DE102022106173A1 - Licht emittierende diode - Google Patents

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Harald König
Georg Brüderl
Urs Heine
Sven Gerhard
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Abstract

Es wird eine Licht emittierende Diode (100 angegeben), die eine in einer vertikalen Richtung aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht (3), die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb in einem aktiven Bereich (5) Licht (8) zu erzeugen, und eine transparente, zumindest teilweise elektrisch leitende Mantelschichtstruktur (4), die in vertikaler Richtung (92) unmittelbar auf der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist, aufweist, wobei die Mantelschichtstruktur zumindest eine erste Mantelschicht (41), eine zweite Mantelschicht (42) und eine dritte Mantelschicht (43) aufweist.

Description

  • Es wird eine Licht emittierende Diode angegeben. Beispielsweise kann die Licht emittierende Diode eine Halbleiterlaserdiode sein.
  • Es sind Laserdioden bekannt, die eine Schicht aus einem transparenten elektrisch leitenden Oxid aufweisen. Typischerweise ist eine solche Schicht mit einer großen Dicke vorgesehen, da dies die Altersstabilität der Laserdiode verbessern kann. Jedoch weisen transparente elektrisch leitende Oxide einen großen Absorptionskoeffizienten auf, was sich auf Effizienz auswirken kann.
  • Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Licht emittierende Diode anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Licht emittierende Diode, die besonders bevorzugt als Halbleiterlaserdiode oder als Superlumineszenzdiode ausgebildet sein kann, zumindest eine aktive Schicht auf, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb in einem aktiven Bereich Licht zu erzeugen. Die aktive Schicht kann insbesondere Teil einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von Halbleiterschichten sein und eine Haupterstreckungsebene aufweisen, die senkrecht zu einer Anordnungsrichtung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge ist. Beispielsweise kann die aktive Schicht genau einen aktiven Bereich aufweisen. Weiterhin kann die aktive Schicht auch eine Mehrzahl von aktiven Bereichen aufweisen. Die Bildung eines aktiven Bereichs in der aktiven Schicht kann durch eines oder mehrere einen aktiven Bereich definierende Elemente bewirkt werden. Der im Folgenden verwendete Begriff „zumindest ein aktiver Bereich“ kann sich auf Ausführungsformen mit genau einem aktiven Bereich sowie auch auf Ausführungsformen mit mehreren aktiven Bereichen beziehen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Licht emittierende Diode eine Lichtauskoppelfläche und eine der Lichtauskoppelfläche gegenüberliegende Rückseitenfläche auf. Die Lichtauskoppelfläche und die Rückseitenfläche können insbesondere Seitenflächen der Licht emittierenden Diode und besonders bevorzugt Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge sein, die auch als sogenannte Facetten bezeichnet werden können. Über die Lichtauskoppelfläche kann die Licht emittierende Diode im Betrieb das im zumindest einen aktiven Bereich erzeugte Licht abstrahlen. Die Licht emittierende Diode kann somit besonders bevorzugt als kantenemittierende Halbleiterlaserdiode ausgebildet sein. Auf der Lichtauskoppelfläche und der Rückseitenfläche können dazu geeignete optische Beschichtungen, insbesondere reflektierende oder teilreflektierende Schichten oder Schichtenfolgen, aufgebracht sein, die einen optischen Resonator für das in der aktiven Schicht erzeugte Licht bilden können. Alternativ dazu kann auch kein optischer Resonator ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Licht emittierende Diode als Superlumineszenzdiode ausgebildet sein. Die im Folgenden beschriebenen Merkmale gelten gleichermaßen für jegliche Ausbildung der Licht emittierenden Diode, die wie beschrieben beispielsweise als Halbleiterlaserdiode oder als Superlumineszenzdiode ausgeführt sein kann.
  • Der zumindest eine aktive Bereich kann sich zwischen der Rückseitenfläche und der Lichtauskoppelfläche entlang einer Richtung erstrecken, die hier und im Folgenden als longitudinale Richtung bezeichnet wird. Die longitudinale Richtung kann insbesondere parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht sein. Die Anordnungsrichtung der Schichten übereinander, also eine Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht, wird hier und im Folgenden als vertikale Richtung bezeichnet. Eine Richtung senkrecht zur longitudinalen Richtung und senkrecht zur vertikalen Richtung wird hier und im Folgenden als transversale Richtung bezeichnet. Die longitudinale Richtung und die transversale Richtung können somit eine Ebene aufspannen, die parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht ist. Richtungen parallel zu dieser Ebene können im Folgenden auch als laterale Richtungen bezeichnet werden, so dass die longitudinale Richtung und die transversale Richtung auch laterale Richtungen sind.
  • Die Halbleiterschichtenfolge kann insbesondere als Epitaxieschichtenfolge, also als epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge, ausgeführt sein. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf der Basis von InAlGaN ausgeführt sein. Unter InAlGaN-basierte Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge in der Regel eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 aufweist. Insbesondere kann die aktive Schicht auf einem solchen Material basieren. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis auf InAlGaN aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung in einem ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich emittieren.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge auch auf InAlGaP basieren, das heißt, dass die Halbleiterschichtenfolge unterschiedliche Einzelschichten aufweisen kann, wovon mindestens eine Einzelschicht, beispielsweise die aktive Schicht, ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGa1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InAlGaP aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einem grünen bis roten Wellenlängenbereich emittieren.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge auch andere III-V-Verbindungshalbleitermaterialsysteme, beispielsweise ein InAlGaAs-basiertes Material, oder II-VI-Verbindungshalbleitermaterialsysteme aufweisen. Insbesondere kann eine aktive Schicht, die ein InAlGaAs-basiertes Material aufweist, geeignet sein, elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einem roten bis infraroten Wellenlängenbereich zu emittieren. Ein II-VI-Verbindungshalbleitermaterial kann wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe, wie beispielsweise Be, Mg, Ca, Sr, und ein Element aus der sechsten Hauptgruppe, wie beispielsweise O, S, Se, aufweisen. Beispielsweise gehören zu den II-VI-Verbindungshalbleitermaterialien ZnSe, ZnTe, ZnO, ZnMgO, CdS, ZnCdS und MgBeO.
  • Bei einem Verfahren zur Herstellung der Licht emittierenden Diode kann insbesondere eine Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt werden, die eine aktive Schicht aufweist, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb der Licht emittierenden Diode Licht zu erzeugen. Insbesondere kann die Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht mittels eines Epitaxieverfahrens hergestellt werden. Die vorab und im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten gleichermaßen für die Licht emittierende Diode wie auch für das Verfahren zur Herstellung der Licht emittierenden Diode.
  • Die aktive Schicht und insbesondere die Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht können auf einem Substrat aufgebracht sein. Beispielsweise kann das Substrat als Aufwachssubstrat ausgebildet sein, auf dem die Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen wird. Die aktive Schicht und insbesondere die Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht können mittels eines Epitaxieverfahrens, beispielsweise mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE), hergestellt werden. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Halbleiterschichtenfolge auf dem Aufwachssubstrat epitaktisch aufgewachsen wird. Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge mit elektrischen Kontakten in Form von einer oder mehreren Kontaktschichten versehen werden. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass das Aufwachssubstrat nach dem Aufwachsprozess entfernt wird.
  • Hierbei kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auch nach dem Aufwachsen auf ein als Trägersubstrat ausgebildetes Substrat übertragen werden. Das Substrat kann ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein oben genanntes Verbindungshalbleitermaterialsystem, oder ein anderes Material umfassen. Insbesondere kann das Substrat Saphir, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si, Ge und/oder ein Keramikmaterial wie beispielsweise SiN oder AlN umfassen oder aus einem solchen Material sein.
  • Die aktive Schicht kann beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) zur Lichterzeugung aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge kann zusätzlich zur aktiven Schicht weitere funktionale Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder Löchertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement-, Mantel- oder Wellenleiterschichten, Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektrodenschichten sowie Kombinationen daraus. Darüber hinaus können zusätzliche Schichten, etwa Pufferschichten, Barriereschichten und/oder Schutzschichten auch senkrecht zur Aufwachsrichtung der Halbleiterschichtenfolge beispielsweise um die Halbleiterschichtenfolge herum angeordnet sein, also etwa auf den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Licht emittierende Diode eine Mantelschichtstruktur auf. Die Mantelschichtstruktur ist kein Teil der, besonders bevorzugt epitaktisch, gewachsenen Halbleiterschichtenfolge, sondern wird mittels eines nicht-epitaktischen Verfahrens aufgebracht, beispielsweise Überwachsen durch eine nichtepitaktische chemische Gasphasenabscheidung, Sputtern, Aufdampfen und/oder ein Sol-Gel-Verfahren. Die Halbleiterschichtenfolge weist insbesondere von der aktiven Schicht in einer vertikalen Richtung aus gesehen eine Oberseite in Form einer Grenzfläche auf, mit der die Halbleiterschichtenfolge in dieser vertikalen Richtung abschließt und die im Folgenden auch als Epitaxieoberseite bezeichnet werden kann. Die Epitaxieoberseite kann somit in vertikaler Richtung eine der aktiven Schicht abgewandte Oberseite der Halbleiterschichtenfolge sein, auf der die Mantelschichtstruktur aufgebracht ist. Besonders bevorzugt kann die Mantelschichtstruktur unmittelbar auf der Halbleiterschichtenfolge und damit unmittelbar auf der Epitaxieoberseite angeordnet sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Mantelschichtstruktur transparent und zumindest teilweise elektrisch leitend. Optische Eigenschaften wie beispielsweise eine Transparenz, ein Absorptionskoeffizient und ein Brechungsindex beispielsweise eines Materials oder einer Schicht beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, auf die Wellenlänge des im Betrieb in der aktiven Schicht erzeugten Lichts. Mit „die Wellenlänge“ kann insbesondere eine charakteristische Wellenlänge wie beispielsweise die Peakwellenlänge oder die mittlere Wellenlänge oder auch der Wellenlängenbereich des in der aktiven Schicht erzeugten Lichts gemeint sein. Mit „transparent“ kann insbesondere eine Schicht oder Schichtstruktur bezeichnet werden, die einen Transmissionskoeffizienten von größer oder gleich 50% oder größer oder gleich 75% oder größer oder gleich 90% oder bevorzugt größer oder gleich 95% oder besonders bevorzugt größer oder gleich 99% aufweist.
  • Die Mantelschichtstruktur kann großflächig auf der vorab beschriebenen Epitaxieoberseite der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht sein. Das kann beispielsweise bedeuten, dass die Mantelschichtstruktur auf der gesamten Epitaxieoberseite zusammenhängend und vollständig bedeckend ausgebildet ist. Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge einen Strominjektionsbereich aufweisen, also einen Flächenbereich der Epitaxieoberseite, über den ausschließlich oder über den zumindest im Wesentlichen der gesamte elektrische Strom zum Betrieb der Licht emittierenden Diode von der Seite der Mantelschichtstruktur her in die Halbleiterschichtenfolge injiziert wird. „Im Wesentlichen der gesamte elektrische Strom“ kann besonders bevorzugt einen Anteil von größer oder gleich 90% oder größer oder gleich 95% oder besonders bevorzugt größer oder gleich 99% des elektrischen Stroms bedeuten, der von der Mantelschichtstruktur her in die Halbleiterschichtenfolge injiziert wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der elektrische Übergangswiderstand zwischen der Mantelschichtstruktur und dem Strominjektionsbereich kleiner ist als in Bereichen der Epitaxieoberseite, die nicht zum Strominjektionsbereich gehören. Eine Beeinflussung des elektrischen Übergangswiderstands kann beispielsweise durch eine oder mehrere Maßnahmen erreicht werden, die ausgewählt sein können aus einer lateral variierenden Dotierung, einer lateral variierenden Schichtzusammensetzung, Oberflächenstrukturen, Oberflächenschädigungen und strukturierte elektrisch isolierende oder zumindest schlecht leitende Schichten an der Epitaxieoberseite. Die Mantelschichtstruktur kann großflächig zumindest auf dem Strominjektionsbereich oder auch ausschließlich auf dem Strominjektionsbereich angeordnet sein. Der Strominjektionsbereich kann die Ausbildung eines aktiven Bereichs in der aktiven Schicht beeinflussen und damit ein den aktiven Bereich definierendes Elements sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Mantelschichtstruktur zumindest eine erste Mantelschicht auf oder wird durch die erste Mantelschicht gebildet. Weiterhin kann die Mantelschichtstruktur mehrere Mantelschichten aufweisen und wird besonders bevorzugt durch mehrere Mantelschichten gebildet. Als Mantelschichten werden hier und im Folgenden insbesondere solche Schichten bezeichnet, die einen optischen Effekt auf die optische Welle des in der aktiven Schicht erzeugten Lichts, also beispielsweise auf Wellenleitung und die Modenstruktur, haben. Eine transparente Schicht, die so weit von der aktiven Schicht entfernt ist, dass sie keinen Einfluss auf das in der aktiven Schicht erzeugte Licht hat, weil die optische Welle bis zu dieser Schicht schon zu sehr abgeklungen ist, kann nicht mehr als Mantelschicht im Sinne der vorliegenden Beschreibung verstanden werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Mantelschichtstruktur eine erste Mantelschicht auf, die besonders bevorzugt unmittelbar auf der Halbleiterschichtenfolge, also insbesondere unmittelbar auf der Epitaxieoberseite der Halbleiterschichtenfolge, angeordnet ist. Die erste Mantelschicht kann insbesondere großflächig und damit also unstrukturiert auf der Epitaxieoberseite angeordnet sein. Weiterhin kann es möglich sein, dass die erste Mantelschicht unstrukturiert zumindest auf dem Strominjektionsbereich oder ausschließlich auf dem Strominjektionsbereich angeordnet ist. Zumindest also der Strominjektionsbereich kann vollständig durch die erste Mantelschicht bedeckt sein. Der Strominjektionsbereich kann beispielsweise durch zumindest einen Teil einer der aktiven Schicht abgewandten Oberseite einer Stegwellenleiterstruktur in der Halbleiterschichtenfolge gebildet sein, so dass die erste Mantelschicht zumindest auf einer solchen Stegoberseite großflächig aufgebracht sein kann. Weiterhin kann es auch sein, dass der Strominjektionsbereich Randbereiche der Oberseite der Stegwellenleiterstruktur nicht einschließt, so dass die erste Mantelschicht auf der gesamten Oberseite bis auf Randbereiche, die an Seitenflächen der Stegwellenleiterstruktur und/oder an Facetten der Halbleiterschichtenfolge angrenzen können, aufgebracht ist. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die erste Mantelschicht Öffnungen aufweist oder in Form von Inseln ausgebildet ist.
  • Besonders bevorzugt weist die Mantelschichtstruktur keine weitere Schicht, also keine weitere Mantelschicht, auf, die in einer lateralen Richtung über die erste Mantelschicht hinausragt. Mit anderen Worten kann die Mantelschichtstruktur eine maximale laterale Ausdehnung aufweisen, die mit einer maximalen lateralen Ausdehnung der ersten Mantelschicht übereinstimmt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Mantelschichtstruktur eine zweite Mantelschicht auf. Die zweite Mantelschicht ist unmittelbar auf der ersten Mantelschicht angeordnet und strukturiert ausgebildet. Mit anderen Worten ist die zweite Mantelschicht nicht großflächig und damit nicht vollständig bedeckend auf der ersten Mantelschicht angeordnet. Die erste Mantelschicht kann insbesondere in zumindest einem ersten Teilbereich von der zweiten Mantelschicht bedeckt sein und in zumindest einem zweiten Teilbereich von der zweiten Mantelschicht unbedeckt sein. Der zumindest eine erste Teilbereich und der zumindest eine zweite Teilbereich grenzen besonders bevorzugt unmittelbar aneinander an. Beispielsweise kann auch eine Mehrzahl von ersten Teilbereichen vorhanden sein. Jeder der Mehrzahl der ersten Teilbereiche kann unmittelbar an zumindest einen oder eine Mehrzahl von zweiten Teilbereichen angrenzen. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Mehrzahl von zweiten Teilbereichen vorhanden sein. Jeder der Mehrzahl der zweiten Teilbereiche kann unmittelbar an zumindest einen oder eine Mehrzahl von ersten Teilbereichen angrenzen. Im Fall einer Mehrzahl von ersten Teilbereichen können diese besonders bevorzugt durch einen oder mehrere zweite Teilbereiche voneinander getrennt sein. Im Fall einer Mehrzahl von zweiten Teilbereichen können diese durch einen oder mehrere erste Teilbereiche voneinander getrennt sein. Insbesondere kann die erste Mantelschicht eine von der aktiven Schicht abgewandte Oberseite aufweisen, deren Fläche vollständig aus ersten und zweiten Teilbereichen gebildet ist. Die hier und im Folgenden für die ersten und zweiten Teilbereiche beschriebenen Merkmale können unabhängig von der Anzahl der ersten und zweiten Teilbereiche gelten, also beispielsweise für die Fälle, dass genau ein erster Teilbereich oder genau ein zweite Teilbereich oder eine Mehrzahl von ersten Teilbereichen oder eine Mehrzahl von zweiten Teilbereichen vorhanden sind.
  • Beispielsweise können genau ein erster Teilbereich und eine Mehrzahl von zweiten Teilbereichen vorhanden sein, wobei die zweiten Teilbereiche getrennt voneinander sind und jeder der zweiten Teilbereiche vom ersten Teilbereich in lateraler Richtung umgeben ist. In diesem Fall ist die zweite Mantelschicht somit zusammenhängend ausgebildet und weist eine Mehrzahl von Öffnungen über den zweiten Teilbereichen auf. Umgekehrt können genau ein zweiter Teilbereich und eine Mehrzahl von ersten Teilbereichen vorhanden sein, wobei die ersten Teilbereiche getrennt voneinander sind und jeder der ersten Teilbereiche vom zweiten Teilbereich in lateraler Richtung umgeben ist. In diesem Fall ist die zweite Mantelschicht somit in Form einer Mehrzahl von Inseln ausgebildet, die durch den zusammenhängenden zweiten Teilbereich voneinander getrennt auf der ersten Mantelschicht ausgebildet sind. Zumindest eine oder mehrere oder jede der Öffnungen oder Inseln können beispielsweise punktartig mit einem kreisrunden oder polygonalen Querschnitt ausgebildet sein. Weiterhin können zumindest eine oder mehrere oder jede der Öffnungen oder Inseln streifenförmig mit einer Haupterstreckungsrichtung in longitudinaler oder transversaler Richtung ausgebildet sein, also als Längs- oder Querstreifen. Die Öffnungen oder Inseln, also auch die zweiten Teilbereiche oder die ersten Teilbereiche, können gleichmäßig in longitudinaler und/oder transversaler Richtung angeordnet sein, also mit gleichen Größen und/oder gleichen Querschnittsformen und gleichen Abständen zueinander. Die Öffnungen oder Inseln, also auch die zweiten Teilbereiche oder die ersten Teilbereiche, können also beispielsweise in einem regelmäßigen Punktmuster oder einem regelmäßigen Streifenmuster angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von zweiten Teilbereichen vorhanden sein, wobei die zweiten Teilbereiche in longitudinaler Richtungen regelmäßig mit einem Abstand angeordnet sind, der einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge des in der aktiven Schicht erzeugten Lichts, unter Berücksichtigung des effektiven Brechungsindex, entspricht. Darüber hinaus können die Öffnungen oder Inseln unregelmäßig ausgebildet sein, also unterschiedliche Größen und/oder unterschiedliche Abstände voneinander und/oder unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen.
  • Weiterhin kann die zweite Mantelschicht zumindest 50% oder zumindest 75% oder besonders bevorzugt zumindest 90% sowie weniger als 100% der ersten Mantelschicht bedecken. Die Summe der Flächeninhalte aller ersten Teilbereiche kann somit zumindest 50% oder zumindest 75% oder besonders bevorzugt zumindest 90% sowie weniger als 100% der Gesamtfläche der ersten Mantelschicht betragen. Die Öffnungen oder Inseln, also auch die zweiten Teilbereiche oder die ersten Teilbereiche, können bevorzugt eine Größe in lateraler Richtung, insbesondere einen Durchmesser oder eine Breite, von kleiner oder gleich 20 µm oder kleiner oder gleich 5 µm sowie von größer oder gleich 1 µm aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Mantelschichtstruktur eine dritte Mantelschicht auf. Die dritte Mantelschicht kann zumindest im zumindest einen zweiten Teilbereich unmittelbar auf der ersten Mantelschicht angeordnet sein. Beispielsweise kann die dritte Mantelschicht nur auf dem zumindest einen zweiten Teilbereich angeordnet sein und der zumindest eine erste Teilbereich kann frei von der dritten Mantelschicht sein. In diesem Fall können die zweite und dritte Mantelschicht eine gleiche Dicke aufweisen, wobei die dritte Mantelschicht nur in lateraler Richtung neben Bereichen mit der zweiten Mantelschicht angeordnet ist. Die der aktiven Schicht abgewandte Oberseite der Mantelschichtstruktur wird in diesem Fall durch nebeneinander angeordnete Bereiche mit dem Material der zweiten Mantelschicht und dem Material der dritten Mantelschicht gebildet. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die dritte Mantelschicht auch über dem zumindest einen ersten Teilbereich unmittelbar auf der zweiten Mantelschicht angeordnet ist. In diesem Fall kann die dritte Mantelschicht die zweite Mantelschicht überdecken. Die der aktiven Schicht abgewandte Oberseite der Mantelschichtstruktur wird in diesem Fall nur durch das Material der dritten Mantelschicht gebildet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erste Mantelschicht eine Dicke auf, die kleiner oder gleich 200 nm ist. Soweit nicht anders angegeben wird eine Dicke einer Schicht in einer Richtung gemessen, die senkrecht zu demjenigen Oberflächenbereich steht, auf der die besagte Schicht angeordnet ist. Insbesondere kann die erste Mantelschicht eine Dicke aufweisen, die größer oder gleich 1 nm und kleiner oder gleich 200 nm ist. Bevorzugt kann die erste Mantelschicht eine Dicke von kleiner oder gleich 70 nm, also insbesondere eine Dicke in einem Bereich von größer oder gleich 1 nm und kleiner oder gleich 70 nm, aufweisen. Besonders bevorzugt kann die erste Mantelschicht eine Dicke von kleiner oder gleich 30 nm aufweisen, also insbesondere eine Dicke von kleiner oder gleich 30 nm sowie von größer oder gleich 1 nm oder von größer oder gleich 2 nm aufweisen. Somit kann die erste Mantelschicht so dünn wie möglich ausgebildet sein und eine Dicke aufweisen, die kleiner als eine Wellenlänge des in der aktiven Schicht erzeugten Lichts ist, besonders bevorzugt kleiner als 20% der Wellenlänge des in der aktiven Schicht erzeugten Lichts. Bildlich gesprochen kann die erste Mantelschicht eine Dicke aufweisen, die so gering ist, dass die optische Welle des in der aktiven Schicht erzeugten Lichts diese durchdringen kann und die weiteren Mantelschichten der Mantelschichtstruktur zur Wellenleitung und Modensteuerung beitragen können.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Mantelschicht eine Dicke von kleiner oder gleich 1 µm oder kleiner oder gleich 200 nm oder kleiner oder gleich 60 nm auf. Weiterhin kann die zweite Mantelschicht eine Dicke von größer oder gleich 1 nm oder größer oder gleich 5 nm oder größer oder gleich 10 nm aufweisen. Insbesondere kann die zweite Mantelschicht eine Dicke von größer oder gleich 1 nm und kleiner oder gleich 1 µm oder von größer oder gleich 5 nm und kleiner oder gleich 200 nm oder von größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 60 nm aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Mantelschichtstruktur eine Dicke auf, die einer Summe der Dicke der ersten Mantelschicht und der Dicke der dritten Mantelschicht, gemessen in einem zweiten Teilbereich, entspricht. Die Dicke der Mantelschichtstruktur kann also insbesondere dem Abstand zwischen der Epitaxieoberfläche der Halbleiterschichtenfolge und der der aktiven Schicht abgewandten Oberseite der Mantelschichtstruktur entsprechen. Insbesondere kann die Mantelschichtstruktur eine Dicke von kleiner oder gleich 1 µm oder kleiner oder gleich 400 nm oder kleiner oder gleich 300 nm aufweisen. Weiterhin kann die Mantelschichtstruktur eine Dicke von größer oder gleich 10 nm oder größer oder gleich 50 nm oder größer oder gleich 100 nm aufweisen. Insbesondere kann die Mantelschichtstruktur eine Dicke von größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 1 µm oder von größer oder gleich 50 nm und kleiner oder gleich 400 nm oder von größer oder gleich 100 nm und kleiner oder gleich 300 nm aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erste Mantelschicht ein transparentes, elektrisch leitendes Material auf. Besonders bevorzugt weist die erste Mantelschicht ein transparentes, elektrisch leitendes Oxid (TCO: „transparent conductive oxide“) auf oder ist aus einem TCO gebildet. Transparente elektrisch leitende Oxide sind transparente elektrisch leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Indiumoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen wie beispielsweise Zinkoxid (ZnO), Zinnoxid (SnO2) oder Indiumoxid (In2O3) gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen wie beispielsweise Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3O12 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Besonders bevorzugt kann die erste Mantelschicht eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: ITO, auch bezeichenbar als In2O3:Sn, besonders bevorzugt mit einem Anteil von größer oder gleich 90% und kleiner oder gleich 95% In2O3 und größer oder gleich 5% und kleiner oder gleich 10% SnO2; In2O3; SnO2; Sn2O3; ZnO; IZO (Indiumzinkoxid); GZO (Gallium-dotiertes Zinkoxid). Weiterhin kann es möglich sein, dass das oder die TCOs der ersten Mantelschicht nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung entsprechen und auch p- oder n-dotiert sein können.
  • Weiterhin kann die erste Mantelschicht ein Halbleitermaterial aufweisen oder daraus sein. Das Halbleitermaterial ist kein Teil der epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge, sondern durch ein oben beschriebenes nicht-epitaktisches Verfahren aufgebracht. Beispielsweise kann die erste Mantelschicht AlN, AlGaN und/oder GaN aufweisen.
  • Die dritte Mantelschicht kann ein transparentes, elektrisch leitendes Material aufweisen, insbesondere ein transparentes, elektrisch leitendes Oxid und/oder ein Halbleitermaterial. Besonders bevorzugt kann die dritte Mantelschicht ein in Verbindung mit der ersten Mantelschicht beschriebenes Material aufweisen oder daraus sein. Besonders bevorzugt können die erste Mantelschicht und die dritte Mantelschicht unterschiedliche Materialien aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Mantelschicht eine hohe thermische Leitfähigkeit auf. Beispielsweise kann die zweite Mantelschicht ein Material aufweisen oder daraus sein, das eine thermische Leitfähigkeit von größer oder gleich 10 W/(m×K) oder größer oder gleich 20 W/(m×K) aufweist. Insbesondere kann die zweite Mantelschicht eine thermische Leitfähigkeit aufweisen, die größer als die thermische Leitfähigkeit der ersten und/oder dritten Mantelschicht ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Mantelschicht einen kleineren Absorptionskoeffizienten als die ersten Mantelschicht und/oder die dritte Mantelschicht auf. Beispielsweise kann die zweite Mantelschicht ein Material aufweisen oder daraus sein, das einen Absorptionskoeffizienten von kleiner oder gleich 500/cm oder kleiner oder gleich 100/cm oder kleiner oder gleich 10/cm aufweist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Mantelschicht einen Brechungsindex auf, der kleiner als ein Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge ist. Hierbei kann sich der Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge beispielsweise aus einer gemittelten Gewichtung der Brechungsindices der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge ergeben. Weiterhin kann die zweite Mantelschicht einen Absorptionskoeffizienten und einen Brechungsindex aufweisen, die kleiner als ein Absorptionskoeffizient und ein Brechungsindex der ersten Mantelschicht und/oder der dritten Mantelschicht sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Mantelschicht ein transparentes dielektrisches Material auf. Beispielsweise kann die zweite Mantelschicht ein Material aufweisen oder daraus sein, das mit oder aus einem Oxid und/oder Nitrid und/oder Carbid mit Silizium und/oder Aluminium wie Si2O, SiN, SiC, AlN, Al2O3 ist. Weiterhin kann die zweite Mantelschicht beispielsweise auch DLC („diamond like carbon“, diamantähnlicher Kohlenstoff) aufweisen oder daraus sein. Die Mantelschichtstruktur kann somit elektrisch isolierende Bereiche in Form der zweiten Mantelschicht aufweisen, die in elektrisch leitendem Material in Form der ersten und dritten Mantelschicht eingebettet sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Mantelschicht ein transparentes elektrisch leitendes Material auf, beispielsweise ein in Verbindung mit der ersten Mantelschicht genanntes Material. Beispielsweise kann das Material der zweiten Mantelschicht so gewählt sein, dass die zweite Mantelschicht eine geringere elektrische Leitfähigkeit als die erste und/oder dritte Mantelschicht aufweist.
  • Zumindest eine oder mehrere oder jede Mantelschicht der Mantelschichtstruktur, also zumindest eine oder mehrere oder jede Schicht ausgewählt aus der ersten Mantelschicht, der zweiten Mantelschicht und der dritten Mantelschicht, können eines oder mehrere der jeweils genannten Materialien aufweisen. Weist eine Mantelschicht mehrere Materialien auf, können die beispielsweise in Form einer Schichtstruktur in vertikaler Richtung übereinander und/oder in lateral nebeneinander angeordneten Bereichen angeordnet sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Licht emittierende Diode eine metallische Kontaktschicht auf, die auf der Mantelschichtstruktur angeordnet ist. Als Materialien für die metallische Kontaktschicht können sich beispielsweise eines oder mehrere Metalle ausgewählt aus Au, Pt, Ag, Pd, Rh und Ni eignen.
  • Besonders bevorzugt ist die metallische Kontaktschicht unmittelbar auf der Mantelschichtstruktur angeordnet. Mit anderen Worten kann die der aktiven Schicht abgewandte Oberseite der Mantelschichtstruktur in unmittelbarem Kontakt mit der metallischen Kontaktschicht sein. Beispielsweise kann die metallische Kontaktschicht großflächig auf der Mantelschichtstruktur angeordnet sein. Alternativ kann die metallische Kontaktschicht strukturiert auf der Mantelschichtstruktur angeordnet sein. Beispielsweise kann die metallische Kontaktschicht den Strominjektionsbereich überdecken. In diesem Fall kann die metallische Kontaktschicht insbesondere auch den aktiven Bereich überdecken. Weiterhin kann die metallische Kontaktschicht in einer lateralen Richtung nur neben dem Strominjektionsbereich und/oder dem aktiven Bereich angeordnet sein. In diesem Fall kann die metallische Kontaktschicht so ausgebildet sein, dass der Strominjektionsbereich in einer vertikalen Richtung nicht von der metallischen Kontaktschicht überdeckt ist. Dabei kann in einer vertikalen Richtung über dem aktiven Bereich auf der Mantelschichtstruktur nur eine dielektrische Schicht angeordnet sein, so dass der Strominjektionsbereich von der dielektrischen Schicht überdeckt sein kann, oder die Mantelschichtstruktur kann in einer vertikalen Richtung über dem aktiven Bereich unmittelbar an die umgebende Atmosphäre angrenzen. Die dielektrische Schicht über dem aktiven Bereich und/oder die umgebende Atmosphäre kann als weitere Mantelschicht wirken. Weiterhin kann es sein, dass in diesem Fall die Mantelschichtstruktur nur die erste Mantelschicht aufweist. Wenn die erste Mantelschicht unmittelbar an die Umgebung angrenzt, ist die Licht emittierende Diode insbesondere auch in einer vertikalen Richtung über der Mantelschichtstruktur frei von weiteren Mantelschichten.
  • Bei der hier beschriebene Licht emittierende Diode mit der Mantelschichtstruktur mit zumindest der ersten Mantelschicht, die transparent, elektrisch leitend und mit einer vorab beschriebenen geringen Dicke ausgebildet ist, kann es beispielsweise im Vergleich zu herkömmlichen Laserdioden, die wesentlich dickere, unstrukturierte TCO-Mantelschichten aufweisen, möglich sein, dass vertikal geführte Lasermoden geringe interne Verluste erfahren. Insbesondere die erste Mantelschicht kann als Stromverteilerschicht dienen, während die Moden zu einem möglichst großen Anteil beispielsweise in der absorptionsverlustärmeren zweiten Mantelschicht geführt werden können. Die erste Mantelschicht ist nur stellenweise mit der dritten Mantelschicht verbunden, wobei es bevorzugt ist, eine komplette Bestromung zu gewährleisten, aber möglichst wenig Fläche, beispielsweise weniger als 30%, der ersten Mantelschicht mit der dritten Mantelschicht anzuschließen. Durch eine gezielte Anordnung der zweiten Mantelschicht kann Einfluss auf die longitudinale und transversale Modenverteilung genommen werden. Durch die Mantelschichtstruktur kann es möglich sein, die Steilheit, also das Verhältnis von optischer Leistung zu injiziertem elektrischem Strom, zu erhöhen und die Laserschwelle zu verringern. Somit können Effizienz und Lebensdauer der Licht emittierenden Diode erhöht und Kosten gesenkt werden. Zudem kann es möglich sein, die Wellenlänge und spektrale Breite sowie die Modenverteilung stabilisieren und/oder gezielt einstellen zu können. Insbesondere kann die Licht emittierende Diode als Halbleiterlaserdiode mit einer Emissionswellenlänge im sichtbaren oder nicht-sichtbaren Spektralbereich verwendet werden.
  • Die hier beschriebene Licht emittierende Diode kann, beispielsweise als Halbleiterlaserdiode, in Consumer-, Industrie- und Automotive-Anwendungen, beispielsweise in Projektionsanwendungen, in der Materialbearbeitung und in Beleuchtungsanwendungen, verwendet werden.
  • Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
    • 1A bis 1E zeigen schematische Darstellungen von Halbleiterschichtenfolgen für Licht emittierenden Dioden und für Verfahrensschritte von Verfahren zur Herstellung von Licht emittierenden Dioden gemäß mehreren Ausführungsbeispielen,
    • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Licht emittierenden Diode gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
    • 3A und 3B zeigen Simulationen zu Mantelschichtstrukturen von Licht emittierenden Dioden gemäß weiteren Ausführungsbeispielen und
    • 4 bis 14 zeigen schematische Darstellung von Licht emittierenden Dioden gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
  • In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • In den 1A bis 1E sind Ausführungsbeispiele für Halbleiterschichtenfolgen 2 jeweils auf einem Substrat 1 gezeigt, die für die Herstellung der im Folgenden beschriebenen Licht emittierenden Dioden bereitgestellt und verwendet werden, wobei 1A eine Aufsicht auf die Lichtauskoppelfläche 6 der späteren Licht emittierenden Diode und 1B eine Darstellung eines Schnitts durch die Halbleiterschichtenfolge 2 und das Substrat 1 mit einer Schnittebene senkrecht zur Lichtauskoppelfläche 6 zeigt. In 1C ist ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau der Halbleiterschichtenfolge 2 gezeigt. Die 1D und 1E zeigen Modifikationen der Halbleiterschichtenfolge 2.
  • Wie in den 1A bis 1C angedeutet ist, wird ein Substrat 1 bereitgestellt, das beispielsweise ein Aufwachssubstrat für eine darauf mittels eines Epitaxieverfahrens hergestellte Halbleiterschichtenfolge 2 ist. Alternativ hierzu kann das Substrat 1 auch ein Trägersubstrat sein, auf das eine auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge 2 nach dem Aufwachsen übertragen wird. Beispielsweise kann das Substrat 1 mit oder aus GaN sein, auf dem eine auf einem InAlGaN-Verbindungshalbleitermaterial basierende Halbleiterschichtenfolge 2 aufgewachsen wird. Darüber hinaus sind auch andere Materialien, insbesondere wie im allgemeinen Teil beschrieben, für das Substrat 1 und die Halbleiterschichtenfolge 2 möglich. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die fertiggestellte Licht emittierende Diode frei von einem Substrat ist. In diesem Fall kann die Halbleiterschichtenfolge 2 auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen sein, das anschließend entfernt wird. Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist eine aktive Schicht 3 auf, die geeignet ist, im Betrieb der fertiggestellten Licht emittierenden Diode Licht 8 zu erzeugen und über die Lichtauskoppelfläche 6 abzustrahlen. Im Fall einer als Halbleiterlaserdiode ausgebildeten Licht emittierenden Diode kann insbesondere bei Überschreiten der Laserschwelle Laserlicht erzeugt und abgestrahlt werden.
  • Wie in den 1A und 1B angedeutet ist, wird hier und im Folgenden als transversale Richtung 91 eine Richtung bezeichnet, die parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge 2 bei einer Aufsicht auf die Lichtauskoppelfläche 6 verläuft. Die Anordnungsrichtung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge 2 aufeinander sowie der Halbleiterschichtenfolge 2 auf dem Substrat 1 wird hier und im Folgenden als vertikale Richtung 92 bezeichnet. Die zur transversalen Richtung 91 und zur vertikalen Richtung 92 senkrecht stehende Richtung, die der Richtung entspricht, entlang derer im Betrieb der fertiggestellten Licht emittierenden Diode das Licht 8 abgestrahlt wird, wird hier und im Folgenden als longitudinale Richtung 93 bezeichnet. Allgemein als laterale Richtungen werden Richtungen bezeichnet, die parallel zur von der transversalen Richtung 91 und der longitudinalen Richtung 93 aufgespannten Ebene sind.
  • An der dem Substrat 1 abgewandten Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 2, die, wie weiter unter erläutert wird, auch als Epitaxieoberseite 20 bezeichnet wird, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Steg 9 durch Entfernung eines Teils des Halbleitermaterials von der dem Substrat 1 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 ausgebildet. Hierzu kann auf der aufgewachsenen Halbleiterschichtenfolge 2 eine geeignete Maske in dem Bereich aufgebracht werden, in dem der Steg ausgebildet werden soll. Durch ein Ätzverfahren kann Halbleitermaterial entfernt werden. Anschließend kann die Maske wieder entfernt werden. Der Steg 9 wird durch ein solches Verfahren derart ausgebildet, dass der Steg in longitudinaler Richtung 93 verläuft und in lateraler Richtung 91 beidseitig durch Seitenflächen, die auch als Stegseitenflächen oder Stegseiten bezeichnet werden können, begrenzt ist.
  • Die Halbleiterschichtenfolge 2 kann zusätzlich zur aktiven Schicht 3 weitere Halbleiterschichten aufweisen, etwa Pufferschichten, Mantelschichten, Wellenleiterschichten, Barriereschichten, Stromaufweitungsschichten und/oder Strombegrenzungsschichten. Wie in 1C gezeigt ist, kann die Halbleiterschichtenfolge 2 auf dem Substrat 1 beispielsweise eine Pufferschicht 31, darüber eine erste Mantelschicht 32 und darüber eine erste Wellenleiterschicht 33 aufweisen, auf denen die aktive Schicht 3 aufgebracht ist. Über der aktiven Schicht 3 können eine zweite Wellenleiterschicht 34 und eine Halbleiterkontaktschicht 35 aufgebracht sein. Alternativ dazu kann, beispielsweise bei einer entsprechenden Dotierung zumindest eines Teils der zweiten Wellenleiterschicht 34, die Halbleiterkontaktschicht 35 auch nicht vorhanden sein.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Steg 9 durch die Halbleiterkontaktschicht 35 und einen Teil der Wellenleiterschicht 34 gebildet, wobei zur Herstellung des Stegs 9 nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 2 ein Teil der Halbleiterschichtenfolge 2 von der Oberseite 20 her entfernt wird. Insbesondere kann das Entfernen durch ein Ätzverfahren erfolgen.
  • Der Steg 9 kann auch als Stegwellenleiterstruktur oder Ridge bezeichnet werden. Durch den Brechungsindexsprung an den Seitenflächen des Stegs 9 zu einem angrenzenden Material sowie bei einer ausreichenden Nähe zur aktiven Schicht 3 kann insbesondere bei der Ausbildung der später fertiggestellten Licht emittierenden Diode als Halbleiterlaserdiode eine so genannte Indexführung des in der aktiven Schicht 3 erzeugten Lichts bewirkt werden, was zusammen mit der im Folgenden beschriebenen Mantelschichtstruktur maßgeblich zur Ausbildung eines aktiven Bereichs 5 führen kann, der den Bereich in der Halbleiterschichtenfolge 2 angibt, in dem im Laserbetrieb das erzeugte Licht in Form von einer oder mehreren Lasermoden geführt und verstärkt wird. Der Steg 9 kann somit ein den aktiven Bereich definierendes Element bilden. Es kann auch möglich sein, dass der Steg 9 eine geringere oder eine größere Höhe als die gezeigte Höhe aufweist, dass also weniger oder mehr Halbleitermaterial zur Ausbildung des Stegs 9 entfernt wird. Beispielsweise kann der Steg 9 nur durch die Halbleiterkontaktschicht 35 oder einen Teil davon oder durch die Halbleiterkontaktschicht 35, die zweite Wellenleiterschicht 34, die aktive Schicht 3 und einen Teil der ersten Wellenleiterschicht 33 gebildet werden. Durch eine Anpassung der Höhe des Stegs 9 kann eine Anpassung der Indexführung erreicht werden. Mit einer geringer werdenden Höhe und/oder einem zur aktiven Schicht 3 größer werdenden Abstand des Stegs 9 kann die Ausprägung der Indexführung reduziert werden. Die Modenführung im aktiven Bereich erfolgt dann zumindest zum Teil durch eine so genannte Gewinnführung.
  • Basiert die Halbleiterschichtenfolge 2 wie oben beschrieben auf einem InAlGaN-Verbindungshalbleitermaterial, können die Pufferschicht 31 undotiertes oder n-dotiertes GaN, die erste Mantelschicht 32 n-dotiertes AlGaN, die erste Wellenleiterschicht 33 n-dotiertes GaN, die zweite Wellenleiterschicht 34 p-dotiertes GaN und die Halbleiterkontaktschicht 35 p-dotiertes GaN aufweisen oder daraus sein. Als n-Dotierstoff kann beispielsweise Si verwendet werden, als p-Dotierstoff beispielsweise Mg. Die aktive Schicht 3 kann durch einen pn-Übergang oder, wie in 1C angedeutet, durch eine Quantentopfstruktur mit einer Vielzahl von Schichten gebildet werden, die beispielsweise durch abwechselnde Schichten mit oder aus InGaN und GaN gebildet werden. Das Substrat kann beispielsweise n-dotiertes GaN aufweisen oder daraus sein. Alternativ hierzu sind auch andere Schicht- und Materialkombinationen wie oben im allgemeinen Teil beschrieben möglich.
  • Weiterhin können auf der Lichtauskoppelfläche 6 und der gegenüberliegenden Rückseitenfläche 7, die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 und des Substrats 1 bilden, reflektierende oder teilreflektierende Schichten oder Schichtenfolge aufgebracht werden, die der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht gezeigt sind und die zur Ausbildung eines optischen Resonators in der Halbleiterschichtenfolge 2 vorgesehen und eingerichtet sind. Durch die Ausbildung eines optischen Resonator kann die später fertiggestellte Licht emittierende Diode als Halbleiterlaserdiode, insbesondere als kantenemittierende Halbleiterlaserdiode, ausgeführt sein. Bei Abwesenheit eines optischen Resonators kann die später fertiggestellte Licht emittierende Diode beispielsweise als Superlumineszenzdiode ausgeführt sein.
  • Wie beispielsweise in 1A ersichtlich ist, kann der Steg 9 durch ein vollständiges Entfernen von Halbleitermaterial lateral beidseitig neben dem Steg 9 gebildet werden. Alternativ hierzu kann auch ein so genanntes „Dreibein“ ausgebildet werden, wie in 1D angedeutet ist, bei dem zur Bildung des Stegs 9 lateral neben dem Steg 9 nur entlang zweier Rinnen das Halbleitermaterial entfernt wird. Alternativ hierzu kann die fertiggestellte Licht emittierende Diode auch als so genannte Breitstreifenlaserdiode ausgebildet sein, bei der die Halbleiterschichtenfolge 2 ohne Steg oder mit einem Steg mit geringer Höhe hergestellt und für die weiteren Verfahrensschritte bereitgestellt wird. Eine derartige Halbleiterschichtenfolge 2, bei der die Modenführung nur oder zumindest im Wesentlichen auf dem Prinzip der Gewinnführung basieren kann, ist in 1E gezeigt.
  • In Verbindung mit den weiteren Figuren werden Ausführungsbeispiele für eine Licht emittierende Diode 100 beschrieben, die eine Halbleiterschichtenfolge 2 entsprechend der vorherigen Beschreibung aufweisen kann, auf der eine Mantelschichtstruktur 4 aufgebracht ist. Beispielsweise ist in 2 eine Licht emittierende Diode 100 mit einer Mantelschichtstruktur 4 gezeigt, die beispielsweise als Halbleiterlaserdiode ausgebildet sein kann und bei der im Betrieb in einem aktivem Bereich 5 Licht erzeugt wird. Rein beispielhaft ist die Licht emittierende Diode 100 ohne Steg ausgebildet. Alternativ kann auch ein Steg vorhanden sein.
  • Der in den 1A, 1D und 1E angedeutete aktive Bereich 5 ist nur rein schematisch zu verstehen, da zu dessen Ausbildung nicht nur, sofern vorhanden, eine Stegwellenleiterstruktur, sondern insbesondere auch die Mantelschichtstruktur 4 beitragen kann, die damit auch ein den aktiven Bereich definierendes Element bildet. Insbesondere kann sich der aktive Bereich 5, wie in 2 angedeutet ist, bis in die Mantelschichtstruktur 4 erstrecken. Mit anderen Worten erstreckt sich die optische Welle des in der aktiven Schicht 3 im Betrieb erzeugten Lichts bis in die Mantelschichtstruktur 4.
  • Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist, wie schon in den 1A bis 1E angedeutet ist, von der aktiven Schicht 3 aus in einer vertikalen Richtung 92 gesehen eine Oberseite in Form einer Grenzfläche auf, mit der die Halbleiterschichtenfolge 2 in dieser vertikalen Richtung 92 abschließt und die daher als Epitaxieoberseite 20 bezeichnet werden kann. Die Epitaxieoberseite 20 bildet somit eine der aktiven Schicht 3 abgewandte Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 2, auf der gemäß den folgenden Ausführungsbeispielen die Mantelschichtstruktur 4 aufgebracht ist. Besonders bevorzugt kann, wie in 2 angedeutet ist, die Mantelschichtstruktur 4 unmittelbar auf der Halbleiterschichtenfolge 2 und damit unmittelbar auf der Epitaxieoberseite 20 angeordnet sein.
  • Die Mantelschichtstruktur 4 ist transparent und zumindest teilweise elektrisch leitend. Dadurch kann im Betrieb der Licht emittierenden Diode 100 vermittels der Mantelschichtstruktur 4 eine Strominjektion durch die Epitaxieoberseite 20 in die Halbleiterschichtenfolge 2 und damit in die aktive Schicht 3 erfolgen. Hierzu ist auf der Mantelschichtstruktur 4 eine metallische Kontaktschicht 10 aufgebracht, die als elektrisches Kontaktelement zum elektrischen Anschluss der Licht emittierenden Diode 10 dient. Die metallische Kontaktschicht 10 ist besonders bevorzugt unmittelbar auf der Mantelschichtstruktur 4 angeordnet und kann, wie in 2 gezeigt ist, großflächig ausgebildet sein. Als Materialien für die metallische Kontaktschicht 10 können sich beispielsweise eines oder mehrere Metalle ausgewählt aus Au, Pt, Ag, Pd, Rh und Ni eignen. Ein weiteres elektrisches Kontaktelement, beispielsweise eine weitere metallische Kontaktschicht, kann beispielsweise auf einer der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seite des Substrats oder zwischen dem Substrat und der Halbleiterschichtenfolge 2 vorhanden sein. Die Licht emittierende Diode 100 kann somit im Hinblick auf die elektrische Kontaktierung als vertikales Bauelement ausgebildet sein.
  • Die Mantelschichtstruktur 4 kann wie gezeigt großflächig auf der Epitaxieoberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht sein. Das kann beispielsweise bedeuten, dass die Mantelschichtstruktur 4 auf der gesamten Epitaxieoberseite 20 zusammenhängend und vollständig bedeckend ausgebildet ist. Insbesondere kann die Halbleiterschichtenfolge 2 einen Strominjektionsbereich aufweisen, also einen Flächenbereich der Epitaxieoberseite 20, über den ausschließlich oder über den zumindest im Wesentlichen der gesamte elektrische Strom zum Betrieb der Licht emittierenden Diode von der Seite der Mantelschichtstruktur 4 her in die Halbleiterschichtenfolge 2 injiziert wird. Der Strominjektionsbereich kann durch die gesamte Epitaxieoberseite 20 gebildet werden oder nur durch einen Teil der Epitaxieoberseite 20. Der Strominjektionsbereich kann beispielsweise dadurch definiert werden, dass der elektrische Übergangswiderstand zwischen der Mantelschichtstruktur und der Epitaxieoberseite 20 im Strominjektionsbereich kleiner ist als in Bereichen der Epitaxieoberseite, die nicht zum Strominjektionsbereich gehören. Eine Beeinflussung des elektrischen Übergangswiderstands kann beispielsweise durch eine oder mehrere Maßnahmen erreicht werden, die ausgewählt sein können aus einer lateral variierenden Dotierung, einer lateral variierenden Schichtzusammensetzung, Oberflächenstrukturen, Oberflächenschädigungen und strukturierte elektrisch isolierende oder zumindest schlecht leitende Schichten an der Epitaxieoberseite 20. Die Mantelschichtstruktur 4 kann großflächig zumindest auf dem Strominjektionsbereich oder alternativ zur gezeigten Ausführung auch nur auf dem Strominjektionsbereich angeordnet sein.
  • Die Mantelschichtstruktur 4 weist mehrere Mantelschichten 41, 42, 43, durch die Mantelschichtstruktur 4 gebildet wird. Insbesondere weist die Mantelschichtstruktur 4 eine erste Mantelschicht 41 auf. Die erste Mantelschicht 41 ist besonders bevorzugt unmittelbar auf der Halbleiterschichtenfolge 2, also insbesondere unmittelbar auf der Epitaxieoberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2, angeordnet. Die erste Mantelschicht 41 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel großflächig und damit also unstrukturiert auf der Epitaxieoberseite 20 angeordnet. Weiterhin kann es möglich sein, dass die erste Mantelschicht 41 unstrukturiert zumindest auf dem Strominjektionsbereich oder auch ausschließlich auf dem Strominjektionsbereich angeordnet ist. Zumindest also der Strominjektionsbereich kann vollständig durch die erste Mantelschicht 41 bedeckt sein.
  • Auf der ersten Mantelschicht 41 ist eine zweite Mantelschicht 42 angeordnet. Die zweite Mantelschicht 42 ist unmittelbar auf der ersten Mantelschicht 41 angeordnet und strukturiert ausgebildet. Somit ist die zweite Mantelschicht 42 nicht großflächig und damit nicht vollständig bedeckend auf der ersten Mantelschicht 41 angeordnet. Die erste Mantelschicht kann insbesondere in zumindest einem ersten Teilbereich 411 von der zweiten Mantelschicht 42 bedeckt sein und in zumindest einem zweiten Teilbereich 412 von der zweiten Mantelschicht 42 unbedeckt sein. Der zumindest eine erste Teilbereich 411 und der zumindest eine zweite Teilbereich 412 grenzen unmittelbar aneinander an. Beispielsweise kann auch eine Mehrzahl von ersten Teilbereichen 411 vorhanden sein. Jeder der Mehrzahl der ersten Teilbereiche 411 kann unmittelbar an zumindest einen oder eine Mehrzahl von zweiten Teilbereichen 412 angrenzen. Weiterhin kann auch eine Mehrzahl von zweiten Teilbereichen 412 vorhanden sein. Jeder der Mehrzahl der zweiten Teilbereiche 412 kann unmittelbar an zumindest einen oder eine Mehrzahl von ersten Teilbereichen 411 angrenzen. Im Fall einer Mehrzahl von ersten Teilbereichen 411 können diese besonders bevorzugt durch einen oder mehrere zweite Teilbereiche 412 voneinander getrennt sein. Im Fall einer Mehrzahl von zweiten Teilbereichen 412 können diese durch einen oder mehrere erste Teilbereiche 411 voneinander getrennt sein. Besonders bevorzugt kann die erste Mantelschicht 41 eine von der aktiven Schicht 3 abgewandte Oberseite aufweisen, deren Fläche vollständig aus ersten und zweiten Teilbereichen 411, 412 gebildet ist. In Verbindung mit den 13A bis 13H sind Beispiele für verschiedene Ausgestaltungen und Anordnungen für die ersten und zweiten Teilbereiche 411, 412 gezeigt.
  • Weiterhin weist die Mantelschichtstruktur 4 eine dritte Mantelschicht 43 auf, die im zumindest einen zweiten Teilbereich 412 unmittelbar auf der ersten Mantelschicht 411 angeordnet ist. Die dritte Mantelschicht 43 ist, wie in 2 gezeigt ist, auch über dem zumindest einen ersten Teilbereich 411 unmittelbar auf der zweiten Mantelschicht 42 angeordnet. Somit überdeckt die dritte Mantelschicht 43 die zweite Mantelschicht 42 und die zweite Mantelschicht 42 kann, wie in 2 angedeutet ist, zwischen der ersten und dritten Mantelschicht 41, 43 eingebettet sein. Die der aktiven Schicht 3 abgewandte Oberseite der Mantelschichtstruktur 4 wird somit durch das Material der dritten Mantelschicht 43 gebildet.
  • Die erste Mantelschicht 41 dient insbesondere einem elektrischen Anschluss der Epitaxieoberseite 20, so dass mit der Mantelschichtstruktur 4 bevorzugt möglichst gleichmäßig ein elektrischer Strom über den dafür vorgesehenen Strominjektionsbereich in die Halbleiterschichtenfolge 2 und damit in die aktive Schicht 3 injiziert werden kann. Dazu weist die erste Mantelschicht beispielsweise ein TCO auf oder ist aus einem TCO gebildet, beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO), Indiumoxid, Zinnoxid oder Zinkoxid oder ein anderes im allgemeinen Teil genanntes TCO. Die erste Mantelschicht 41 ist kein Teil der Halbleiterschichtenfolge 2 und kann beispielsweise mittels nicht-epitaktischer chemischer Gasphasenabscheidung, Sputtern, Aufdampfen und/oder einem Sol-Gel-Verfahren aufgebracht werden. Weiterhin kann die erste Mantelschicht 41 alternativ oder zusätzlich auch ein Halbleitermaterial aufweisen oder daraus sein, das kein Teil der epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge 2 ist, sondern beispielsweise durch ein vorgenanntes nicht-epitaktisches Verfahren aufgebracht wird. Beispielsweise kann die erste Mantelschicht 41 als Halbleitermaterial AlN, AlGaN und/oder GaN aufweisen.
  • Durch die dritte Mantelschicht 43 kann unabhängig vom Material der zweiten Mantelschicht 42 ein elektrischer Kontakt zwischen der ersten Mantelschicht 41 und der metallischen Kontaktschicht 10 hergestellt werden. Die dritte Mantelschicht 43 kann dazu ein transparentes, elektrisch leitendes Material aufweisen, insbesondere ein TCO und/oder Halbleitermaterial. Besonders bevorzugt kann die dritte Mantelschicht 43 ein in Verbindung mit der ersten Mantelschicht 41 beschriebenes Material aufweisen oder daraus sein. Die erste Mantelschicht 41 und die dritte Mantelschicht 43 können gleiche oder bevorzugt unterschiedliche Materialien aufweisen.
  • TCO-Schichten auf einem Halbleiterkörper werden zwar auch im Stand der Technik verwendet, jedoch dienen diese üblicherweise dazu, die Alterungsstabilität zu verbessern, und weisen daher eine relativ große Dicke auf, innerhalb derer die optische Welle im Wesentlichen vollständig abklingt und somit nicht in darüber liegende Schichten reicht, da TCOs typischerweise eine hohe Absorption aufweisen. Die darüber liegenden Schichten haben daher keinen Einfluss auf die optische Welle. Im Vergleich dazu weist die erste Mantelschicht 41 der hier beschriebenen Mantelschichtstruktur 4 eine Dicke auf, die kleiner oder gleich 200 nm ist. Insbesondere kann die erste Mantelschicht 41 eine Dicke aufweisen, die größer oder gleich 1 nm und kleiner oder gleich 200 nm ist. Bevorzugt kann die erste Mantelschicht 41 eine Dicke von kleiner oder gleich 70 nm, also insbesondere eine Dicke in einem Bereich von größer oder gleich 1 nm und kleiner oder gleich 70 nm, aufweisen. Besonders bevorzugt kann die erste Mantelschicht 41 eine Dicke von kleiner oder gleich 30 nm aufweisen, also insbesondere eine Dicke von kleiner oder gleich 30 nm sowie von größer oder gleich 1 nm oder größer oder gleich 2 nm aufweisen. Beispielsweise kann die erste Mantelschicht 41 eine Dicke von 10 nm aufweisen.
  • Durch die beschriebene geringe Dicke der ersten Mantelschicht 41 ist es möglich, die durch das Material der ersten Mantelschicht 41 hervorgerufene Absorption im Vergleich zu dickeren Schichten zu verringern, aber dennoch eine ausreichende Stromverteilung im Strominjektionsbereich zu bewirken. Dadurch kann das über der ersten Mantelschicht 41 angeordnete Material, also insbesondere die zweite Mantelschicht 42, für die optische Welle des im Betrieb in der aktiven Schicht 3 erzeugten Lichts die eigentliche Wellenführung und Modenbeeinflussung bewirken. In diesem Material, also insbesondere in der zweiten Mantelschicht 42, kann die optische Welle somit zumindest größtenteils abklingen.
  • In 3A sind in Abhängigkeit von der Dicke D1 der ersten Mantelschicht 41 aus ITO die Steilheit M, also das Verhältnis von optischer Leistung zu injiziertem elektrischen Strom, und die elektrische Spannung U der Laserschwelle für eine beispielhafte simulierte Licht emittierende Diode 100 mit der Mantelschichtstruktur 4 gezeigt. Für die Mantelschichtstruktur 4 wurde weiterhin eine zweite Mantelschicht 42 aus SiO2 mit einer Dicke von 200 nm und eine dritte Mantelschicht 43 aus ITO mit einer Dicke von 250 nm angenommen. Die Dicke der dritten Mantelschicht 43 wird dabei in einem zweiten Teilbereich 412 gemessen, also von der Oberseite der ersten Mantelschicht 41 aus. Die der Simulation zugrunde gelegte Flächenbelegung der zweiten Mantelschicht 42, also das Verhältnis der Gesamtfläche der ersten Teilbereiche 411 zur Gesamtfläche der ersten Mantelschicht 41 betrug 80%. Aus den Graphen zeigt sich, dass für eine gute Stromaufweitung eine Dicke von größer oder gleich 1 nm, insbesondere von größer oder gleich einem Wert zwischen 1 nm und 30 nm, wünschenswert ist, während für eine große Steilheit hinsichtlich der optischen Eigenschaften, also beispielsweise einer ausreichend geringen Absorption durch die erste Mantelschicht 41, eine Dicke von kleiner oder gleich 200 nm vorteilhaft ist, was in Übereinstimmung mit den vorab angegebenen Werten ist.
  • Die zweite Mantelschicht 42 weist bevorzugt einen kleineren Absorptionskoeffizienten als die ersten Mantelschicht 41 und/oder die dritte Mantelschicht 43 auf. Besonders bevorzugt kann die zweite Mantelschicht 42 ein Material aufweisen oder daraus sein, das einen Absorptionskoeffizienten von kleiner oder gleich 500/cm oder kleiner oder gleich 100/cm oder sogar kleiner oder gleich 10/cm aufweist. Weiterhin weist die zweite Mantelschicht 42 bevorzugt einen Brechungsindex auf, der kleiner als ein Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge 2 ist. Weiterhin kann die zweite Mantelschicht 42 bevorzugt einen Absorptionskoeffizienten und einen Brechungsindex aufweisen, die kleiner als ein Absorptionskoeffizient und ein Brechungsindex der ersten Mantelschicht 41 und/oder der dritten Mantelschicht 43 sind. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn die zweite Mantelschicht 42 eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, um eine Entwärmung der Licht emittierenden Diode 100 zu verbessern. Beispielsweise kann die zweite Mantelschicht 42 ein Material aufweisen oder daraus sein, das eine thermische Leitfähigkeit von größer oder gleich 10 W/(m×K) oder größer oder gleich 20 W/(m×K) aufweist. Insbesondere kann die zweite Mantelschicht 42 eine thermische Leitfähigkeit aufweisen, die größer als die thermische Leitfähigkeit der ersten Mantelschicht 41 und/oder der dritten Mantelschicht 43 ist.
  • Besonders bevorzugt weist die zweite Mantelschicht 42 ein transparentes dielektrisches Material auf. Beispielsweise kann die zweite Mantelschicht 42 ein Material aufweisen oder daraus sein, das mit oder aus einem Oxid und/oder Nitrid und/oder Carbid mit Silizium und/oder Aluminium wie Si2O, SiN, SiC, AlN, Al2O3 ist. Weiterhin kann die zweite Mantelschicht 42 beispielsweise auch DLC aufweisen oder daraus sein. Die Mantelschichtstruktur 4 weist im Fall eines dielektrischen Materials für die zweite Mantelschicht 42 somit elektrisch isolierende Bereiche in Form der zweiten Mantelschicht 42 auf, die in elektrisch leitendem Material in Form der ersten und dritten Mantelschicht eingebettet ist. Weiterhin kann es möglich sein, dass die zweite Mantelschicht 42 ein transparentes elektrisch leitendes Material aufweist, beispielsweise ein in Verbindung mit der ersten Mantelschicht 41 genanntes Material, wobei das Material vorzugsweise dennoch so gewählt ist, dass auch dann die vorab beschriebenen optischen und thermischen Eigenschaften der zweiten Mantelschicht 42 erreicht werden. Weiterhin kann das Material der zweiten Mantelschicht 42 auch in diesem Fall so gewählt sein, dass die zweite Mantelschicht 42 zumindest eine geringere elektrische Leitfähigkeit als die erste Mantelschicht 41 und/oder die dritte Mantelschicht 43 aufweist.
  • Die zweite Mantelschicht 42 weist bevorzugt eine Dicke von kleiner oder gleich 1 µm oder kleiner oder gleich 200 nm oder kleiner oder gleich 60 nm auf. Weiterhin kann die zweite Mantelschicht 42 eine Dicke von größer oder gleich 1 nm oder größer oder gleich 5 nm oder größer oder gleich 10 nm aufweisen. Insbesondere kann die zweite Mantelschicht 42 eine Dicke von größer oder gleich 1 nm und kleiner oder gleich 1 µm oder von größer oder gleich 5 nm und kleiner oder gleich 200 nm oder von größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 60 nm aufweisen.
  • In 3B sind, basierend auf einer der 3A entsprechenden Simulation, in Abhängigkeit von der Dicke D2 der zweiten Mantelschicht 42 aus SiO2 die Steilheit M für eine weitere beispielhafte simulierte Licht emittierende Diode 100 mit der Mantelschichtstruktur 4 gezeigt, wobei für die Mantelschichtstruktur 4 weiterhin eine erste Mantelschicht 41 aus ITO mit einer Dicke von 10 nm und eine dritte Mantelschicht 43 aus ITO mit einer Dicke von 200 nm angenommen wurde. Es zeigt sich, dass die Steilheit M mit zunehmender Dicke D2 der zweiten Mantelschicht 42 steigt, da der Anteil der Absorption in der dritten Mantelschicht 43 abnimmt.
  • Um die optische Welle des im Betrieb in der aktiven Schicht 3 erzeugten Lichts gut von der metallischen Kontaktschicht 10 abzuschirmen, weist die Mantelschichtstruktur 4 bevorzugt eine Dicke eine Dicke von größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 1 µm oder von größer oder gleich 50 nm und kleiner oder gleich 400 nm oder größer oder gleich 100 nm und kleiner oder gleich 300 nm auf. Die Dicke der Mantelschichtstruktur 4 entspricht dabei einer Summe der Dicke der ersten Mantelschicht 41 und der Dicke der dritten Mantelschicht 43 gemessen in einem zweiten Teilbereich 412, also dem Abstand von der Epitaxieoberseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 zur dem aktiven Bereich zugewandten Unterseite der metallischen Kontaktschicht 10.
  • Zumindest eine oder mehrere oder jede Mantelschicht der Mantelschichtstruktur 4, also zumindest eine oder mehrere oder jede Schicht ausgewählt aus der ersten Mantelschicht 41, der zweiten Mantelschicht 42 und der dritten Mantelschicht 43, können eines oder mehrere der jeweils genannten Materialien aufweisen. Weist eine Mantelschicht mehrere Materialien auf, können die beispielsweise in Form einer Schichtstruktur in vertikaler Richtung übereinander und/oder in lateral nebeneinander angeordneten Bereichen angeordnet sein.
  • In Verbindung mit den folgenden Figuren sind Modifikationen und Weiterbildungen der Licht emittierenden Diode 100 gemäß der 2 gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich daher im Wesentlichen auf die Unterschiede zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen.
  • Die dritte Mantelschicht 43 kann, wie in 2 gezeigt ist, die zweite Mantelschicht 42 vollständig oder zumindest teilweise überdecken. Wie in 4 gezeigt ist, kann die dritte Mantelschicht 43, im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der 2, auch nur auf dem zumindest einen zweiten Teilbereich 412 angeordnet sein und der zumindest eine erste Teilbereich 411 kann frei von der dritten Mantelschicht 43 sein. Mit anderen Worten ist die dritte Mantelschicht 43 nicht in vertikaler Richtung auf der zweiten Mantelschicht 42 angeordnet. Als Folge davon können die zweite und dritte Mantelschicht 42, 43 eine gleiche Dicke aufweisen und die dritte Mantelschicht 43 ist nur in lateraler Richtung neben Bereichen mit der zweiten Mantelschicht 42 angeordnet. Die der aktiven Schicht 3 abgewandte Oberseite der Mantelschichtstruktur 4, auf der die metallische Kontaktschicht 10 angeordnet ist, kann somit durch Bereiche mit dem Material der zweiten Mantelschicht 42 und Bereiche mit dem Material der dritten Mantelschicht 43 gebildet sein.
  • Alternativ zu eine großflächigen Anordnung der metallischen Kontaktschicht 10 auf der Mantelschichtstruktur 4 kann diese, wie in 5 gezeigt ist, strukturiert auf der Mantelschichtstruktur 4 angeordnet sein. Da die dritte Mantelschicht 43 eine gute Stromaufweitung ermöglichen kann, kann die Mantelschichtstruktur 4 somit auch nur an einer oder mehreren Stellen mit der metallischen Kontaktschicht 10 kontaktiert sein, wie in 5 angedeutet ist.
  • Beispielsweise kann die metallische Kontaktschicht 10, in einer lateralen Richtung, neben dem aktiven Bereich 5 und/oder neben dem Strominjektionsbereich angeordnet sein, wie in 6 rein beispielhaft für eine Licht emittierende Diode 100 mit einem Steg 9 angedeutet ist. Durch die Ausbildung des Stegs 9 in der Halbleiterschichtenfolge 2 kann beispielsweise durch eine Halbleiterkontaktschicht, die nur im Bereich des Stegs 9 verbleibt, im Vergleich zu den Bereichen lateral neben dem Steg an der Oberseite des Stegs 9 eine gute elektrische Anbindung der Mantelschichtstruktur 4 an die Halbleiterschichtenfolge 2 erreicht werden, so dass nur dieser Bereich wesentlich zur Strominjektion beiträgt und damit den Strominjektionsbereich bildet. Dadurch und durch die Wellenführung durch den Steg 9 kann die Ausbildung des aktiven Bereichs 5 im Wesentlichen begrenzt auf den Bereich des Stegs 9 erreicht werden. Insbesondere für Licht emittierende Dioden, die mit der p-Seite nach oben („p-up“) montiert werden sollen, kann die metallische Kontaktschicht 10 in Form eines oder mehrerer Kontaktbereiche neben dem Steg angebracht werden. In diesem Fall kann beispielsweise auch die Dicke der dritten Mantelschicht 43 weiter verringert werden, weil sich oberhalb der dritten Mantelschicht 43 kein absorbierendes Metall befindet. Dadurch kann es möglich sein, dass die umgebende Atmosphäre, also beispielsweise Luft, vertikal über dem aktiven Bereich 5 und damit über dem Strominjektionsbereich als Teil der Mantelschichtstruktur und damit als weitere Mantelschicht wirkt.
  • Weiterhin kann es sein, dass in diesem Fall die Mantelschichtstruktur 4 nur die erste Mantelschicht 41 aufweist und die Licht emittierende Diode 100 in einer vertikalen Richtung 92 über der Mantelschichtstruktur 4 frei von weiteren Mantelschichten ist, wie in 7 angedeutet ist. Mit anderen Worten können die Dicken der zweiten Mantelschicht 42 und der dritten Mantelschicht 43, zumindest nahezu, auf Null reduziert werden. Eine gewisse Restdicke kann dennoch wünschenswert sein, um einen ausreichenden lateralen Stromtransport zu gewährleisten.
  • Für Licht emittierende Dioden, die mit der p-Seite nach unten („p-down“) montiert werden sollen, kann ausgehend von den Ausführungsbeispielen der 6 und 7 der Strominjektionsbereich, also beispielsweise der Steg 9, von einer dielektrischen Schicht 11, beispielsweise einem dielektrischen Oxid oder Nitrid wie etwa Siliziumoxid oder Siliziumnitrid, überdeckt sein, wie in den 8 und 9 angedeutet ist. Die dielektrische Schicht 11 kann insbesondere für den Fall, dass wie in 9 gezeigt die Mantelschichtstruktur 4, zumindest im Wesentlichen, nur die erste Mantelschicht 41 aufweist, als weitere Mantelschicht wirken.
  • Wie in den 6 bis 9 gezeigt ist, kann die Mantelschicht 4 auch für den Fall, dass ein Steg 9 in der Halbleiterschichtenfolge 2 ausgebildet ist, großflächig auf der Epitaxieoberseite 20 aufgebracht sein. Alternativ hierzu kann es auch sein, dass die Mantelschichtstruktur 4 nur vertikal über dem Strominjektionsbereich angeordnet ist, wie in 10 angedeutet ist. Lateral daneben kann eine Passivierungsschicht 12, beispielsweise ähnlich der vorab beschriebenen dielektrischen Schicht, aufgebracht werden. Im Fall eines Stegs 9 kann die Mantelschichtstruktur 4 insbesondere auf der Oberseite des Stegs 9 angeordnet sein, wie in den 11 und 12 angedeutet ist. Die Licht emittierenden Dioden 100 der 11 und 12 unterscheiden sich in der Ätztiefe beziehungsweise Steghöhe. Während im Fall der 11 nur in die p-Seite geätzt ist, reicht die Ätztiefe im Fall der 12 durch die aktive Schicht 3 hindurch bis zur n-Seite der Halbleiterschichtenfolge 2.
  • Weiterhin kann es möglich sein, dass der Strominjektionsbereich Randbereiche der Oberseite des Stegs nicht einschließt, so dass die erste Mantelschicht 41 und damit die Mantelschichtstruktur 4 auf der Oberseite des Stegs 9 nicht in Randbereichen, die an Seitenflächen des Stegs und/oder an Facetten der Halbleiterschichtenfolge 2 angrenzen können, aufgebracht ist. Die Mantelschichtstruktur 4 kann somit bis auf die besagten Randbereiche auf der restlichen gesamten Stegoberseite aufgebracht sein.
  • In den 13A bis 13H sind Beispiele für die geometrische Ausbildung der zweiten Mantelschicht und damit auch der dritten Mantelschicht anhand der Verteilung von ersten und zweiten Teilbereichen 411, 412 der ersten Mantelschicht angedeutet. Beispielsweise können, wie in 13A gezeigt ist, genau ein erster Teilbereich 411 und eine Mehrzahl von zweiten Teilbereichen 412 vorhanden sein, wobei die zweiten Teilbereiche 412 getrennt voneinander sind und jeder der zweiten Teilbereiche 412 vom ersten Teilbereich 411 in lateraler Richtung umgeben ist. In diesem Fall ist die zweite Mantelschicht somit zusammenhängend ausgebildet und weist eine Mehrzahl von Öffnungen über den zweiten Teilbereichen 412 auf. Durch eine gleichmäßige Verteilung der mit dem Material der dritten Mantelschicht gefüllten Öffnungen, die somit Durchkontaktierungen durch die zweite Mantelschicht bilden, kann eine homogene Bestromung bei einer geringen Modenselektivität erreicht werden.
  • Rein beispielhaft sind in 13A zweite Teilbereich 412, und damit Öffnungen in der zweiten Mantelschicht, mit einem kreisrunden Querschnitt gezeigt. Diese können aber beispielsweise auch polygonale Querschnitte, beispielsweise in Form von Dreiecken, Quadraten, Rechteecken oder Sechsecken, aufweisen. Die Öffnungen, also die zweiten Teilbereiche 412, können eine Größe in lateraler Richtung, insbesondere einen Durchmesser oder eine Breite, von kleiner oder gleich 20 pm oder kleiner oder gleich 5 pm sowie von größer oder gleich 1 µm aufweisen. Besonders bevorzugt kann die Größe größer oder gleich 1 µm und kleiner oder gleich 5 µm sein. Weiterhin kann die zweite Mantelschicht zumindest 50% oder zumindest 75% oder besonders bevorzugt zumindest 90% sowie weniger als 100% der ersten Mantelschicht bedecken. Die Summe der Flächeninhalte des ersten Teilbereichs 411 kann somit zumindest 50% oder zumindest 75% oder besonders bevorzugt zumindest 90% sowie weniger als 100% der Gesamtfläche der ersten Mantelschicht betragen. Dieselbe bevorzugte Flächenbedeckung kann auch für Fälle gelten, in denen mehrere erste Teilbereich vorhanden sind.
  • Beispielsweise können die in der in 13A gezeigten trigonal angeordneten Durchkontaktierungen eine Größe von 5 pm und einen Abstand von 20 µm transversal und longitudinal beziehungsweise von 16,15 µm zu den jeweils nächsten Nachbarn aufweisen, so dass beispielsweise auf eine Länge von 100 µm in longitudinaler Richtung 15 Durchkontaktierungen kommen. Bei einer von der Mantelschichtstruktur bedeckten Fläche von 1200 µm mal 45 µm können sich daraus 180 Durchkontaktierungen, ohne Berücksichtigung von Abweichungen an den Facetten, ergeben. Damit ergibt sich eine Bedeckung von etwa 93,5% der Fläche der ersten Mantelschicht mit der zweiten Mantelschicht beziehungsweise eine Bedeckung von etwa 6,5% mit der dritten Mantelschicht zur elektrischen Kontaktierung.
  • Die in 13A sowie in den 13B bis 13H gezeigten Anordnungen von ersten und zweiten Teilbereichen 411, 412 können auch umgekehrt sein. Im Fall der in 13A gezeigten Anordnung können somit auch genau ein zweiter Teilbereich und eine Mehrzahl von ersten Teilbereichen vorhanden sein, wobei die ersten Teilbereiche getrennt voneinander sind und jeder der ersten Teilbereiche vom zweiten Teilbereich in lateraler Richtung umgeben ist. In diesem Fall ist die zweite Mantelschicht somit in Form einer Mehrzahl von Inseln ausgebildet, die durch den zusammenhängenden zweiten Teilbereich voneinander getrennt auf der ersten Mantelschicht ausgebildet sind. Die geometrische Ausgestaltung der Inseln kann wie für die Öffnungen beschrieben erfolgen.
  • Wie in 13B gezeigt ist, können auch Randbereiche beispielsweise zweite Teilbereiche 412 bilden, um beispielsweise an Stegseiten oder im Bereich der Facetten eine Bestromung zu erreichen. Umgekehrt können beispielsweise auch gerade die Randbereiche erste Teilbereiche 411 bilden, um eine Bestromung in diesen Bereichen zu verringern.
  • Weiterhin können zumindest eine oder mehrere oder jede der Öffnungen oder Inseln streifenförmig mit einer Haupterstreckungsrichtung in longitudinaler oder transversaler Richtung ausgebildet sein, also als Längs- oder Querstreifen. In 13C sind zweite Teilbereiche 412 als longitudinale Streifen ausgebildet, die bevorzugt nicht bis zu einer Facette heranreichen. Durch konstante streifenförmige Strukturen in transversaler Richtung 92, beispielsweise mit einer bevorzugten Breite von größer oder gleich 1 µm und kleiner oder gleich 5 µm, kann eine erhöhte Modenselektivität erreicht werden. Bei einer 45 µm breiten Mantelschichtstruktur, beispielsweise auf einer Stegoberseite, können beispielsweise 5 µm breite Streifen ausgebildet sein, so dass wie gezeigt etwa 5/9 der Fläche der ersten Mantelschicht 41 mit der dritten Mantelschicht kontaktiert sind. Eine Vertauschung der ersten und zweiten Teilbereiche 411, 412 zumindest im Bereich der Streifen würde dann zu einer entsprechenden Belegung von 4/9 führen.
  • Wie in 13D gezeigt ist, können einzelne zweite Teilbereiche 412 beispielsweise auch bis zur Facette reichen, so dass, beispielsweise auf einer Stegoberseite, eine Bestromung der Facette nur in einem Teilbereich erreicht werden kann. Dadurch kann mit Vorteil ein besseres Pumpen des Facettenbereichs erreicht werden, was eine größere Steilheit bewirken kann, während an den Stegkanten ein geringeres Pumpen erfolgt, was die Gefahr von Schädigungen oder Ausfällen, beispielsweise durch COD („catastrophic optical damage“), verringern kann.
  • In 13E ist eine wabenartige Struktur gezeigt, das heißt, die ersten und zweiten Teilbereiche 411, 412 sind aus wabenartigen Teilbereichen aufgebaut, die teilweise angedeutet sind. Die Verteilung der ersten und zweiten Teilbereiche 411, 412 weist einen Fokus auf das Zentrum auf, um eine zu starke Bestromung des Randes zu vermeiden. Beispielsweise mit 5 µm breiten Waben bei einer Breite von 45 µm in transversaler Richtung 92 nimmt der zweite Teilbereich 412 in der gezeigten Konfiguration eine Fläche von etwa 33% ein.
  • Wie gezeigt können die Öffnungen oder Inseln in der zweiten Mantelschicht, also entsprechend die zweiten Teilbereiche oder die ersten Teilbereiche, gleichmäßig in longitudinaler und/oder transversaler Richtung angeordnet sein, also mit gleichen Größen und/oder gleichen Querschnittsformen und gleichen Abständen zueinander. Die Öffnungen oder Inseln, also entsprechend die zweiten Teilbereiche oder die ersten Teilbereiche, können also wie gezeigt beispielsweise in einem regelmäßigen Punktmuster oder einem regelmäßigen Streifenmuster angeordnet sein. Alternativ können die Öffnungen oder Inseln, also entsprechend die zweiten Teilbereiche oder die ersten Teilbereiche, unregelmäßig ausgebildet sein, also unterschiedliche Größen und/oder unterschiedliche Abstände voneinander und/oder unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen, wie in 13F angedeutet ist. Hierdurch kann eine ungewollte Moden- und Wellenlängenselektion vermieden werden.
  • Weiterhin kann auch eine Mehrzahl von zweiten Teilbereichen 412 vorhanden sein, wobei die zweiten Teilbereiche 412 in longitudinaler Richtungen regelmäßig mit einem Abstand angeordnet sind, der einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge des in der aktiven Schicht erzeugten Lichts, unter Berücksichtigung des effektiven Brechungsindex, entspricht, wie in den 13G und 13H angedeutet ist. Dadurch kann es möglich sein, bestimmte Wellenlängen zu bevorzugen und/oder zu stabilisieren. Beispielsweise bei GaN mit einer Wellenlänge des erzeigten Lichts von 450 nm und der 10. Ordnung würde sich eine Periode von etwa 900 nm ergeben.
  • Alternativ zu den gezeigten vertikal bestromten Ausführungen der Licht emittierenden Diode 100 kann diese beispielsweise auch in Form einer sogenannten Flip-Chip-Struktur mit nebeneinander angeordneten metallischen Kontaktschichten 100 auf der gleichen Seite zur von der aktiven Schicht 3 aus gesehenen beidseitigen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2 ausgebildet sein, wie in 14 angedeutet ist. Hierzu kann ein Teil der Halbleiterschichtenfolge 2 zur elektrischen Trennung durch einen Graben bis unterhalb der aktiven Schicht 3 durchgeätzt sein. Der Graben kann beispielsweise mittels einer Passivierungsschicht 12 elektrisch isoliert werden.
  • Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele und Merkmale sind nicht auf die in den Figuren jeweils gezeigten Kombinationen beschränkt. Vielmehr können die gezeigten Ausführungsbeispiele sowie einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationsmöglichkeiten explizit beschrieben sind. Darüber hinaus können die in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Substrat
    2
    Halbleiterschichtenfolge
    3
    aktive Schicht
    4
    Mantelschichtstruktur
    5
    aktiver Bereich
    6
    Lichtauskoppelfläche
    7
    Rückseitenfläche
    8
    Licht
    9
    Steg
    10
    metallische Kontaktschicht
    11
    dielektrische Schicht
    12
    Passivierungsschicht
    20
    Epitaxieoberseite
    31
    Pufferschicht
    32
    Mantelschicht
    33, 34
    Wellenleiterschicht
    35
    Halbleiterkontaktschicht
    41
    erste Mantelschicht
    42
    zweite Mantelschicht
    43
    dritte Mantelschicht
    91
    transversale Richtung
    92
    vertikale Richtung
    93
    longitudinale Richtung
    100
    Licht emittierende Diode
    411
    erster Teilbereich
    412
    zweiter Teilbereich
    D1
    Dicke
    D2
    Dicke
    M
    Steilheit
    U
    Spannung

Claims (20)

  1. Licht emittierende Diode, aufweisend - eine in einer vertikalen Richtung aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht (3), die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb in einem aktiven Bereich (5) Licht (8) zu erzeugen, und - eine transparente, zumindest teilweise elektrisch leitende Mantelschichtstruktur (4), die in vertikaler Richtung (92) unmittelbar auf der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist, wobei - die Mantelschichtstruktur zumindest eine erste Mantelschicht (41), eine zweite Mantelschicht (42) und eine dritte Mantelschicht (43) aufweist, - die erste Mantelschicht unmittelbar auf der Halbleiterschichtenfolge auf zumindest auf einem Strominjektionsbereich angeordnet ist und eine erste Dicke aufweist, die kleiner oder gleich 200 nm ist, - die zweite Mantelschicht unmittelbar auf der ersten Mantelschicht angeordnet ist und strukturiert ausgebildet ist, so dass die erste Mantelschicht in zumindest einem ersten Teilbereich (411) von der zweiten Mantelschicht bedeckt ist und in zumindest einem zweiten Teilbereich (412) von der zweiten Mantelschicht unbedeckt ist, - die dritte Mantelschicht zumindest im zumindest einen zweiten Teilbereich unmittelbar auf der ersten Mantelschicht angeordnet ist.
  2. Licht emittierende Diode nach Anspruch 1, wobei die erste Mantelschicht eine Dicke von kleiner oder gleich 70 nm oder von kleiner oder gleich 30 nm aufweist.
  3. Licht emittierende Diode nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Mantelschicht unstrukturiert auf dem Strominjektionsbereich aufgebracht ist.
  4. Licht emittierende Diode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Mantelschicht großflächig und unstrukturiert auf einer gesamten der aktiven Schicht abgewandten Epitaxieoberseite (20) der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist.
  5. Licht emittierende Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Strominjektionsbereich durch zumindest einen Teil eines Stegs (9) in der Halbleiterschichtenfolge an einer der aktiven Schicht abgewandten Epitaxieoberseite (20) gebildet wird.
  6. Licht emittierende Diode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die dritte Mantelschicht nur auf dem zumindest einen zweiten Teilbereich angeordnet ist und der zumindest eine erste Teilbereich frei von der dritten Mantelschicht ist.
  7. Licht emittierende Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die dritte Mantelschicht über dem zumindest einen ersten Teilbereich unmittelbar auf der zweiten Mantelschicht angeordnet ist.
  8. Licht emittierende Diode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine metallische Kontaktschicht (10) unmittelbar auf der Mantelschichtstruktur angeordnet ist.
  9. Licht emittierende Diode nach Anspruch 8, wobei die metallische Kontaktschicht in einer lateralen Richtung nur neben dem aktiven Bereich angeordnet ist.
  10. Licht emittierende Diode nach Anspruch 9, wobei in der vertikalen Richtung über dem aktiven Bereich auf der Mantelschichtstruktur nur eine dielektrische Schicht (11) angeordnet ist oder die Mantelschichtstruktur in einer vertikalen Richtung über dem aktiven Bereich unmittelbar an die umgebende Atmosphäre angrenzt.
  11. Licht emittierende Diode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Mantelschicht eine Dicke von kleiner oder gleich 1 µm aufweist.
  12. Licht emittierende Diode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Mantelschichtstruktur eine Dicke von größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 1 µm aufweist.
  13. Licht emittierende Diode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Mantelschicht zusammenhängend mit einer Mehrzahl von Öffnungen ausgebildet ist.
  14. Licht emittierende Diode nach Anspruch 13, wobei die Öffnungen unterschiedliche Größen und/oder Abstände voneinander und/oder Querschnittsformen aufweisen.
  15. Licht emittierende Diode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Mantelschicht zumindest 50% und weniger als 100% der ersten Mantelschicht bedeckt.
  16. Licht emittierende Diode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Mantelschicht und/oder die dritte Mantelschicht ein transparentes leitendes Oxid und/oder ein nicht-epitaktisch aufgebrachtes Halbleitermaterial aufweist.
  17. Licht emittierende Diode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Mantelschicht ein dielektrisches Material aufweist.
  18. Licht emittierende Diode nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Mantelschicht - einen Absorptionskoeffizienten von kleiner oder gleich 500/cm aufweist und/oder - einen Absorptionskoeffizienten und einen Brechungsindex aufweist, die kleiner als ein Absorptionskoeffizient und ein Brechungsindex der ersten Mantelschicht sind.
  19. Licht emittierende Diode, aufweisend - eine in einer vertikalen Richtung aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht (3), die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb in einem aktiven Bereich (5) Licht (8) zu erzeugen, und - eine transparente, zumindest teilweise elektrisch leitende Mantelschichtstruktur (4), die in vertikaler Richtung unmittelbar auf der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist, wobei - die Mantelschichtstruktur zumindest eine erste Mantelschicht (41) aufweist, - die erste Mantelschicht großflächig unmittelbar auf der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist und eine erste Dicke aufweist, die kleiner oder gleich 200 nm ist, - eine metallische Kontaktschicht (10) strukturiert unmittelbar auf der Mantelschichtstruktur angeordnet ist, - die metallische Kontaktschicht in einer lateralen Richtung nur neben dem aktiven Bereich angeordnet ist und - in der vertikalen Richtung über dem aktiven Bereich unmittelbar auf der Mantelschichtstruktur nur eine dielektrische Schicht (11) angeordnet ist oder die Mantelschichtstruktur in der vertikalen Richtung über dem aktiven Bereich unmittelbar an die umgebende Atmosphäre angrenzt.
  20. Licht emittierende Diode nach Anspruch 19, wobei die Mantelschichtstruktur nur die erste Mantelschicht aufweist.
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