DE112015005885B4

DE112015005885B4 - Optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE112015005885B4
Application number: DE112015005885.0T
Authority: DE
Inventors: Christoph Eichler; Adrian Stefan Avramescu
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2015-01-05
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2023-11-23
Anticipated expiration: 2035-12-30
Also published as: JP6681400B2; CN107112387A; WO2016110433A1; US20170373220A1; DE112015005885A5; DE102015100029A1; US10020421B2; CN107112387B; JP2018500762A

Abstract

Optoelektronisches Bauelement mit einer aktiven Zone zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung, wobei die aktive Zone wenigstens zwei Quantenfilme (3, 5) aufweist, wobei der erste Quantenfilm (3) zwischen einer ersten und einer zweiten Barriereschicht (2, 4) angeordnet ist, wobei der zweite Quantenfilm (5) zwischen der zweiten und einer letzten Barriereschicht (4, 6) angeordnet ist, wobei Bandlücken der ersten und der zweiten Barriereschicht (2, 4) in einem anderen Verhältnis zueinander stehen als Bandlücken der zweiten und der letzten Barriereschicht (4, 6), wobei die erste und die zweite Barriereschicht (2, 4) eine gleich große Bandlücke aufweisen, wobei die letzte Barriereschicht (6) eine größere Bandlücke als die zweite Barriereschicht (4) aufweist, wobei die zweite Barriereschicht (4) eine höhere elektrische Dotierung als die erste und die letzte Barriereschicht (2, 6) aufweist, und wobei die erste Barriereschicht (2) eine höhere elektrische Dotierung als die letzte Barriereschicht (6) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement gemäß Patentanspruch 1.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 100 029.6 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Im Stand der Technik sind optoelektronische Bauelemente bekannt, die eine aktive Zone zum Erzeugen einer elektromagnetischen Strahlung aufweisen, wobei die aktive Zone Quantenfilme aufweist, die über Barriereschichten voneinander beabstandet sind.
Aus US 2008/0093593 A1 ist ein optoelektronisches Bauteil mit einer aktiven Zone zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung bekannt, wobei die aktive Zone zwei Quantenfilme aufweist, wobei der erste Quantenfilm zwischen einer ersten und einer zweiten Barriereschicht angeordnet ist, wobei der zweite Quantenfilm zwischen der zweiten und einer dritten Barriereschicht angeordnet ist, wobei die Bandlücken der ersten und der zweiten Barriereschicht in einem anderen Verhältnis zueinander stehen als die Bandlücken der zweiten und der dritten Barriereschicht.
Aus US 2014/0008607 A1 ist ein optoelektronisches Bauelement mit einer Quantenwellstruktur bekannt, die eine aktive Zone zum erzeugen elektromagnetischer Strahlung aufweist, wobei die aktive Zone zwei Quantenfilme aufweist, wobei der erste Quantenfilm zwischen einer ersten und einer zweiten Barriereschicht angeordnet ist, wobei der zweite Quantenfilm zwischen der zweiten und der letzten Barriereschicht angeordnet ist. Die Bandlücken der ersten und der zweiten Barriereschicht stehen in einem anderen Verhältnis als die Bandlücken der zweiten und der letzten Barriereschicht. Die erste und die zweite Barriereschicht weisen eine höhere elektrische Dotierung als die letzte Barriereschicht auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes optoelektronisches Bauelement bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Bauelement gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Vorteil des beschriebenen Bauelementes besteht darin, dass eine gleichmäßigere Befüllung der Quantenfilme mit Elektronen und Löchern erreicht wird. Dadurch kann eine größere Verstärkung der optischen Welle erreicht werden. Zudem wird eine Absorption durch ungepumpte Quantenfilme reduziert. Dadurch sinkt die Laserschwelle, wobei die Steilheit der Laserkennlinie verbessert wird. Zudem sinkt ein Operationsstrom und die Effizienz des optoelektronischen Bauelementes wird erhöht. Dadurch werden eine höhere Ausgangsleistung und eine längere Lebensdauer ermöglicht.
Diese Vorteile werden dadurch erreicht, dass das optoelektronische Bauelement mit einer aktiven Zone zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, wobei die aktive Zone wenigstens zwei Quantenfilme aufweist, wobei der erste Quantenfilm zwischen einer ersten und einer zweiten Barriereschicht angeordnet ist, wobei der zweite Quantenfilm zwischen der zweiten und einer letzten Barriereschicht angeordnet ist, wobei jede Barriereschicht eine Bandlücke aufweist, wobei die Bandlücken der ersten und der zweiten Barriereschicht in einem anderen Verhältnis zueinander stehen als die Bandlücken der zweiten und der dritten Barriereschicht.
Die erste und die zweite Barriereschicht weisen eine gleich große Bandlücke auf, und wobei die letzte Barriereschicht eine größere Bandlücke als die zweite Barriereschicht aufweist. Dadurch wird eine weitere Verbesserung der elektrooptischen Eigenschaften erreicht.
Die zweite Barriereschicht weist eine höhere Dotierung als die erste und die letzte Barriereschicht auf, und wobei die erste Barriereschicht eine höhere Dotierung als die letzte Barriereschicht aufweist. Dadurch kann eine weitere Verbesserung der optoelektronischen Eigenschaften erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Bandlücke innerhalb einer Barriereschicht gestuft oder mit einem ansteigenden Wert entlang einer Dicke der Barriereschicht ausgebildet. Dadurch kann eine weitere Optimierung der optoelektronischen Eigenschaften erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Bandlücke innerhalb einer Barriereschicht gestuft oder mit einem absteigenden oder einem ansteigenden Wert entlang einer Dicke der Barriereschicht ausgebildet. Dadurch kann eine weitere Verbesserung der optoelektronischen Eigenschaften erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die elektrische Dotierung innerhalb einer Barriereschicht gestuft oder mit einem ansteigenden Wert entlang einer Dicke der Barriereschicht ausgebildet. Auf diese Weise kann eine weitere Optimierung der optoelektronischen Eigenschaften ermöglicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die elektrische Dotierung mittensymmetrisch zu einer Mitte der Barriereschicht in Form eines abfallenden Profiles in Richtung auf Randbereiche der Barriereschicht ausgebildet. Dadurch kann eine weitere Optimierung der optoelektronischen Eigenschaften des Bauelementes erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Barriereschicht zwischen einer ersten Wellenleiterschicht und dem ersten Quantenfilm angeordnet. Zudem ist die letzte Barriereschicht zwischen dem zweiten Quantenfilm und einer zweiten Wellenleiterschicht angeordnet. Weiterhin weist die erste Wellenleiterschicht eine kleinere Bandlücke als die zweite Wellenleiterschicht auf. Auch dadurch wird eine weitere Verbesserung der optoelektronischen Eigenschaften erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens ein weiterer Quantenfilm zwischen dem zweiten Quantenfilm und der letzten Barriereschicht vorgesehen. Zwischen dem zweiten Quantenfilm und dem weiteren Quantenfilm ist eine weitere zweite Barriereschicht vorgesehen. Die letzte Barriereschicht grenzt an den weiteren Quantenfilm an. Auf diese Weise können auch aktive Zonen mit mehreren Quantenfilmen verbesserte optoelektronischen Eigenschaften aufweisen.
Die weitere zweite Barriereschicht kann entsprechend der zweiten Barriereschicht oder entsprechend der letzten Barriereschicht ausgebildet sein. Zudem kann die weitere zweite Barriereschicht in Bezug auf die Bandlücke und/oder die elektrische Dotierung Werte aufweisen, die zwischen den Werten der zweiten Barriereschicht und den Werten der letzten Barriereschicht liegen.
Zudem können abhängig von der gewählten Ausführungsform mehrere zweite Barriereschichten vorgesehen sein, die gemäß der zweiten Barriereschicht oder der letzten Barriereschicht ausgebildet sind oder die Werte in Bezug auf die Bandlücke und/oder die elektrische Dotierung aufweisen, die zwischen den Werten der zweiten Barriereschicht und den Werten der letzten Barriereschicht liegen.
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.

Die 1 bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines optoelektronischen Bauelementes mit zwei Quantenfilmen, wobei wenigstens ein Teilabschnitt des Bauelements aus dem Materialsystem InGaN gebildet ist, wobei die Indiumkonzentration und die elektrische Dotierung über die Dicke des optoelektronischen Bauelementes dargestellt sind.
7 und 8 zeigen weitere Ausführungsformen eines optoelektronischen Bauelementes mit zwei Quantenfilmen, wobei wenigstens ein Teilabschnitt des Bauelementes aus dem Materialsystem InGaAlN gebildet ist, und wobei eine Indiumkonzentration und eine Aluminiumkonzentration und eine elektrische Dotierung über die Dicke eines Teilabschnittes des optoelektronischen Bauelementes dargestellt sind.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelements.
10 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Verlauf einer Indiumkonzentration und einer elektrischen Dotierung eines optoelektronischen Bauelementes mit drei Quantenfilmen.
11 bis 15 zeigen weitere Ausführungsformen eines optoelektronischen Bauelementes mit zwei Quantenfilmen.
16 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Teilausschnittes eines optoelektronischen Bauelementes, wobei die erste und die zweite Barriereschicht eine annähernd große Bandlücke aufweisen.
17 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Bauelementes, wobei die zweite Barriereschicht eine kleinere Bandlücke als die erste und die letzte Barriereschicht aufweist.
18 zeigt eine weitere Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes, wobei die erste und die zweite Barriereschicht eine annähernd gleich große Dotierung aufweisen.
19 zeigt eine weitere Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes, wobei die letzte Barriere eine kleinere Bandlücke als die zweite Barriere und die zweite Barriere eine kleinere Bandlücke als die erste Barriere aufweist.

Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf optoelektronische Bauelemente, die wenigstens teilweise aus einem Halbleitermaterial bestehen. Im Folgenden werden Beispiele für die Materialsysteme InGaN und InGaAlN beschrieben. Die Vorteile der beschriebenen optoelektronischen Bauelemente sind jedoch nicht auf diese Materialsysteme beschränkt, sondern können auch mit anderen Halbleitermaterialien erreicht werden. Eine Indiumkonzentration oder Aluminiumkonzentration 8 ist als durchgezogene Linie dargestellt. Eine positive oder negative elektrische Dotierung 9 ist in Form einer gestrichelten Linie dargestellt.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teilausschnitt eines Schichtaufbaus eines optoelektronischen Bauelementes, das insbesondere als Halbleiterlaser oder als Halbleiterdiode ausgebildet ist. Der dargestellte Teilausschnitt des Bauelementes ist aus einem InGaN Materialsystem gebildet, wobei der In Gehalt über die Dicke des Bauelementes variiert.
In 1 ist über eine Dicke des Schichtaufbaus die Konzentration 8 des Indiumgehalts in Form einer durchgezogenen Linie und die Konzentration der elektrischen Dotierung 9 in Form einer gestrichelten Linie angegeben. Der Indiumgehalt ist in Prozentangaben und die elektrische Dotierung ist in Einheiten von 1 x 10¹⁸/cm³ angegeben. Eine elektrisch negative Dotierung wird bei den Materialsystem InGaN oder AlInGaN z.B. mit Silizium erreicht. Eine elektrisch positive Dotierung wird bei den Materialsystemen InGaN oder AlInGaN z.B. mit Magnesium erreicht. Mit steigendem Indiumgehalt wird eine Bandlücke zwischen einem Valenzband und einem Leitungsband das InGaN Materialsystems kleiner. Mit steigendem Aluminiumgehalt wird die Bandlücke zwischen einem Valenzband und einem Leitungsband das AlInGaN Materialsystems größer.
Die Darstellung des Schichtaufbaus ist schematisch wiedergegeben, das heißt es können weitere oder zusätzliche Schichten zwischen den einzelnen dargestellten Schichten vorgesehen sein. Zudem ist nur ein Ausschnitt des optoelektronischen Bauelementes dargestellt, sodass auf beiden Seiten der dargestellten Schichtfolge weitere Schichten vorgesehen sein können. Diese Ausführungen betreffen auch die weiteren 2 bis 19.
Das optoelektronische Bauelement weist eine erste Wellenleiterschicht 1 auf. Die erste Wellenleiterschicht 1 ist auf einer n-Kontaktseite angeordnet. Nach der ersten Wellenleiterschicht 1 folgt eine erste Barriereschicht 2. Auf die erste Barriereschicht 2 folgt ein erster Quantenfilm 3. Auf den ersten Quantenfilm 3 folgt eine zweite Barriereschicht 4. Auf die zweite Barriereschicht 4 folgt ein zweiter Quantenfilm 5. Auf den zweiten Quantenfilm 5 folgt eine letzte Barriereschicht 6. Auf die letzte Barriereschicht 6 folgt eine zweite Wellenleiterschicht 7, die auf einer p-Seite angeordnet ist. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die dargestellten Schichten direkt aneinander angrenzen oder es können auch weitere Schichten zwischen den dargestellten Schichten angeordnet sein. Die Schichten sind über eine Schichtdicke d des optoelektronischen Bauelementes aufgetragen, wobei die Dicken der Schichten nicht maßstabgetreu im Verhältnis zueinander dargestellt sind. Zudem sind die Schichten in der Weise angeordnet, dass eine Wachstumsrichtung, in der die Schichten aufeinander aufgewachsen werden von der ersten Wellenleiterschicht 1 in Richtung zur zweiten Wellenleiterschicht 7 verläuft.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, die aktive Zone, das heißt die Barriereschichten 2, 4, 6 der aktiven Zone, asymmetrisch in der Weise zu gestalten, dass die wenigstens zwei Quantenfilme 3, 5, gleichmäßiger mit Elektronen und Löchern befüllt werden. Durch eine gleichmäßigere Befüllung der Quantenfilme mit Elektronen und Löchern wird eine höhere Verstärkung der optischen Welle ermöglicht, wobei einer Absorption durch ungepumpte Quantenfilme reduziert wird. Dadurch werden eine Absenkung der Laserschwelle und eine Verbesserung der Steilheit der Laserkennlinie erreicht. Zudem sinkt der Operationsstrom und die Effizienz des optoelektronischen Bauelementes wird erhöht. Weiterhin ist eine höhere Ausgangsleistung bei gleichzeitiger Verlängerung der Lebensdauer möglich. Die erste Barriereschicht 2 kann elektrisch niedrig dotiert bis undotiert sein. Dabei kann beispielsweise die elektrische Dotierung der ersten Barriereschicht 2 kleiner als 6 x 10¹⁸/cm³, beispielsweise kleiner 2 x 10¹⁸/cm³, oder kleiner 1 x 10¹⁸/cm³ sein. Zudem kann die erste Barriereschicht 2 eine kleine Bandlücke, d.h. eine hohe Indiumkonzentration aufweisen, die beispielsweise zwischen 3 bis 20 %, bevorzugt zwischen 5 bis 12 %, besonders bevorzugt zwischen 7 und 10 % liegt. Weiterhin kann die Dicke der ersten Barriereschicht 2 im Bereich zwischen 0,5 nm und 20 nm, beispielsweise zwischen 2 nm und 15 nm liegen. Zudem kann die Dicke der ersten Barriereschicht auch zwischen 4 nm und 10 nm liegen.
Die zweite Barriereschicht 4, die zwischen den zwei Quantenfilmen 3, 5 angeordnet ist, kann ebenfalls elektrisch hoch dotiert sein. Dabei kann die elektrische Dotierung zwischen 1 × 10¹⁸/cm³ und 3 × 10¹⁹/cm³ liegen. Weiterhin kann die elektrische Dotierung zwischen 4 bis 20 × 10¹⁸/cm³ liegen. Besonders bevorzugt kann die elektrische Dotierung der zweiten Barriere 4 zwischen 5 bis 10 × 10¹⁸/cm³ liegen. Die zweite Barriere 4 kann eine größere Bandlücke, d.h. weniger Indium als die erste Barriere 2 aufweisen. Zudem kann die zweite Barriere 4 eine noch größere Bandlücke, d.h. wenig bis kein Indium aufweisen. Beispielsweise liegt der Indiumgehalt der zweiten Barriereschicht 4 unter 6 %, bevorzugt unter 3 %, besonders bevorzugt unter 0,5 %. Zudem kann in der zweiten Barriereschicht 4 auch gar kein Indium vorhanden sein.
Die erste, zweite und letzte Barriereschicht 2, 4, 6 sind aus Indiumgalliumnitrid oder Galliumnitrid gebildet, je nachdem wie hoch der Anteil an Indium in der entsprechenden Barriereschicht ist. Die zweite Barriereschicht 4 kann eine Dicke im Bereich zwischen 0,5 nm bis 20 nm, vorzugsweise zwischen 4 nm und 15 nm, besonders bevorzugt zwischen 6 nm bis 11 nm aufweisen.
Bei der letzten Barriereschicht 6 kann die elektrische Dotierung im Bereich kleiner 2 × 10¹⁹/cm³, vorzugsweise kleiner 4 x 10¹⁸/cm³, besonders bevorzugt kleiner 1 × 10¹⁸/cm³ oder undotiert sein. Zudem weist die letzte Barriereschicht 6 eine große Bandlücke, d.h. wenig bis kein Indium auf, wobei die Indiumkonzentration kleiner 6 %, vorzugsweise kleiner 3 %, besonders bevorzugt kleiner 5 % bis 0 % liegen kann, sodass die letzte Barriereschicht 6 aus Galliumnitrid aufgebaut sein kann. Die Dicke der letzten Barriereschicht 6 kann im Bereich zwischen 0,5 nm bis 20 nm, vorzugsweise zwischen 4 nm und 12 nm, besonders bevorzugt zwischen 6 nm und 10 nm liegen.
Die elektrische Dotierung der ersten, zweiten und letzten Barriereschicht 2, 4, 6 ist n-leitend, wobei als Dotierstoff zum Beispiel Silizium, Sauerstoff oder Germanium verwendet werden kann. Gute optoelektronische Eigenschaften werden dadurch erreicht, dass die erste Barriereschicht 2 eine relativ niedrige Bandlücke, d.h. eine relativ hohe Indiumkonzentration aufweist, wobei die zweite Barriereschicht 4 und die letzte Barriereschicht 6 eine größere Bandlücke, d.h. eine geringere Indiumkonzentration bzw. keine Indiumkonzentration aufweisen. Zudem kann die elektrische Dotierung der ersten Barriereschicht 2 gleich groß oder kleiner sein als die elektrische Dotierung der zweiten Barriereschicht 4. Weiterhin weist die dritte Barriereschicht eine elektrische Dotierung auf, die kleiner als die elektrische Dotierung der zweiten und/oder der ersten Barriereschicht ist. Weiterhin kann die zweite Barriereschicht 4 in der Dicke größer ausgebildet werden als die erste Barriereschicht 2. Sind mehr als zwei Quantenfilme 3, 4 vorgesehen, so können die zusätzlichen Barriereschichten abhängig von der gewählten Ausführungsform gemäß der zweiten Barriereschicht 4 ausgebildet werden.
Zudem können die weiteren Barriereschichten in Bezug auf die Indiumkonzentration, die elektrische Dotierung, die Schichtdicke und/oder in Bezug auf eine Aluminiumkonzentration gemäß einem Wert zwischen den entsprechenden Werten der zweiten Barriereschicht 4 und der letzten Barriereschicht 6 ausgebildet werden.
Die erste Wellenleiterschicht 1 weist kein Indium auf. Die erste Barriereschicht 2 weist beispielsweise eine Indiumkonzentration im Bereich von 10 % auf. Der erste Quantenfilm 3 weist eine Indiumkonzentration im Bereich von 20 % auf. Die zweite Barriereschicht 4 weist eine Indiumkonzentration auf, die im Bereich von 5 % liegt. Der zweite Quantenfilm 5 weist eine Indiumkonzentration auf, die im Bereich von 20 % liegt. Die letzte Barriereschicht 6 weist eine Indiumkonzentration auf, die im Bereich von 2 bis 4 % liegt. Die zweite Wellenleiterschicht 7 weist keine Indiumkonzentration auf. Die erste Wellenleiterschicht 1 weist eine elektrische Dotierung auf, die im Bereich von 2 x 10¹⁸/cm³ liegt. Die erste Barriereschicht 2 weist eine elektrische Dotierung auf, die im Bereich von 5 x 10¹⁸/cm³ liegt. Der erste Quantenfilm 3 weist keine elektrische Dotierung auf. Die zweite Barriereschicht 4 weist eine elektrische Dotierung auf, die im Bereich von 5 × 10¹⁸/cm³ liegt. Der zweite Quantenfilm 5 weist keine elektrische Dotierung auf. Die letzte Barriereschicht 6 weist keine elektrische Dotierung auf. Ebenso ist die zweite Wellenleiterschicht 7 undotiert. Durch die höhere Indiumkonzentration auf der n-Seite im Vergleich zur Indiumkonzentration der Barrieren auf der p-Seite wird eine bessere Injektion von Ladungsträgern in die Quantenfilme 3, 5 erreicht. Insbesondere ist die Injektion gleichmäßiger.
2 zeigt den gleichen Schichtaufbau wie 1, wobei jedoch im Gegensatz zum Schichtaufbau der 1 die erste Wellenleiterschicht 1 eine Indiumkonzentration 8 im Bereich von 4 % aufweist. Zudem weist die letzte Barriereschicht 6 eine Indiumkonzentration 8 auf, die im Bereich von 0 % liegt. Weiterhin weist die zweite Wellenleiterschicht 7 eine Indiumkonzentration 8 auf, die im Bereich von 4 % liegt. Die Indiumkonzentration 8 ist als durchgezogene Linie dargestellt. Die elektrische Dotierung 9 ist in Form einer gestrichelten Linie dargestellt. Durch das Vorsehen von Indium bzw. die Ausbildung der ersten und der zweiten Wellenleiterschicht 1, 7 in Form von Indiumgalliumnitrid wird eine bessere Wellenführung erreicht. Die weiteren Schichten weisen den entsprechenden Aufbau und die elektrische Dotierung gemäß der 1 auf.
Auch in dieser Ausführungsform wird durch eine kleinere Bandlücke, d.h. eine höhere Indiumkonzentration in der ersten Barriereschicht 1 im Vergleich zur zweiten und zur dritten Barriereschicht 4, 6 eine bessere Injektion von Ladungsträgern, insbesondere eine gleichmäßigere Injektion von Ladungsträgern in den ersten und den zweiten Quantenfilm 3, 5 erreicht.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform des optoelektronischen Bauelementes, wobei die elektrische Dotierung 9 der Schichten gemäß der 1 und 2 ausgebildet ist, wobei jedoch im Vergleich zur 2 die erste Wellenleiterschicht 1 eine Indiumkonzentration 8 im Bereich von 2 % aufweist. Zudem weist die zweite Barriereschicht 4 kein Indium auf. Ebenso weist die letzte Barriereschicht 6 kein Indium auf. Die Indiumkonzentration 8 der ersten Barriereschicht 2 liegt im Bereich von 8 %. Zudem liegt die Indiumkonzentration 8 der zweiten Wellenleiterschicht 7 ebenfalls im Bereich von 2 %. In dieser Ausführungsform ist die erste Barriereschicht 2 aus Indiumgalliumnitrid, die zweite und die letzte Barriereschicht 4, 6 aus Galliumnitrid gebildet. Auch dadurch wird eine bessere Injektion bzw. eine gleichmäßigere Injektion von Ladungsträgern in die Quantenfilme 3, 5 erreicht. Durch die Ausbildung der Wellenleiter 1, 7 aus Indiumgalliumnitrid wird eine bessere Wellenführung der optischen Mode ermöglicht.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes, wobei die Indiumkonzentration 8 der ersten Barriereschicht 2, des ersten Quantenfilmes 3, der zweiten Barriereschicht 4 und der letzten Barriereschicht 6 gemäß 3 ausgebildet ist. Im Gegensatz zu 3 weist die erste Wellenleiterschicht 1 und die zweite Wellenleiterschicht 7 kein Indium auf. Zudem ist die elektrische Dotierung 9 gegenüber der Ausführungsform der 3 für die erste Barriereschicht niedriger ausgebildet und liegt im Bereich von 2 bis 3 × 10¹⁸/cm³. Zudem liegt die Dotierung 9 der zweiten Barriereschicht 4 bei 5-6×10¹⁸/cm³.Somit liegt eine geringe Dotierung in der ersten Barriereschicht 2 vor, wobei die zweite Barriereschicht 4 eine höhere bzw. hohe Dotierung aufweist. Damit wird eine verbesserte Ladungsträgerverteilung zwischen den Quantenfilmen 3, 5 erreicht.
5 zeigt eine Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes, die im Wesentlichen der Ausführungsform der 4 entspricht, wobei jedoch im Gegensatz zur Ausführungsform der 4 die erste und die zweite Wellenleiterschicht 1, 7 aus Indiumgalliumnitrid ausgebildet sind, wobei die Indiumkonzentration 8 in der ersten Wellenleiterschicht im Bereich von 4 % und die Indiumkonzentration 8 der zweiten Wellenleiterschicht 7 ebenfalls im Bereich von 4 % liegt. Die elektrischen Dotierungen 9 der ersten und der zweiten Wellenleiterschicht 1, 7 entsprechen der elektrischen Dotierung 9 der Ausführung der 4. Zudem ist die elektrische Dotierung 9 der zweiten Barriereschicht 4 höher als in der Ausführungsform der 4 und liegt im Bereich von 8 × 10¹⁸/cm³. Zudem liegt wieder eine geringe elektrische Dotierung 9 der ersten Barriereschicht 2 im Bereich von 2 × 10¹⁸/cm³ vor, wobei die zweite Barriereschicht 4 eine sehr hohe elektrische Dotierung im Bereich von 8 × 10¹⁸/cm³ aufweist. Dadurch wird eine weitere Verbesserung der Ladungsträgerverteilung zwischen den Quantenfilmen 3, 5 erreicht.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes, wobei die erste Barriereschicht 2 eine geringe oder keine elektrische Dotierung 9 aufweist. Die elektrische Dotierung liegt unter 1 × 10¹⁸/cm³. Die elektrische Dotierung der zweiten Barriereschicht 4 liegt höher als 7 × 10¹⁸/cm³. Im dargestellten Beispiel liegt die elektrische Dotierung 9 der zweiten Barriereschicht 4 im Bereich von 8 × 10¹⁸/cm³. Die erste und die zweite Wellenleiterschicht 1, 7 sind aus Indiumgalliumnitrid ausgebildet und weisen eine Indiumkonzentration 8 im Bereich von 2 % auf. Weiterhin ist die zweite Barriereschicht 4 dicker ausgebildet als die erste und/oder die letzte Barriereschicht 2, 6. Beispielsweise kann die zweite Barriereschicht 4 eine Dicke aufweisen, die um 5 %, vorzugsweise 10 %, insbesondere um 20 % oder mehr dicker als die erste und/oder die letzte Barriereschicht ist. Auf diese Weise werden bessere Hochtemperatureigenschaften des Bauelementes erreicht.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines optoelektronischen Bauelementes, das in dem dargestellten Teilausschnitt aus dem Materialsystem AlInGaN aufgebaut ist, wobei die einzelnen Schichten Indium und/oder Aluminium aufweisen. Die Indium- bzw. Aluminiumkonzentration ist in der Weise dargestellt, dass ausgehend von dem Wert 0 nach oben der Indiumgehalt und ausgehend von dem Wert 0 nach unten der Aluminiumgehalt durch die durchgezogenen Linie 8 dargestellt ist. Zudem ist die elektrische Dotierung 9 für die einzelnen Schichten angegeben.
Die erste Barriereschicht 2 weist eine hohe Indiumkonzentration im Bereich von 10 % auf. Die zweite Barriereschicht 4 und die letzte Barriereschicht 6 weisen eine Aluminiumkonzentration im Bereich von 2,5 % auf. Das heißt die zweite und letzte Barriereschicht 4, 6 sind aus Aluminiumgalliumnitrid gebildet. Dadurch wird eine verbesserte Ladungsträgerinjektion erreicht. Die erste Wellenleiterschicht 1 weist kein Indium auf und besteht aus Galliumnitrid. Der erste Quantenfilm 3 weist eine Indiumkonzentration im Bereich von 20 % auf. Der zweite Quantenfilm 5 weist eine Indiumkonzentration im Bereich von 20 % auf. Die zweite Wellenleiterschicht 7 weist weder Aluminium noch Indium auf. Die erste Wellenleiterschicht weist eine Dotierung im Bereich von 3 × 10¹⁸/cm³ auf. Die erste Barriereschicht und der erste Quantenfilm 3 weisen nahezu keine elektrische Dotierung auf. Die zweite Barriereschicht 4 weist eine Dotierung im Bereich 6 × 10¹⁸/cm³ auf. Der zweite Quantenfilm 5, die letzte Barriereschicht 6 und die zweite Wellenleiterschicht 7 weisen eine geringe oder keine elektrische Dotierung auf.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes, das in dem dargestellten Teilausschnitt aus dem Materialsystem AlInGaN gebildet ist, wobei die erste Wellenleiterschicht 1 aus Aluminiumgalliumnitrid besteht und eine Konzentration von 20 % Aluminium aufweist. Die erste Barriereschicht 2 besteht ebenfalls aus Aluminiumgalliumnitrid und weist eine Konzentration von 10 % Aluminium auf. Der erste Quantenfilm 3 ist aus Galliumnitrid gebildet. Ebenso ist der zweite Quantenfilm 5 aus Galliumnitrid gebildet. Die zweite Barriereschicht 4 weist Aluminiumgalliumnitrid auf, wobei der Aluminiumgehalt im Bereich von 20 % liegt. Ebenso weist die letzte Barriereschicht 6 Aluminiumgalliumnitrid auf, wobei der Aluminiumgehalt bei 20 % liegt. Die zweite Wellenleiterschicht 7 weist ebenfalls Aluminiumgalliumnitrid auf, wobei der Aluminiumgehalt im Bereich von 19 % liegt. Die erste Wellenleiterschicht 1 weist eine elektrische Dotierung im Bereich von 8 × 10¹⁸/cm³auf. Die erste Barriereschicht 2 weist eine geringe Dotierung auf, die im Bereich von 1 × 10¹⁸/cm³ oder kleiner liegt. Der erste und der zweite Quantenfilm 3, 5 weisen im Wesentlichen keine elektrische Dotierung auf. Die zweite Barriereschicht 4 weist eine elektrische Dotierung auf, die im Bereich von 10 × 10¹⁸/cm³ liegt. Die letzte Barriereschicht 6 und die zweite Wellenleiterschicht 7 weisen eine geringe oder keine elektrische Dotierung auf. Diese Ausführungsform eignet sich z. B. für die Ausbildung eines Ultravioletthalbleiterlasers mit Galliumnitrid-Quantenfilmen. Die n-seitige erste Barriereschicht 2 weist wenig Aluminium, die zweite Barriereschicht 4 und die letzte Barriereschicht 6 weisen eine höhere Aluminiumkonzentration auf. Auf diese Weise wird eine verbesserte Injektion von Ladungsträgern, insbesondere eine gleichmäßige Injektion von Ladungsträgern in dem ersten und in dem zweiten Quantenfilm ermöglicht. Zudem wird durch die geringe bis keine Dotierung der ersten Barriereschicht 2 und durch die hohe Dotierung in der zweiten Barriereschicht 4 eine bessere Ladungsträgerverteilung in den Quantenfilmen 3, 5 erreicht.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes, die beispielsweise für die Ausbildung eines grünen Hablleiterlasers mit Indiumgalliumnitridbarrieren geeignet ist. Die erste Wellenleiterschicht 1 weist Indiumgalliumnitrid auf, wobei der Indiumgehalt im Bereich von 5 % liegt. Die erste Barriereschicht 2 weist Indiumgalliumnitrid auf, wobei der Indiumgehalt bei 15 % liegt. Der erste Quantenfilm 3 weist Indiumgalliumnitrid auf, wobei der Indiumgehalt bei 30 % liegt. Die zweite Barriereschicht 4 weist Indiumgalliumnitrid auf, wobei der Indiumgehalt bei 5 % liegt. Der zweite Quantenfilm 5 weist Indiumgalliumnitrid auf, wobei der Indiumgehalt bei 30 % liegt. Die letzte Barriereschicht 6 weist Indiumgalliumnitrid auf, wobei der Indiumgehalt bei 5 % liegt. Die zweite Wellenleiterschicht 7 weist Indiumgalliumnitrid auf, wobei der Indiumgehalt bei 6 % liegt. Weiterhin weist die erste Wellenleiterschicht 1 eine elektrische Dotierung im Bereich von 3 x 10¹⁸/cm³, die erste Barriereschicht 2 eine geringe oder keine Dotierung, ebenso der erste Quantenfilm 3, auf. Die zweite Barriereschicht 4 weist eine elektrische Dotierung im Bereich von 7 × 10¹⁸/cm³ auf. Der zweite Quantenfilm 5, die letzte Barriereschicht 6 und die zweite Wellenleiterschicht 7 weisen eine geringe bzw. keine elektrische Dotierung auf. Durch die Ausbildung der n-seitigen ersten Barriereschicht 2 mit einem hohen Indiumgehalt, der mittleren und der letzten Barriereschicht 4, 6 aus Indiumgalliumnitrid mit einem geringeren Indiumgehalt als der ersten Barriereschicht 2 wird eine bessere Injektion an Ladungsträgern ermöglicht. Zudem sorgt eine geringe bis keine Dotierung der ersten Barriereschicht 2 und eine höhere bis hohe Dotierung der zweiten Barriereschicht 4 für eine bessere Ladungsträgerverteilung zwischen den Quantenfilmen 3, 5.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes, das im Wesentlichen wie die Ausführungsform der 9 ausgebildet ist, wobei jedoch eine weitere, zweite Barriereschicht 10 und ein dritter Quantenfilm 11 vorgesehen sind. Die weitere zweite Barriereschicht 10 ist zwischen dem zweiten Quantenfilm 5 und dem dritten Quantenfilm 11 angeordnet. Auf den dritten Quantenfilm 11 folgt die letzte Barriereschicht 6. Die weitere zweite Barriereschicht 10 ist im Wesentlichen identisch zur zweiten Barriereschicht 4 ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die weitere zweite Barriereschicht 10 auch unterschiedlich zur zweiten Barriereschicht 4 ausgebildet sein. Die weitere zweite Barriereschicht 10 kann in Bezug auf die Indiumkonzentration und/oder die Aluminiumkonzentration und/oder die elektrische Dotierung Werte wie die zweite Barriereschicht 4 oder Werte zwischen den Werten der zweiten Barriereschicht 4 und den Werten der letzten Barriereschicht 6 aufweisen. Der Indiumgehalt der ersten Wellenleiterschicht 1 liegt im Bereich von 1 %, ebenso der Indiumgehalt der zweiten Wellenleiterschicht 7. Der Indiumgehalt der ersten Barriereschicht 2 liegt im Bereich von 10 %. Der Indiumgehalt der zweiten Barriereschicht 4, der weiteren zweiten Barriereschicht 10 und der letzten Barriereschicht 6 liegt im Bereich von 0 %. Die Ausbildung der n-seitigen ersten Barriereschicht 2 mit viel Indium und der restlichen Barriereschichten mit weniger Indium, insbesondere nur aus Galliumnitrid, sorgt für eine bessere Injektion von Ladungsträgern. Zudem wird durch eine geringe bis keine Dotierung der ersten Barriereschicht 2 und einer höheren, insbesondere einer hohen Dotierung der zweiten und der weiteren zweiten Barriereschicht 4, 10 eine bessere Ladungsträgerverteilung zwischen den Quantenfilmen 3, 5, 11 erreicht. Die Ausbildung der ersten und der zweiten Wellenleiterschicht aus Indiumgalliumnitrid sorgt für eine bessere Wellenführung.
Eine entsprechende Anordnung gemäß 10 kann auch mehr als drei Quantenfilme und weitere zweite Barriereschichten aufweisen. Dabei können die weiteren zweiten Barriereschichten gemäß der weiteren zweiten Barriereschicht 10 ausgebildet sein.
11 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die erste Wellenleiterschicht 1 eine Indiumkonzentration 8 im Bereich von 1 %, die erste Barriereschicht 2 eine Indiumkonzentration im Bereich von 9 %, der erste Quantenfilm 3 eine Indiumkonzentration im Bereich von 20 %, die zweite Barriereschicht 4 eine Indiumkonzentration von 0 %, der zweite Quantenfilm 5 eine Indiumkonzentration von 20 %, die letzte Barriereschicht 6 eine Indiumkonzentration von 0 % und die zweite Wellenleiterschicht 7 eine Indiumkonzentration von 1 % aufweist. Zudem weist die erste Wellenleiterschicht 1 eine elektrische Dotierung 8 im Bereich von 3 x 10¹⁸/cm³, der erste Quantenfilm 3, der zweite Quantenfilm 5, die letzte Barriereschicht 6 und die zweite Wellenleiterschicht 7 eine geringe oder keine elektrische Dotierung 8 auf. Zudem weist die erste Barriereschicht 2 eine elektrische Dotierung im Bereich von 2 x 10¹⁸/cm³ auf, wobei die elektrische Dotierung mittensymmetrisch zu einer Mitte der erste Barriereschicht 2 angeordnet ist und in einem vorgegebenen Abstand zu den Randbereichen der ersten Barriereschicht 2 auf den Wert 0 abfällt. Die zweite Barriereschicht 4 weist eine Dotierung im Bereich von 8 x 10¹⁸/cm³ auf.
In dieser Ausführungsform ist die elektrische Dotierung in der zweiten Barriereschicht 4 mittensymmetrisch zu einer Mitte der zweiten Barriereschicht 4 angeordnet, wobei die elektrische Dotierung in einem festgelegten Abstand zu den Randbereichen der zweiten Barriereschicht 4 auf den Wert 0 abfällt. Anstelle eines Stufenabfalles der elektrischen Dotierung kann auch ein Profil für das Absinken der elektrischen Dotierung in Richtung auf den Randbereich der ersten bzw. der zweiten Barriereschicht 2, 4 vorgesehen sein. Durch die Ausbildung der n-seitigen ersten Barriereschicht 2 mit einer hohen Indiumkonzentration und die Ausbildung der zweiten Barriereschicht 4 und der letzten Barriereschicht 6 aus Galliumnitrid wird eine bessere Injektion von Ladungsträgern erreicht. Zudem sorgt die geringe bis keine Dotierung der ersten Barriereschicht 2, eine hohe Dotierung der zweiten Barriereschicht 4 mit der mittensymmetrischen Profilverteilung der Dotierung für eine bessere Ladungsträgerverteilung. Zudem kann die zweite Barriereschicht 4 eine größere Dicke als die erste und/oder die letzte Barriereschicht 6 aufweisen. Dadurch wird eine bessere Hochtemperatureigenschaft des Bauelementes ermöglicht.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes. Die erste Wellenleiterschicht 1 weist eine geringe Indiumkonzentration 8 im Bereich von 1 % auf. Die erste Barriereschicht 2 weist eine Indiumkonzentration auf, die stufenweise von einem Bereich von 8 % auf 10 % in Richtung auf den ersten Quantenfilm 3 ansteigt. Der erste Quantenfilm 3 weist eine Indiumkonzentration von 20 % auf. Die zweite Barriereschicht 4 und die letzte Barriereschicht 6 weisen kein Indium auf, sondern sind aus Galliumnitrid gebildet. Der zweite Quantenfilm 5 weist eine Indiumkonzentration im Bereich von 20 % auf. Die zweite Wellenleiterschicht 7 weist eine geringe Indiumkonzentration im Bereich von 1 % auf. Zudem weist die erste Wellenleiterschicht 1 eine elektrische Dotierung 9 im Bereich von 2 x 10¹⁸/cm³ auf. Die erste Barriereschicht 2 weist eine geringe bzw. keine elektrische Dotierung auf. Ebenso der erste und der zweite Quantenfilm 3, 5. Die zweite Barriereschicht 4 weist eine elektrische Dotierung auf, die im Bereich von 8 x 10¹⁸/cm³ liegt. Da die n-seitige erste Barriereschicht 2 mehrstufig mit einer hohen Indiumkonzentration ausgebildet ist und die zweite Barriereschicht 4 und die letzte Barriereschicht 6 aus Galliumnitrid bestehen, wird eine bessere Injektion von Ladungsträgern erreicht. Durch eine geringe bis keine Dotierung in der ersten Barriereschicht 2 und eine hohe elektrische Dotierung in der zweiten Barriereschicht 4 wird eine bessere Ladungsträgerverteilung ermöglicht. Zudem wird durch eine dickere Ausbildung der zweiten Barriereschicht 4 im Vergleich zur ersten und letzten Barriereschicht 6 eine bessere Hochtemperatureigenschaft des Bauelementes ermöglicht.
13 zeigt eine weitere Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes, wobei die erste Wellenleiterschicht 1 eine geringe Indiumkonzentration 8 im Bereich von 1 % aufweist und aus Indiumgalliumnitrid gebildet ist. Die erste Barriereschicht 2 ist ebenfalls aus Indiumgalliumnitrid gebildet, wobei der Indiumgehalt im Bereich von 9 % liegt. Die Quantenfilme 3, 5 weisen jeweils Indiumgalliumnitrid auf, wobei der Indiumgehalt im Bereich von 20 % liegt. Die zweite Barriereschicht 4 weist einen Indiumgehalt 8 im Bereich von 3 bis 8 % auf, wobei der Indiumgehalt stufig in Richtung auf den zweiten Quantenfilm 5 ansteigt. Die letzte Barriereschicht 6 weist einen geringen bzw. keinen Indiumgehalt auf und ist beispielsweise aus Galliumnitrid gebildet. Die zweite Wellenleiterschicht 7 ist aus Indiumgalliumnitrid mit einem geringen Indiumanteil von 1 % gebildet. Die erste Wellenleiterschicht 1 weist eine elektrische Dotierung im Bereich von 5 × 10¹⁸/cm³ auf. Die erste Barriereschicht 2 weist eine elektrische Dotierung 9 im Bereich von 2 × 10¹⁸/cm³ auf. Die elektrische Dotierung 9 ist in Form eines Profiles mittensymmetrisch in Bezug auf eine Mittenachse der ersten Barriereschicht 2 ausgebildet, wobei in einem festgelegten Abstand zu den Randbereichen der ersten Barriereschicht 2 die elektrische Dotierung auf den Wert 0 abfällt. Der erste und der zweite Quantenfilm 3, 5 weisen keine elektrische Dotierung auf. Die zweite Barriereschicht 4 weist eine elektrische Dotierung auf, die im Bereich von 3 x 10¹⁸/cm³ liegt.
In der dargestellten Ausführungsform ist die elektrische Dotierung der zweiten Barriereschicht 4 ebenfalls mittensymmetrisch zu einer Mittenachse der zweiten Barriereschicht 4 ausgebildet, wobei die elektrische Dotierung 9 in Richtung auf die Randbereiche der zweiten Barriereschicht 4 und vor Erreichen des Randbereichs auf den Wert 0 abfällt. Die letzte Barriereschicht 6 und die zweite Wellenleiterschicht 7 weisen eine geringe bzw. keine elektrische Dotierung auf. Da die n-seitige erste Barriereschicht 2 eine hohe Indiumkonzentration im Bereich von 9 % und die zweite Barriereschicht 4 eine geringere Indiumkonzentration aufweist, die jedoch mindestens einstufig oder mehrstufig in Richtung auf den zweiten Quantenfilm 5 ansteigt und die letzte Barriereschicht 6 aus Galliumnitrid besteht, wird eine verbesserte Injektion von Ladungsträgern ermöglicht. Zudem wird durch die geringe bzw. keine elektrische Dotierung 9 im Bereich der ersten Barriereschicht 2 und einer höheren elektrischen Dotierung 9 im Bereich der zweiten Barriereschicht 4 eine bessere Ladungsträgerverteilung ermöglicht.
14 zeigt eine weitere Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes, wobei die erste Barriereschicht 2 und die zweite Barriereschicht 4 einen in Richtung auf die p-Seite abnehmenden Indiumgehalt 8 aufweisen. Zudem ist die p-seitige letzte Barriereschicht 6 aus Galliumnitrid gebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel fällt der Indiumgehalt in wenigstens einer oder mehreren Stufen innerhalb der ersten und/oder zweiten Barriereschicht 2, 4. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann der Indiumgehalt auch kontinuierlich in Richtung auf die p-Seite innerhalb der Barriereschicht 2, 4 abfallen. Dadurch wird eine bessere Injektion von Ladungsträgern ermöglicht. Zudem weist die erste Barriereschicht 2 eine geringere elektrische Dotierung 9 im Bereich von 2 × 10¹⁸/cm³ im Vergleich zur zweiten Barriereschicht 4 auf. Die zweite Barriereschicht 4 weist eine elektrische Dotierung im Bereich von 6 × 10¹⁸/cm³ auf. Dadurch wird eine bessere Ladungsträgerverteilung zwischen den Quantenfilmen 3, 5 erreicht. Innerhalb der ersten Barriereschicht 2 sinkt der Indiumgehalt von 12 % auf 8 %. Innerhalb der zweiten Barriereschicht 4 sinkt der Indiumgehalt von 5 % auf 1 % bzw. auf 0 %. Die elektrische Dotierung der zweiten Barriereschicht 4 liegt im Bereich von 6 × 10¹⁸/cm³. Die elektrische Dotierung der ersten Barriereschicht 2 liegt im Bereich von 2 × 10¹⁸/cm³ .
15 zeigt eine weitere Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes, bei dem der Indiumgehalt 8 innerhalb der ersten Barriereschicht 2 ausgehend von der ersten Wellenleiterschicht 1 in Richtung auf den ersten Quantenfilm 3 kontinuierlich ansteigt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel steigt der Indiumgehalt von 2 % auf 10 % an. Gleichzeitig fällt die elektrische Dotierung 9 innerhalb der ersten Barriereschicht 2 von 3 × 10¹⁸/cm³ auf einen Wert von 0. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Indiumkonzentration in der zweiten Barriereschicht 4 geringer als 2 %, insbesondere 0 %. Ebenso ist die Indiumkonzentration in der letzten Barriereschicht 6 unter 2 %, insbesondere bei 0 %. Somit sind die zweite Barriereschicht 4 und die letzte Barriereschicht 6 vorzugsweise aus Galliumnitrid gebildet. Die elektrische Dotierung der ersten Wellenleiterschicht 1 liegt im Bereich von 3 × 10¹⁸/cm³. Die elektrische Dotierung des ersten Quantenfilmes 3, des zweiten Quantenfilmes 5, der letzten Barriereschicht 6 und der zweiten Wellenleiterschicht 7 liegt im Bereich von 0.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Indiumkonzentrationen, die Aluminiumkonzentrationen, die elektrische Leitfähigkeit in Form von Treppenstufen ansteigen, abfallen oder in Form von kontinuierlichen Profilen ansteigen oder abfallen innerhalb einer Schicht.
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.
16 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teilausschnitt einer weiteren Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes, das aus einem Halbleitermaterial, insbesondere in dem dargestellten Teilausschnitt aus InGaN oder AlInGaN besteht, mit einer aktiven Zone zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung, wobei die aktive Zone eine erste Wellenleiterschicht 1 aufweist, wobei an die erste Wellenleiterschicht 1 eine erste Barriereschicht 2 angrenzt. Zudem sind eine zweite Barriereschicht 4 und eine letzte Barriereschicht 6 vorgesehen. Zwischen der ersten Barriereschicht 2 und der zweiten Barriereschicht 4 ist ein erster Quantenfilm 3 angeordnet. Zwischen der zweiten Barriereschicht 4 und der letzten Barriereschicht 6 ist ein zweiter Quantenfilm 5 angeordnet. An die letzte Barriereschicht 6 grenzt eine zweite Wellenleiterschicht 7 an. Der dargestellte Bereich des optoelektronischen Bauelementes ist aus Indiumgalliumnitrid bzw. Galliumnitrid gebildet. In dem dargestellten Diagramm ist der Indiumgehalt 8 als durchgezogene Linie über die Dicke des Bauelementes aufgetragen. Zudem ist die elektrische Dotierung 9 in Form einer gestrichelten Linie über die Dicke des Bauelementes aufgetragen. Die erste Wellenleiterschicht 1 ist einer n-dotierten Seite des Bauelementes zugeordnet. Die zweite Wellenleiterschicht 7 ist einer p-dotierten Seite des Bauelementes zugeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die erste und die zweite Barriereschicht 2, 4 eine hohe Indiumkonzentration im Bereich von 8% auf, wobei die Indiumkonzentrationen der ersten und der zweiten Wellenleiterschicht 2, 4 annähernd gleich groß sind. Dadurch weisen die erste und die zweite Barriereschicht 2, 4 eine relativ kleine Bandlücke zwischen dem Leitungsband und dem Valenzband auf. Die letzte Barriere 6, die eine p-seitige Barriere darstellt, weist eine geringere Indiumkonzentration und damit eine größere Bandlücke als die zweite Barriereschicht 4 und/oder die erste Barriereschicht 2 auf. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die letzte Barriereschicht 6, wie in 16 dargestellt, auch aus Galliumnitrid bestehen. Durch diese Wahl der Bandlücken wird eine bessere Ladungsträgerinjektion erreicht. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die zweite Barriereschicht 4 auch eine höhere Indiumkonzentration als die erste Barriereschicht 2, das heißt eine kleinere Bandlücke als die erste Barriereschicht 2 aufweisen. Dadurch wird zudem eine Verbesserung der Injektion der Ladungsträger erreicht. Zudem weisen die erste und/oder die zweite Wellenleiterschicht 1, 7 eine Indiumkonzentration auf und sind aus Indiumgalliumnitrid gebildet. Dadurch weisen die erste und/oder die zweite Wellenleiterschicht 1, 7 eine kleinere Bandlücke als Galliumnitrid auf und können somit eine bessere Wellenführung der elektromagnetischen Strahlung bewirken. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die erste Wellenleiterschicht 1 eine Dotierung im Bereich von 1 × 10¹⁸/cm³ auf. Die erste Barriereschicht 2 weist eine Dotierung im Bereich von 2 × 10¹⁸/cm³ auf. Der erste und der zweite Quantenfilm 3, 5 sind im Wesentlichen undotiert. Die zweite Barriereschicht 4 weist eine Dotierung im Bereich von 4 × 10¹⁸/cm³ auf. Die letzte Barriereschicht 6 und die zweite Wellenleiterschicht 7 sind undotiert.
17 zeigt einen Teilausschnitt einer weiteren Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes, das aus einem Halbleitermaterial, insbesondere aus InGaN oder AlInGaN gebildet ist. Das Bauelement weist eine Schichtabfolge von einer ersten Wellenleiterschicht 1, einer ersten Barriereschicht 2, einem ersten Quantenfilm 3, einer zweiten Barriereschicht 4, einem zweiten Quantenfilm 5, einer letzten Barriereschicht 6, und einer zweiten Wellenleiterschicht 7 auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die mittlere, das heißt die zweite Barriereschicht 4 eine kleinere Bandlücke als die erste Barriereschicht 2 oder die letzte Barriereschicht 3 auf. Dies wird dadurch erreicht, dass die Indiumkonzentration in der zweiten Barriereschicht 4 größer ist als in der ersten Barriereschicht 2 oder der letzten Barriereschicht 6. Zudem ist das Ausführungsbeispiel in der Weise gewählt, dass die erste Barriereschicht 6 eine kleinere Bandlücke als die letzte Barriereschicht 6 aufweist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Indiumgehalt der ersten Barriereschicht 2 größer ist als der Indiumgehalt der letzten Barriereschicht 6. Zudem sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die erste und die zweite Wellenleiterschicht 1, 7 aus Indiumgalliumnitrid gebildet. Die erste Wellenleiterschicht 7 weist eine Indiumkonzentration im Bereich von 1% auf. Die erste Barriereschicht 2 weist eine Indiumkonzentration im Bereich von 6% auf. Die zweite Barriereschicht 4 weist eine Indiumkonzentration im Bereich von 8% auf. Die dritte Barriereschicht 6 weist eine Indiumkonzentration im Bereich von 4% auf. Die zweite Wellenleiterschicht 7 weist eine Indiumkonzentration im Bereich von 1% auf. Der ersten und der zweite Quantenfilm 3, 5 weisen eine Indiumkonzentration im Bereich von 20% auf. Durch diese Wahl der Bandlücken in den Barriereschichten 2, 4, 6 wird insgesamt eine bessere Injektion erreicht. Zudem wird die Wellenleiterführung dadurch verbessert, dass die Wellenleiter aus Indiumgalliumnitrid bestehen.
Die erste Wellenleiterschicht 1 weist eine elektrische Dotierung im Bereich von 1 × 10¹⁸/cm³ auf. Die erste Barriereschicht 2 weist eine Dotierung im Bereich von 2 × 10¹⁸/cm³ auf. Die zweite Barriereschicht 4 weist eine Dotierung im Bereich von 4 × 10¹⁸/cm³ auf. Der erste Quantenfilm 3, der zweite Quantenfilm 5, die letzte Barriereschicht 6 und die zweite Wellenleiterschicht 7 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel undotiert.
18 zeigt einen schematischen Ausschnitt in einer weiteren Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes, das aus einem Halbleitermaterial, insbesondere aus InGaN oder AlInGaN gebildet ist. Das Bauelement weist folgende Schichtstruktur auf: eine erste Wellenleiterschicht 1, eine erste Barriereschicht 2, ein erster Quantenfilm 3, eine zweite Barriereschicht 4, ein zweiter Quantenfilm 5, eine letzte Barriereschicht 6 und eine zweite Wellenleiterschicht 7. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die zweite Barriereschicht 4 eine kleinere Bandlücke als die erste und die letzte Barriereschicht 2, 6 auf. Die erste und die letzte Barriereschicht 2, 6 weisen eine annähernd gleich große Bandlücke auf. Die Barriereschichten sind aus Indiumgalliumnitrid gebildet, wobei die Indiumkonzentration der zweiten Barriereschicht 4 im Bereich von 5% liegt. Die Indiumkonzentration der ersten und der letzten Barriereschicht 2, 6 liegen im Bereich von 4%. Die Quantenfilme 3, 5 weisen eine Indiumkonzentration im Bereich von 20% auf. Auch die Quantenfilme sind aus Indiumgalliumnitrid gebildet. Zudem sind die erste und die zweite Wellenleiterschicht 1, 7 aus Indiumgalliumnitrid gebildet, wobei der Indiumgehalt bei 1% liegt. Weiterhin weist die erste Wellenleiterschicht 1 eine Dotierung im Bereich von 1 x 10¹⁸/cm³ auf. Die erste und die zweite Barriereschicht 2, 4 weisen eine Dotierung im Bereich von 4 x 10¹⁸/cm³ auf. Der erste Quantenfilm 3, der zweite Quantenfilm 5, die letzte Barriereschicht 6 und die zweite Wellenleiterschicht 7 sind im Wesentlichen undotiert.
19 zeigt einen weiteren Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform eines optoelektronischen Bauelementes, das aus einem Halbleitermaterial, insbesondere aus InGaN oder AlInGaN gebildet ist. Das Bauelement weist eine aktive Zone zum Erzeugen einer elektromagnetischen Strahlung auf. Dabei weist das Bauelement folgende Schichtfolge auf: eine erste Wellenleiterschicht 1, eine erste Barriereschicht 2, einen ersten Quantenfilm 3, eine zweite Barriereschicht 4, einen zweiten Quantenfilm 5, eine letzte Barriereschicht 6 und eine zweite Wellenleiterschicht 7. Eine Besonderheit dieser Ausführungsform besteht darin, dass die letzte Barriereschicht 6 eine kleinere Bandlücke als die zweite Barriereschicht 4 aufweist. Zudem weist die zweite Barriereschicht 4 eine kleinere Bandlücke als die erste Barriereschicht 2 auf. In der dargestellten Ausführungsform ist die Schichtstruktur aus Indiumgalliumnitrid mit variierender Indiumkonzentration ausgebildet. Die erste Wellenleiterschicht 1 weist eine Indiumkonzentration von 1% auf. Die erste Barriereschicht 2 weist eine Indiumkonzentration von 2% auf. Die zweite Barriereschicht 4 weist eine Indiumkonzentration von 4% auf. Die letzte Barriereschicht 6 weist eine Indiumkonzentration von 6% auf. Die zweite Wellenleiterschicht 7 weist eine Indiumkonzentration von 1% auf. Der erste und der zweite Quantenfilm 3, 5 weisen eine Indiumkonzentration von 20% auf. Zudem weist die erste Wellenleiterschicht 1 eine Dotierung im Bereich von 1 × 10¹⁸/cm³ auf. Die erste Barriereschicht 2 weist eine Dotierung im Bereich von 4 × 10¹⁸/cm³ auf. Die zweite Barriereschicht 2 weist eine Dotierung im Bereich von 4 × 10¹⁸/cm³ auf. Der erste Quantenfilm 3, der zweite Quantenfilm 5, die letzte Barriereschicht 6 und die zweite Wellenleiterschicht 7 sind undotiert. Auch bei dieser Ausführungsform wird eine Verbesserung der Injektion der Ladungsträger erreicht. Zudem wird durch die Ausbildung der Wellenleiterschichten aus Indiumgalliumnitrid eine bessere Wellenführung ermöglicht.
Die Bandlücke der Barriereschichten kann abhängig von dem Material der Barriereschicht beispielsweise bei Indiumgalliumnitrid durch eine Erhöhung der Indiumkonzentration verkleinert bzw. bei der Ausbildung aus Aluminiumgalliumnitrid durch eine Reduzierung der Aluminiumkonzentration verkleinert werden.
Die in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele können aus dem Materialsystem Indiumgalliumnitrid oder aus dem Materialsystem Aluminiumgalliumnitrid oder aus dem Materialsystem Indiumaluminiumgalliumnitrid gebildet werden. Der Indiumgehalt bzw. der Aluminiumgehalt kann abhängig von der gewünschten Bandlücke bzw. den gewünschten Bandlücken für die Barriereschichten und die Wellenleiterschichten entsprechend eingestellt werden.
Abhängig von den gewählten Ausführungsformen können die Werte für die Dotierung und die Werte für den Indiumgehalt bzw. die Bandlücken variieren.

Claims

Optoelektronisches Bauelement mit einer aktiven Zone zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung, wobei die aktive Zone wenigstens zwei Quantenfilme (3, 5) aufweist, wobei der erste Quantenfilm (3) zwischen einer ersten und einer zweiten Barriereschicht (2, 4) angeordnet ist, wobei der zweite Quantenfilm (5) zwischen der zweiten und einer letzten Barriereschicht (4, 6) angeordnet ist, wobei Bandlücken der ersten und der zweiten Barriereschicht (2, 4) in einem anderen Verhältnis zueinander stehen als Bandlücken der zweiten und der letzten Barriereschicht (4, 6), wobei die erste und die zweite Barriereschicht (2, 4) eine gleich große Bandlücke aufweisen, wobei die letzte Barriereschicht (6) eine größere Bandlücke als die zweite Barriereschicht (4) aufweist, wobei die zweite Barriereschicht (4) eine höhere elektrische Dotierung als die erste und die letzte Barriereschicht (2, 6) aufweist, und wobei die erste Barriereschicht (2) eine höhere elektrische Dotierung als die letzte Barriereschicht (6) aufweist.
Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Bandlücke innerhalb einer Barriereschicht (2, 4, 6) gestuft oder mit einem wenigstens teilweise stetig ansteigenden Wert entlang einer Dicke (d) der Barriereschicht (2, 4, 6) ausgebildet ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Dotierung (9) innerhalb einer Barriereschicht (2, 4, 6) gestuft oder mit einem ansteigenden Wert entlang einer Dicke (d) der Barriereschicht (2, 4, 6) ausgebildet ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Dotierung (9) innerhalb einer Barriereschicht (2, 4, 6) ein um eine Mitte der Barriereschicht (2, 4, 6) symmetrisch ausgebildetes Profil entlang einer Dicke der Barriereschicht aufweist, wobei insbesondere die elektrische Dotierung in Richtung auf einen Randbereich der Barriereschicht abfällt.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Barriereschicht (2) zwischen einer ersten Wellenleiterschicht (1) und dem ersten Quantenfilm (3) angeordnet ist, wobei die letzte Barriereschicht (6) zwischen dem zweiten Quantenfilm (5) und einer zweiten Wellenleiterschicht (7) angeordnet ist, wobei die erste Wellenleiterschicht (1) eine kleinere Bandlücke (8) als die zweite Wellenleiterschicht (7) aufweist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Barriereschicht (4) eine größere Dicke (d) als die erste Barriereschicht (2) und/oder die letzte Barriereschicht (6) aufweist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein weiterer Quantenfilm (11) zwischen dem zweiten Quantenfilm (5) und der letzten Barriereschicht (6) vorgesehen ist, wobei zwischen dem zweiten Quantenfilm (5) und dem weiteren Quantenfilm (11) eine weitere zweite Barriereschicht (10) vorgesehen ist, und wobei die letzte Barriereschicht (6) an den weiteren Quantenfilm (11) angrenzt, wobei die weitere zweite Barriereschicht (10) entsprechend der zweiten Barriereschicht (4) oder entsprechend der letzten Barriereschicht (6) ausgebildet ist, oder wobei die weitere zweite Barriereschicht (10) in Bezug auf die Bandlücke und/oder die elektrische Dotierung (9) Werte aufweist, die zwischen den Werten der zweiten Barriereschicht (4) und den Werten der letzten Barriereschicht (6) liegen oder gleich den Werten der zweiten oder letzten Barriereschicht (4,6) sind.