der Außenfläche 9 der Struktur 5 im dritten Abschnitt 23 treffen sich in einem gemeinsamen oberen Punkt 26. Ebenso treffen sich die Flächen der Hableiterschichtstruktur 6 im dritten Abschnitt 23 in einem Punkt oberhalb des Punktes 26. Somit bildet die aktive Zone 7 oberhalb des Punktes 26 eine kleine Fläche, die beispielsweise kreisförmig ausgebildet ist und einen Durchmesser von beispielsweise kleiner als 10 nm aufweisen kann. Somit kann die Zone 7 über dem Punkt 26 in einem Quantenpunkt zusammenlaufen.
  • Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Oberfläche 9 der Struktur 5 im dritten Abschnitt 23 auch Flächen ausbilden, die in eine Ebene übergehen, die senkrecht zur Längsachse der Struktur 5 angeordnet ist. Bei dieser Ausbildungsform kann die aktive Zone 7 über der Ebene auch eine größere ebene Fläche ausbilden, wie in 1 gezeigt. Zudem kann die Anordnung eine Isolationsschicht 16 und einen weiteren Kontakt 15 aufweisen, um die Spitze der Anordnung elektrisch vorzuspannen. Auf den Kontakt 15 und die Isolationsschicht 16 kann auch verzichtet werden.
  • 9 zeigt in einer schematischen Darstellung den Verlauf der Bandkante entlang der Längsachse der Anordnung 1. Entlang dem ersten Abschnitt 10 sinkt die Energie der Bandlücke ausgehend von der Maskenschicht 3 in Richtung auf das freie Ende der Anordnung 1 von einer nullten Energie E0 auf eine erste Energie E1. Beim Übergang zum zweiten Abschnitt 11 sinkt die Bandlücke auf eine zweite Energie E2. Entlang dem zweiten Abschnitt 11 sinkt die Energie der Bandlücke von der zweiten Energie E2 auf eine dritte Energie E3. Beim Übergang zum dritten Abschnitt 23 sinkt die Energie der Bandlücke von der dritten Energie E3 auf eine vierte Energie E4. Entlang dem dritten Abschnitt 23 sinkt die Energie der Bandlücke in Richtung auf das freie Ende der Anordnung 1 von der vierten Energie E4 auf eine fünfte Energie E5. Beim Übergang zum Quantenpunkt kann die Energie der Bandlücke konstant auf der fünften Energie verharren oder auf eine sechste Energie E6 sinken. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Bandlücke in Richtung auf das freie Ende der Anordnung kontinuierlich, diskontinuierlich und/oder stufenweise absinken.
  • 10 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ansicht von oben auf eine Anordnung 1 der 8.
  • In den dargestellten Figuren ist die Halbleiterschichtstruktur 6 mantelförmig ausgebildet und bedeckt im wesentlichen die gesamte Oberfläche 9 der Struktur 5. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch nur Teilflächen der Oberfläche 9 der Struktur 5 mit der Halbleiterschichtstruktur 6 bedeckt sein, wobei wenigstens eine Teilflächen bis in den Bereich des freien Endes der Struktur reicht.
  • 11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Anordnung 1 der 1 im ersten Abschnitt. Dabei ist die mantelförmig umlaufende Halbleiterschichtstruktur 6 mit der aktiven Zone 7 zu sehen, die die Außenfläche 9 der Struktur 5 bedeckt. Die Kontaktschicht 13 ist ebenfalls mantelförmig auf der Halbleiterschichtstruktur 6 ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform weist die Struktur 5 eine sechseckige Grundfläche auf. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Struktur 5 auch andere Grundflächen aufweisen, insbesondere kann die Grundfläche weniger oder mehr Ecken aufweisen. Die Anordnung 1 weist im zweiten Abschnitt 11 einen analogen Querschnitt auf, wobei die Fläche der Struktur 5 kleiner ausgebildet ist. Sollte ein dritter Abschnitt 23 vorgesehen sein, wie in der Ausführungsform der 8 und 10 dargestellt ist, dann weist auch der dritte Abschnitt 23 einen analogen Querschnitt auf.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Anordnung
    2
    Substrat
    3
    Maskenschicht
    4
    Loch
    5
    Struktur
    6
    Halbleiterschichtstruktur
    7
    aktive Zone
    8
    Außenschicht
    9
    Außenfläche
    10
    erster Abschnitt
    11
    zweiter Abschnitt
    12
    Ebene
    13
    Kontaktschicht
    14
    Spiegelschicht
    15
    Weiterer Kontakt
    16
    Isolationsschicht
    17
    Reihe
    18
    Vorzugsrichtung
    19
    Bereich
    20
    erster Bereich
    21
    zweiter Bereich
    22
    dritter Bereich
    23
    dritter Abschnitt
    24
    weitere Kontaktschicht
    25
    freies Ende
    26
    oberer Punkt
  • 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
    • DE 102010012711 A1 [0002]

Claims (17)

  1. Anordnung (1) mit einer säulenartigen Struktur (5), die mit einem Ende auf einem Substrat (2) angeordnet ist, wobei die Struktur (5) wenigstens teilweise mit einer Halbleiterschichtstruktur (6) mit einer aktiven Zone (7) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung bedeckt ist, wobei die aktive Zone (7) eine Bandlücke für eine strahlende Rekombination aufweist, wobei die aktive Zone (7) in der Weise ausgebildet ist, dass die Bandlücke entlang einer Längsachse der Struktur (5) in Richtung eines freien Endes (12) der Struktur (5) abnimmt, so dass eine Diffusion von Ladungsträgern in Richtung des freien Endes (25) der Struktur (5) und eine strahlende Rekombination von Ladungsträgerpaaren im Bereich des freien Endes (25) der Struktur (5) unterstützt wird.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei eine Dicke wenigstens einer Quantentopfschicht der aktiven Zone (7) wenigstens in einem Abschnitt in Richtung auf das freie Ende (25) der Struktur (5) zunimmt.
  3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich eine Materialzusammensetzung der aktiven Zone (7), insbesondere einer Quantentopfschicht wenigstens in einem Abschnitt in Richtung auf das freie Ende (25) der Struktur (5) in der Weise ändert, dass die Bandlücke in Richtung auf das freie Ende (25) der Struktur (5) abnimmt.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktive Zone (7) in der Weise ausgebildet ist, dass die Bandlücke wenigstens in einem Abschnitt (10, 11) in Richtung auf das freie Ende (25) kontinuierlich abnimmt.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktive Zone (7) in Längsrichtung der Struktur (5) wenigstens in zwei Ebenen (10, 11, 23) angeordnet ist, wobei die zwei Ebenen zueinander geneigt angeordnet sind, wobei die aktive Zone (7) in der Weise ausgebildet ist, dass die Bandlücke wenigstens in einer Ebene (10, 11, 23) in Richtung auf das freie Ende (25) wenigstens in einem Abschnitt abnimmt.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, wobei die Bandlücke wenigstens in einer Ebene (10, 11, 23) in Richtung auf das freie Ende (25) kontinuierlich und/oder diskontinuierlich und/oder stufenweise abnimmt.
  7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktive Zone (7) In aufweist, insbesondere eine InGaN Schicht aufweist, und wobei eine Konzentration von Indium in Richtung auf das freie Ende (25) der Struktur (5) zunimmt, insbesondere wenigstens in einem Abschnitt (11, 12) einer Ebene in Richtung auf das freie Ende (25) kontinuierlich und/oder stufenweise zunimmt.
  8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die säulenartige Struktur (5) eine Kristallstruktur aufweist, wobei eine Außenfläche (9) der Struktur (5) in Richtung auf das freie Ende (25) der Struktur (5) von einer ersten Kristallebene (10) in eine zweite Kristallebene (11) übergeht, wobei die aktive Zone (7) auf den zwei Kristallebenen in zwei Ebenen in der Weise ausgebildet ist, dass die Bandlücke der aktiven Zone (7) von der ersten Ebene (10) zur zweiten Ebene (11) abnimmt.
  9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem freien Endbereich der Struktur (5) auf der aktiven Zone (7) eine Isolationsschicht (16) vorgesehen ist, und wobei auf der Isolationsschicht (16) ein elektrischer Kontakt (15) zur elektrischen Vorspannung vorgesehen ist.
  10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die säulenartige Struktur (5) entlang einer Längsrichtung in drei Abschnitte (10, 11, 23) unterteilt ist, wobei in einem ersten Abschnitt (10) ein Durchmesser der Struktur in Richtung auf das freie Ende (25) der Struktur (5) im wesentlichen konstant ist, wobei in einem folgenden zweiten Abschnitt (11) ein Durchmesser der Struktur (5) abnimmt, und wobei sich an den zweiten Abschnitt (11) ein dritter Abschnitt (23) der Struktur (5) anschließt, und wobei insbesondere ein Endbereich der aktiven Zone (7) auf einer Ebene (12) am freien Ende (25) der Struktur (5) im dritten Abschnitt (23) angeordnet ist, wobei die Ebene (12) im Wesentlichen quer, insbesondere senkrecht zu der Längsachse der Struktur (5) angeordnet ist und insbesondere punktförmig ausgebildet ist.
  11. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einem Substrat eine säulenartige Struktur aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus einem Halbleitermaterial erzeugt wird, wobei wenigstens auf einem Teil der Struktur eine Halbleiterschichtstruktur mit einer aktiven Zone zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung in der Weise ausgebildet wird, dass eine Bandlücke der aktiven Zone für eine strahlende Rekombination von Ladungsträgern entlang einer Längsachse der Struktur in Richtung auf ein freies Ende der Struktur abnimmt, so dass eine Diffusion von Ladungsträgern in Richtung des freien Endes der Struktur und eine strahlende Rekombination von Ladungsträgerpaaren im Bereich des freien Endes der Struktur unterstützt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die aktive Zone in der Weise abgeschieden wird, dass eine Dicke wenigstens einer Quantentopfschicht für eine strahlende Rekombination in Richtung auf das freie Ende der Struktur zunimmt.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die aktive Zone in der Weise abgeschieden wird, dass sich eine Materialzusammensetzung der aktiven Zone entlang einer Längserstreckung der Struktur in Richtung auf das freie Ende der Struktur in der Weise ändert, dass die resultierende Bandlücke abnimmt.
  14. Array mit einem Substrat (2) mit Anordnungen (1) insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit säulenartigen Strukturen (3) mit dreidimensionalen Halbleiterschichten (6, 7, 8) mit aktiven Zonen (7) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung, wobei in wenigstens einer Richtung eine höhere Dichte von Anordnungen (1) vorgesehen ist als in wenigstens einer zweiten Richtung.
  15. Array nach Anspruch 14, wobei wenigstens zwei Reihen von Anordnungen (1) vorgesehen sind, wobei die Reihen parallel zueinander ausgerichtet sind.
  16. Array nach Anspruch 15, wobei wenigstens zwei Bereiche (19) von Reihen vorgesehen sind, wobei in jedem Bereich (19) wenigstens zwei Reihen von Anordnungen parallel angeordnet sind, wobei die zwei Bereiche (19) parallel zueinander angeordnet sind, und wobei die zwei Bereiche (19) einen Abstand senkrecht in Bezug auf die Ausrichtung der Anordnungen (1) zueinander aufweisen, der größer ist als ein mittlerer Abstand zweier Anordnungen (1) in einem Bereich.
  17. Array nach Anspruch 16, wobei die aktiven Zonen (7) der Anordnungen (1) der verschiedenen Bereiche (19) im Mittel verschiedene Bandlücken aufweisen und/oder die Anordnungen (1) der Bereiche (19) unterschiedliche Abstände zueinander aufweisen.
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