DE20122426U1

DE20122426U1 - Production of a planar tear-free light emitter structure comprises applying an aluminum-containing group III-V seed layer, aluminum-containing group III-V intermediate layers, and silicon nitride intermediate layers on a silicon substrate

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Publication number: DE20122426U1
Application number: DE20122426U
Authority: DE
Original assignee: Azzurro Semiconductors AG
Current assignee: Azzurro Semiconductors AG
Priority date: 2001-10-13
Filing date: 2001-10-13
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2011-10-14

Abstract

Production of a planar tear-free light emitter structure based on a group III nitride comprises applying an aluminum-containing group III-V seed layer, one or more aluminum-containing group III-V low temperature intermediate layers, and one or more silicon nitride intermediate layers on a silicon substrate. The silicon nitride intermediate layers have a thickness of a few monolayers and a coalescence of the following layer of less than 1 Microm thick. Preferred Features: The surface is structured by applying a textured transparent material, structuring the group III nitride layers by etching, and growing a conducting rough group III nitride covering layer.

Description

Gruppe-III-Nitrid-basierte Lichtemitterstruktur auf Silizium Substrat.Group III nitride-based Light emitter structure on silicon substrate.

Die preiswerte Homoepitaxie auf GaN-Substraten ist aufgrund der derzeit geringen Größe und Qualität der verfügbaren GaN-Substrate nicht in kommerziellen Maßstäben möglich. Daher wird die kommerzielle Herstellung von Gruppe-III-Nitrid Schichten, wie z. B. für blaue und grüne Leuchtdioden, zur Zeit hauptsächlich auf Saphir- und SiC-Substraten durchgeführt. Die Substratkosten sind hierbei jedoch noch so hoch, daß sie für einen nennenswerten Teil der Bauelementkosten verantwortlich sind [Duboz]. Die Herstellung von Gruppe-III-N Bauelementschichten auf preiswerteren Substraten kann daher die Kosten der Bauelemente weiter reduzieren. Außerdem ist bei Verwendung des isolierenden Saphirs als Substrat, z. B. bei Leuchtdioden, eine aufwendige und kostenintensive Strukturierung zur Rückseitenkontaktierung der Bauelemente notwendig, wie z. B. bei Mayer et al. [Mayer]. Das großflächige Wachstum auf Saphir und SiC ist derzeit mangels verfügbarer Substrate nicht möglich, was sich negativ auf die Ausbeute pro Fläche auswirkt, da, bedingt durch den nicht verwendbaren Waferrand von einigen Millimetern, sie bei kleinem Substratdurchmesser immer geringer ist als bei großem. Jedoch zeichnet sich seit einigen Monaten zumindest beim Saphir ein Umstieg zu Substraten mit 4" bzw. 10 cm Durchmesser ab. Das Wachstum auf Si bietet aufgrund der Verfügbarkeit von Substraten bis zu derzeit 30 cm Durchmesser die Möglichkeit mit sehr preiswerten Substraten die Ausbeute weiter zu erhöhen und bei vielen Bauelementen auch eine einfachere Strukturierung als auf Saphir zu ermöglichen. Derzeit liegen die Substratpreise von Si über einen Faktor 10 unter denen von Saphir und mindestens einen Faktor 50 unter denen von SiC. Si-Substrate ermöglichen es außerdem, nitridhaltige Bauelementstrukturen mit der bestehenden Si-Technologie zu integrieren.The cheap homoepitaxy on GaN substrates is due to the currently small size and quality of available GaN substrates not possible on commercial scale. Therefore will be the commercial production of Group III nitride layers, such as For example blue and green Light-emitting diodes, currently mainly on sapphire and SiC substrates. The substrate costs are but still so high that they for one significant part of the component costs are responsible [Duboz]. The production of group III-N device layers on cheaper Substrates can therefore further reduce the cost of the devices. Furthermore is when using the insulating sapphire as a substrate, for. B. with LEDs, a complex and costly structuring for back contact the components necessary, such. In Mayer et al. [Mayer]. The large-scale growth on sapphire and SiC is currently not possible due to lack of available substrates, which has a negative effect on the yield per area, because of the unusable wafer edge of a few millimeters, they at small substrate diameter is always lower than at large. however has been changing for a few months, at least for sapphire a change to substrates with 4 "or 10 cm in diameter. Growth on Si offers due to availability from substrates up to 30 cm in diameter the possibility with very inexpensive substrates to further increase the yield and For many components, a simpler structuring than to allow for sapphire. Currently, the substrate prices of Si are over a factor of 10 below those of sapphire and at least a factor of 50 lower than that of SiC. Si substrates enable it also nitride-containing component structures with the existing Si technology to integrate.

Es gibt daher starke Bestrebungen Gruppe III–N Schichten auf Si-Substraten abzuscheiden. Dabei wird das Wachstum auf den Si (111) Flächen favorisiert [Auner, Dadgar00, Guha, Kobayashi, Nikishin, Sánchez-Garcia, Schenk, Tran]. Alternativ ist z. B. auch das Wachstum bei optimierten Parametern auf Si (100) Flächen [Wang] und insbesondere auf mit (111) V-Gräben strukturiertem Si (100) möglich [ DE 197 25 900 A1 ]. Es gibt zum Wachstum auf Si unterschiedliche Ansätze, die meist eine schützende Niedertemperaturschicht, z. B. aus A1N oder SiC auf dem Si-Substrat vorsehen, um die Nitridierung des Substrats zu vermeiden, einem allgemeinen Problem der Epitaxie von nitridischen Halbleitern auf Si [Ito, Nikishin, Tran]. Diese Untersuchungen gehen bisher jedoch allgemein nicht über prinzipielle Machbarkeitsstudien hinaus. So wurde vor kurzem von mehreren Autoren [Dadgar01, Feltin, Guha, Tran, Yang] die Machbarkeit einer LED Struktur auf Si demonstriert.There are therefore strong efforts to deposit group III-N layers on Si substrates. Growth on the Si (111) faces is favored [Auner, Dadgar00, Guha, Kobayashi, Nikishin, Sanchez-Garcia, Schenk, Tran]. Alternatively, z. For example, it is also possible to grow at optimized parameters on Si (100) surfaces [Wang] and in particular on Si (100) structured with (111) V trenches [ DE 197 25 900 A1 ]. There are different approaches to growth on Si, usually a protective low temperature layer, eg. B. AlN or SiC on the Si substrate to avoid the nitridation of the substrate, a common problem of epitaxy of nitridic semiconductors on Si [Ito, Nikishin, Tran]. However, these investigations generally do not go beyond basic feasibility studies. For example, several authors [Dadgar01, Feltin, Guha, Tran, Yang] recently demonstrated the feasibility of an LED structure on Si.

Durch die Verwendung einer in Anspruch 1.a. erwähnten Keimschicht wird ein gleichmäßiges Bekeimen bzw. Bewachsen des Substrats ermöglicht. Dabei ist unter Keimschicht eine wenige Nanometer dicke, nicht zwingend geschlossene Schicht zu verstehen, die trotz eventuell schlechter kristalliner und/oder stöchiometrischer Eigenschaften als Grundlage für das anschließende Schichtwachstum dient, bzw. von der aus das weitere Schichtwachstum ausgeht. Im Fall der Epitaxie auf Si ist sie auch häufig notwendig, damit eine Vorzugsorientierung vom unpolaren Si zum z. B. polaren GaN vorgegeben wird und somit darauf die Puffer- oder Bauelementschicht überhaupt erst abgeschieden werden kann. Solche Keim- und/oder Pufferschichten auf Si sind von außerordentlicher Wichtigkeit für das erfolgreiche Wachstum von Gruppe-III–N und Gruppe-III–V–N Schichten auf Si. Denn nur eine geschlossene Keim- und/oder Pufferschicht, z. B. aus einem Gruppe-III–V Material wie im System Al_XGa_yIn_zN_aAs_bP_c (x + y + z = 1, a + b + c = 1) kann eine Nitridierung des Substrats bei höheren Temperaturen vermeiden. Vorteilhaft ist hierbei eine Niedertemperaturkeimschicht, die die Nitridierung des Substrats hemmt und meist zu niedrigen Serienwiderständen beiträgt. Dabei bedeutet "Niedertemperatur" abhängig vom Material immer eine Temperatur wesentlich unterhalb der üblichen Wachstumstemperatur von nitridischen Halbleitern wie GaN und AlN, die in der MOCVD oberhalb von 1000°C liegt. Zum Wachstum einer Keim- bzw. Pufferschicht ist die vorherige Abscheidung eines Metalls wie z. B. Al hilfreich, daß dazu dient die Si-Oberfläche vor dem Einschalten von z. B. NH₃ vor der störenden Nitridierung zu schützen [Nikishin].By the use of a claim 1.a. mentioned germ layer is a uniform germination or growth of the substrate allows. In this case, a seed layer is to be understood as a layer which is a few nanometers thick and not necessarily closed, which, despite possibly poor crystalline and / or stoichiometric properties, serves as the basis for the subsequent layer growth, or from which further layer growth proceeds. In the case of epitaxy on Si, it is also often necessary for a preferred orientation of non-polar Si to z. B. polar GaN is specified and thus the buffer or device layer can be deposited on it in the first place. Such seed and / or buffer layers on Si are of paramount importance for the successful growth of Group III-N and Group III V-N layers on Si. Because only a closed germ and / or buffer layer, z. Example, of a Group III-V material, as in the system Al _X Ga _y In _z N _a As _b P _c (x + y + z = 1, a + b + c = 1), a nitriding of the substrate at higher temperatures avoid. A low-temperature seed layer which inhibits the nitriding of the substrate and usually contributes to low series resistances is advantageous here. In this case, "low temperature" depending on the material always means a temperature substantially below the usual growth temperature of nitridic semiconductors such as GaN and AlN, which is above 1000 ° C in the MOCVD. For the growth of a seed or buffer layer is the previous deposition of a metal such. B. Al helpful that serves the Si surface before switching from z. B. NH ₃ to protect against interfering nitridation [Nikishin].

Hauptproblem der Epitaxie von Gruppe III-N Schichten auf Si-Substraten ist die thermische Fehlanpassung der Materialien, die insbesondere beim Wachstum bei hohen Temperaturen von über 1000°C - wie sie z.B. in der Gasphasenepitaxie üblich sind – ab Schichtdicken oberhalb von ca. 1 μm zur unkontrollierbaren Rißbildung führt oder bei Wachstumsmethoden, die bei niedrigeren Temperaturen arbeiten, wie z.B. der MBE, keine Schichtdicken oberhalb von ca. 3 μm zulassen. Dabei kommt es je nach Prozeßführung zur Rißbildung mit Abständen von ca. 10–500 μm zwischen den Rissen. Für die kommerzielle Herstellung von Bauelementen, wie z. B. LEDs oder Transistoren, ist zur Erzielung einer guten Schichtqualität das Wachstum dicker Schichten und somit die Vermeidung von Rissen entscheidend. Mögliche Methoden sind z. B. die gezielte Rißführung auf einem strukturiertem Substrat [ DE 100 56 645 A1 ] oder das Wachstum von dicken AlN/AlGaN Pufferschichten bzw. AlN/GaN Übergittern [Feltin]. Die zweite Methode erschwert aufgrund des hohen Serienwiderstands dieser Materialien eine vertikale Stromführung über das Substrat und erfordert daher im Fall der Leuchtdiode eine aufwendige Kontaktierung beider Stromzuführungen von oben.The main problem of the epitaxy of group III-N layers on Si substrates is the thermal mismatch of the materials, which are particularly at growth at high temperatures of over 1000 ° C - as they are common in gas phase epitaxy - from layer thicknesses above about 1 micron leads to uncontrollable cracking or in growth methods that operate at lower temperatures, such as the MBE, no layer thicknesses above about 3 microns allow. Depending on the process control, cracking occurs at intervals of approx. 10-500 μm between the cracks. For the commercial production of components, such. As LEDs or transistors, the growth of thick layers and thus the prevention of cracks is crucial to achieve a good layer quality. Possible methods are z. B. the targeted tear on a structured substrate [ DE 100 56 645 A1 ] or the growth of thick AlN / AlGaN buffer layers or AlN / GaN superlattices [Feltin]. Due to the high series resistance of these materials, the second method makes vertical current conduction over the substrate more difficult and therefore, in the case of the light-emitting diode, requires complex contacting of both power supply lines from above.

Rißvermeidung kann durch die Verwendung von Niedertemperaturschichten nach Anspruch 1.b., wie sie schon von Amano et al. [Amano] zum Wachstum von verspannten AlGaN Schichten auf Saphir vorgeschlagen wurden realisiert, werden. Dadgar et al. [Dadgar00] haben gezeigt, daß sich damit prinzipiell eine Rißreduktion von GaN auf Si-Substraten erzielen läßt. Dabei sollte bei mehreren solcher Schichten der Abstand der Niedertemperaturschichten unterhalb der kritischen Dicke der dazwischenliegenden Schicht liegen, die z. B. für GaN bei ca. 1 μm liegt. Die beschriebenen Niedertemperaturschichten besitzen meist eine schlechte kristalline Qualität und eventuell auch eine nichtstöchiometrische Zusammensetzung. Trotz des Spannungsabbaus werden durch diese Schichten meist neue Versetzungen in der darauffolgenden Schicht erzeugt. Daher kann mit dieser Methode kein versetzungsarmes Material wie es für leistungsfähige Bauelemente notwendig ist, hergestellt werden. Dieses Problem wird durch das Einfügen von dünnen Si_xN_y Zwischenschichten, wie es erstmals von Tanaka et al. für das Wachstum von GaN auf Saphir vorgeschlagen wurde [Tanaka], gelöst. Das Si_xN_y wird dabei in-situ, d. h. während des Wachstumsprozesses abgeschieden. Dazu wird z. B. in der MOCVD der Siliziumausgangsstoff wie z. B. Silan und ein Stickstoffausgangsstoff wie z. B. Ammoniak über das Substrat geleitet. Es bildet sich dann eine meist nicht völlig geschlossene Si_xN_y Schicht, die als Maskierung für das darauffolgende Wachstum dient. Dabei sollte diese Zwischenschicht so dick sein, daß Idealerweise nach der Si_xN_y Abscheidung nur noch wenige Gruppe-III-Nitrid Inseln im Abstand von hundert Nanometern bis zu einigen Mikrometern enstehen. Durch die Inseln, von denen das weitere Wachstum ausgeht bzw. die Maskierung, die die darunterliegenden Versetzungen zum Teil oder vollständig auslöscht, kann das Barüberliegende Material deutlich versetzungsärmer gewachsen werden. Einige neue Versetzungen entstehen dann eventuell an den koaleszierenden Rändern der einzelnen Bereiche. Beim Wachstum auf Silizium ist jedoch im Gegensatz zum Wachstum auf Saphir zu beachten, daß die Koaleszenzdicke, die bei solch einer Si_xN_y Maskierung auftritt, in den bisher beschriebenen Verfahren zu groß ist, d. h. oberhalb der kritischen Rißdicke für z. B. GaN auf Si von 1 μm liegen und zwangsläufig Risse entstehen. Insbesondere sind diese Schichten in der Literatur undotiert. Eine n-Typ Dotierung hingegen, wie sie für vertikal kontaktierte Lichtemitterstrukturen unabdingbar ist, hemmt das schnelle Koaleszieren der Schicht. Dieser Nachteil wird durch ein forciertes Koaleszieren verhindert. Dazu ist eine relative hohe Wachstumstemperatur und ein hohes Stickstoffprecursorangebot, bzw. hohes V–III Verhältnis, förderlich. Zur besseren Keimbildung oberhalb der Si_xN_y Maske kann auch mit einer reduzierten Temperatur bei mäßigen V–III Verhältnissen begonnen und erst nach einigen Nanometern Materialabscheidung das forcierte Koaleszieren begonnen werden. Es lassen sich so, abhängig von der Dichte der Maskierung, Koaleszenzdicken im Bereich von wenigen hundert Nanometern erzielen und damit die Rißbildung vermeiden. Ideal ist solch eine Schicht oberhalb der letzen Niedertemperatur Zwischenschicht. Aber auch schon vorher kann sie zur Verbesserung der Schichtqualität dienen und die Versetzungsdichte reduzieren. Sie ist dann aber, sofern es die einzige Si_xN_y Maske ist, meist nicht so effizient für das in der oberen Schicht abgeschiedene Bauelement. Der Vorteil der in-situ Abscheidung der Maske ist vor allen Dingen der entfallende Prozessierungsaufwand und dadurch geringe Kosten. Außerdem ist mit ex-situ Masken, aufgrund deren Größe, ein Überwachsen der Struktur mit Schichtdicken unterhalb von 1 μm nicht möglich und es treten störende Effekte wie das Verkippen der Schicht in den überwachsenen Bereichen auf.Crack prevention can be achieved by the use of low temperature layers according to claim 1.b., as already described by Amano et al. [Amano] proposed for the growth of strained AlGaN layers on sapphire have been realized. Dadgar et al. [Dadgar00] have shown that in principle a crack reduction of GaN on Si substrates can be achieved. In this case, in the case of several such layers, the spacing of the low-temperature layers should be below the critical thickness of the layer lying in between; B. for GaN is about 1 micron. The described low-temperature layers usually have a poor crystalline quality and possibly also a non-stoichiometric composition. Despite the stress relaxation, these layers usually create new dislocations in the subsequent layer. Therefore, this method can not produce low dislocation material as it is necessary for efficient components. This problem is solved by inserting thin Si _x N _y interlayers as first described by Tanaka et al. [Tanaka] was proposed for the growth of GaN on sapphire. The Si _x N _y is deposited in situ, ie during the growth process. This is z. B. in the MOCVD of the silicon source such. B. silane and a nitrogen source such. B. ammonia passed over the substrate. It then forms a mostly not completely closed Si _x N _y layer, which serves as a mask for the subsequent growth. In this case, this intermediate layer should be so thick that ideally after Si _x N _y deposition only a few group III nitride islands in the distance of a hundred nanometers to a few microns are formed. By the islands, from which the further growth or the masking, which extinguishes the underlying dislocations in part or completely, the Barüberliegenden material can be grown significantly poorer dislocation. Some new dislocations may then occur on the coalescing edges of each area. However, in growth on silicon, as opposed to growing on sapphire, it should be noted that the coalescence thickness that occurs with such Si _x N _y masking is too large in the processes described so far, ie, above the critical crack thickness for z. B. GaN are on Si of 1 micron and inevitably cracks. In particular, these layers are undoped in the literature. By contrast, n-type doping, which is indispensable for vertically contacted light-emitting structures, inhibits the rapid coalescence of the layer. This disadvantage is prevented by a forced coalescing. For this purpose, a relatively high growth temperature and a high Stickstoffprecursorangebot, or high V-III ratio, conducive. For better nucleation above the Si _x N _y mask can also be started with a reduced temperature at moderate V-III ratios and only after a few nanometers of material deposition the forced coalescing can be started. Depending on the density of the masking, it is thus possible to achieve coalescence thicknesses in the range of a few hundred nanometers and thus avoid cracking. Such a layer is ideal above the last low-temperature intermediate layer. But even before that, it can serve to improve the coating quality and reduce the dislocation density. However, it is then, if it is the only Si _x N _y mask, usually not so efficient for the deposited in the upper layer device. The advantage of the in-situ deposition of the mask is above all the amount of processing required and thus low costs. In addition, with ex-situ masks, due to their size, overgrowth of the structure with layer thicknesses below 1 micron is not possible and there are disturbing effects such as the tilting of the layer in the overgrown areas.

Mit den in Anspruch 1 genannten Schichten lassen sich auch Gruppe-III-Nitrid Laserstrukturen auf Silizium abscheiden. Hierzu ist noch das zusätzliche Wachstum von Wellenleitern um die aktive Schicht notwendig. Durch die Si_xN_y in-situ Maske kann ausreichend versetzungsarmes Material abgeschieden werden um eine ausreichende Bauelementlebensdauer zu gewährleisten. Aufgrund der im Gegensatz zu Saphir höheren Wärmeleitfähigkeit des Si-Substrats kann wiederum eine höhere Lebensdauer des Lasers erwartet werden, und aufgrund gemeinsamer natürlicher Bruchkanten von GaN auf Si(111) ist die Herstellung vereinfacht.With the layers mentioned in claim 1, it is also possible to deposit group III nitride laser structures on silicon. This requires the additional growth of waveguides around the active layer. By Si _x N _y in-situ mask sufficiently low-dislocation material can be deposited to ensure a sufficient device life. Due to the higher thermal conductivity of the Si substrate, in contrast to sapphire, a longer service life of the laser can again be expected, and because of common natural fracture edges of GaN on Si (111), the production is simplified.

Zeichnung 1 zeigt schematisch als Beispiel einen möglichen Schichtaufbau einer rißfreien LED Struktur auf Silizium Substrat mit den in Anspruch 1.a–c genannten Schichten zur Schichtverbesserung. Die Zeichnungen 2 und 3 zeigen eine Möglichkeit der Substratstrukturierung wie sie in Anspruch 2 genannt ist und im folgenden erläutert wird.drawing 1 shows schematically as an example a possible layer structure of a crack-free LED structure on silicon substrate with those mentioned in claim 1.a-c Layers for layer improvement. Drawings 2 and 3 show a possibility the substrate structuring as mentioned in claim 2 and explained below becomes.

Dabei geht es um die Lösung eines weiteren Problems beim Wachstum von nicht kohärenten Lichterrittern auf Silizium aufgrund der optischen Eigenschaften des Substrats. Die Lichtausbeute wird hier stark durch das im Sichtbaren absorbierende Substrat und die schlechte Lichtauskopplung aus der relativ dünnen Gruppe-III-Nitrid Schicht beeinträchtigt. Auch das nicht im Si absorbierte Licht geht zum großen Teil durch Totalreflektion und Absorption in der Gruppe-III-Nitrid Schicht verloren. Das Aufbringen geeigneter Materialien auf der Schicht wie z. B. transparente leitfähige Oxide (TCOs) und deren Strukturierung z. B. in Pyramidenform, ähnlich gängiger Antireflexschichten bei Solarzellen, kann die Lichtauskopplung deutlich erhöhen. Hier ist ein identischer oder höherer Brechungsindex der aufgetragenen Schicht als der der Gruppe-III-Nitrid Schicht vorteilhaft. Eine weitere Methode zur Erhöhung der Lichtausbeute wurde kürzlich von Jin et al. [Jin] vorgestellt. Hier werden z. B. Löcher oder andere Strukturen in die Schicht geätzt, so daß das Licht dort aus der Schicht austreten kann. Vorteilhaft ist in diesem Fall das Ätzen von Schrägen, wie z. B. in Zeichnung 2 im Querschnitt und in Zeichnung 3 in der Aufsicht dargestellt, um die Lichtauskopplung weiter zu begünstigen. Eine andere, meist nicht so effiziente Methode zur Lichtauskopplung, ist das Wachsen der letzten Schicht derart, daß die Schicht rauh wird und dadurch die Lichtauskopplung begünstigt. Dies ist bei hoch p-Typ dotierten GaN:Mg Schichten häufig der Fall, kann aber auch durch eine in-situ Maskierung z. B. mit Si_xN_y wie in Anspruch 1.c forciert werden wenn dabei die Schicht nicht völlig koalesziert, d.h. noch rauh ist. Dabei lassen sich einfach über die Wahl der Wachstumsparameter wie z. B. dem V–III Verhältnis Schrägen an den Wachstumsfronten erzeugen.This involves solving another problem in the growth of non-coherent light barriers on silicon due to the optical properties of the substrate. The light output is greatly affected by the visibly absorbing substrate and the poor light extraction from the relatively thin group III-nitride layer. Also, the light not absorbed in the Si is largely lost by total reflection and absorption in the group III nitride layer. The application of suitable materials on the layer such. As transparent conductive oxides (TCOs) and their structuring z. B. in pyramidal form, similar to common antireflection layers in solar cells, the light extraction can increase significantly. Here, an identical or higher refractive index of the coated layer than that of the group III nitride layer is advantageous. Another method for increasing light output has recently been reported by Jin et al. [Jin] presented. Here are z. B. etched holes or other structures in the layer, so that the light can escape there from the layer. It is advantageous in this case, the etching of slopes, such. B. in drawing 2 in cross-section and in drawing 3 in the plan view to further promote the light extraction. Another, usually not so efficient method for light extraction, the growth of the last layer is such that the layer becomes rough and thereby favors the light extraction. This is frequently the case for highly p-type doped GaN: Mg layers, but can also be achieved by in-situ masking, for example by means of an in-situ masking. B. with Si _x N _y as in claim 1.c be forced if the layer is not fully coalesced, that is still rough. It can be easily on the choice of growth parameters such. B. generate the V-III ratio slopes on the growth fronts.

Die hier beschiebenen und in den Zeichnungen wiedergegebenen Beispiele stellen nur einige von vielen möglichen Ausführungsformen dar. Abkürzungen Al Aluminium As Arsen Ga Gallium Gruppe-III Elemente aus der dritten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente Gruppe-III–V Verbindungshalbleiter aus Elementen der dritten und fünften Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente Gruppe-III–N, Gruppe-III-Nitrid Verbindungshalbleiter aus Elementen der dritten , Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente mit Stickstoff Gruppe-III–V–N, Gruppe-III–V-Nitrid Verbindungshalbleiter aus Elementen der dritten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente mit Stickstoff und einem weiteren Element der fünften Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente In Indium LED Light Emitting Diode/Device, lichtemittierende Diode/Bauelement MBE Molecular Beam Epitaxy, Molekularstrahlepitaxie MOCVD metal organic chemical vapor phase deposition, metallorganische Gasphasenabscheidung N Stickstoff P Phosphor Saphir Al₂O₃, Aluminiumoxid hier ist Korund miteingeschlossen Si Silizium; als Substrat sind außer gewöhnlichen Si-Substraten auch Substrate wie z. B. Silicon-oninsulator Substrate eingeschlossen SiC Siliziumcarbit Si_xN_y Siliziumnitrid (x,y beliebig) TCO Transparent Conducting Oxide, z.B. ZnO, InSnO etc. Referenzen [Amano] Hiroshi Amano, Motoaki Iwaya, Takayuki Kashima, Maki Katsuragawa, Isamu Akasaki, Jung Han, Sean Hearne, Jerry, A. Floro, Eric Chason und Jeffrey Figiel, Stress and defect control in GaN using low temperature interlayers, Jpn. J. Appl. Phys. 37, L1540 (1998) [Auner] G.W. Auner, F.Jin, V.M. Naik und R. Naik, Microstructure of low temperature grown AlN thin films on Si(111), J. Appl. Phys. 85, 7879 (1999) [Dadgar00] A. Dadgar, J. Bläsing, A. Diez, A. Alam, M. Heuken und A. Krost, Metalorganic Chemical Vapor Phase Epitaxy of Crack-Free GaN on Si(111) Exceeding 1 μm in Thickness, Jpn. J. Appl. Phys. 39, L1183 (2000) [Dadgar01] A. Dadgar, A. Alam, J. Christen, T. Riemann, S. Richter, J. Bläsing, A. Diez, M. Heuken und A. Krost, Bright blue electroluminescence from an InGaN/GaN multi-quantum-well diode an Si (111): Impact of an AlGaN/GaNmulti-layer, Appl. Phys. Lett. 78, 2211 (2001) [Duboz] J.Y. Duboz, Gallium Nitride as seen by the Industrie, phys. stat. sol. (a) 176, 5 (1999) [Feltin] E. Feltin, S. Dalmasso, P. de Mierry, B. Beaumont, H. Lahreche, A. Bouille, H. Haas, M. Leroux und P. Gibart, Green InGaN Light-Emitting Diodes Grown on Silicon (111) by Metalorganic Vapor Phase Epitaxy, Jpn. J. Appl. Phys. 40, L738 (2001) [Guha] S. Guha und N.A. Bojarczuk, Multicolored light emitters on silicon substrates, Appl. Phys. Lett. 73, 1487 (1998) [Ito] Takahiro Ito, Kohji Ohtsuka, Kazuhiro Kuwahara, Masatomo Sumiya, Yasushi Takano, Shunro Fuke, Effect of AlN buffer layer deposition conditions on the properties of GaN layer, J. Cryst. Growth 205, 20 (1999) [Jin] S.X. Jin, J. Li, J. Y. Lin und H.X. Jiang, InGaN/GaN quantum well interconnected microdisk light emitting diodes, Appl. Phys. Lett. 77, 3236 (2000) [Kobayashi] N.P. Kobayashi, J.T. Kobayashi, P.D. Dapkus, W.-J. Choi, A.E. Bond, X. Zhang und H.D. Rich, GaN grown on Si(111) substrate using oxidized AlAs as an intermediate layer, Appl. Phys. Lett. 71, 3569 (1997) [Mayer] M. Mayer, A. Pelzmann, C. Kirchner, M. Schauler, F. Eberhard, M. Kamp, P. Unger, K.J. Ebeling, Device Performance of ultra-violet emitting diodes grown by MBE, J. Cryst. Growth 189/190, 782 (1998) [Nikishin] S.A. Nikishin, N.N. Faleev, V.G. Antipov, S. Francoeur, L. Grave de Peralta, T.I. Prokofyeva, M. Holtz und S.N.G. Chu, High quality GaN grown on Si(111) by gas source molecular beam epitaxy with ammonia, Appl. Phys. Lett. 75, 2073 (1999) [Sánchez-Garcia] M.A. Sánchez-Garcia, E. Calleja, E. Monroy, F.J. Sánchez, F.Calle, E. Muñoz, A.Sanz. Hervas, C. Villar und M. Aquilar, Study of high quality AlN layers grown on Si(111) substrates by plasma-assisted molecular beam epitaxy, MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 2, 33 (1997) [Schenk] H.P.D. Schenk, G.D. Kipshidze, V.B. Lebedev, S. Shokhovets, R. Goldhahn, J. Kräußlich, A. Fissel, Wo. Richter, Epitaxial growth of AlN and GaN on Si(111) by plasma-assisted molecular beam epitaxy, J. of Cryst. Growth 201/202, 359 (1999) [Tanaka] Satoru Tanaka, Misaichi Takeuchi und Yoshinobu Aoyagi, Anti-Surfactant in III-Nitride Epitaxy – Quantum Dot Formation and Dislocation Termination -, Jpn. J. Appl. Phys. 39, L831 (2000) [Tran] Chuong A. Tran, A. Osinski, R.F. Karlicek Jr. und I. Berishev, Growth of InGaN/GaN multiple-quantum-well blue light-emitting diodes an silicon by metalorganic vapor phase epitaxy, Appl. Phys. Lett. 75, 1494 (1999) [Wang] Lianshan Wang, Xianglin Liu, Yude Zan, Jun Wang, Du Wang, Da-cheng Lu und Zhanguo Wang, Wurtzite GaN epitaxial growth on a Si(001) substrate using γ-Al₂O₃ as an intermediate layer, Appl. Phys. Lett. 72, 109 (1998) [Yang] J.W. Yang, A. Lunev, G. Simin, A. Chitnis, M. Shatalov, M. Asif Khan, Joseph E. Van Nostrand und R. Gaska, Selective area deposited blue GaN-InGaN multiple-quantum well light emitting diodes over silicon substrates, Appl. Phys. Lett. 76, 273 (2000) The examples described here and shown in the drawings represent only a few of many possible embodiments. Abbreviations al aluminum ace arsenic ga gallium Group III Elements from the third main group of the Periodic Table of the Elements Group III-V Compound semiconductors of elements of the third and fifth main group of the Periodic Table of the Elements Group III-N, Group III Nitride Compound semiconductors from elements of the third, main group of the Periodic Table of the Elements with nitrogen Group III V-N, Group III V nitride Compound semiconductors of elements of the third main group of the Periodic Table of the Elements with nitrogen and another element of the fifth main group of the Periodic Table of the Elements In indium LED Light Emitting Diode / Device, Light Emitting Diode / Device MBE Molecular Beam Epitaxy, Molecular Beam Epitaxy MOCVD metal organic chemical vapor phase deposition, organometallic vapor deposition N nitrogen P phosphorus sapphire Al ₂ O ₃ , alumina here corundum is included Si Silicon; as a substrate except ordinary Si substrates and substrates such. B. Silicon oninsulator substrates included SiC silicon carbide Si _x N _y Silicon nitride (x, y arbitrary) TCO Transparent Conducting oxides, eg ZnO, InSnO etc. references [Amano] Hiroshi Amano, Motoaki Iwaya, Takayuki Kashima, Maki Katsuragawa, Isamu Akasaki, Jung Han, Sean Hearne, Jerry, A. Floro, Eric Chason and Jeffrey Figiel, stress and defect control in GaN using low temperature interlayers, Jpn. J. Appl. Phys. 37, L1540 (1998) [Auner] GW Auner, F.Jin, VM Naik and R. Naik, Microstructure of low temperature grown AlN thin films on Si (111), J. Appl. Phys. 85, 7879 (1999) [Dadgar00] A. Dadgar, J. Bläsing, A. Diez, A. Alam, M. Heuken and A. Krost, Metalorganic Chemical Vapor Phase Epitaxy of Crack-Free GaN on Si (111) Exceeding 1 μm in Thickness, Jpn. J. Appl. Phys. 39, L1183 (2000) [Dadgar01] A. Dadgar, A. Alam, J. Christen, T. Riemann, S. Richter, J. Bläsing, A. Diez, M. Heuken and A. Krost, Bright blue electroluminescence from an InGaN / GaN multi-quantum-well diode Si (111): Impact of AlGaN / GaNmulti-layer, Appl. Phys. Lett. 78, 2211 (2001) [Duboz] JY Duboz, Gallium Nitride as seen by the Industry, phys. Stat. sol. (a) 176, 5 (1999) [Feltin] E. Feltin, S. Dalmasso, P. de Mierry, B. Beaumont, H. Lahreche, A. Bouille, H. Haas, M. Leroux, and P. Gibart, Green InGaN Light-Emitting Diodes Grown on Silicon (111) by Metalorganic Vapor Phase Epitaxy, Jpn. J. Appl. Phys. 40, L738 (2001) [Guha] S. Guha and NA Bojarczuk, Multicolored light emitters on silicon substrates, Appl. Phys. Lett. 73, 1487 (1998) [Ito] Takahiro Ito, Kohji Ohtsuka, Kazuhiro Kuwahara, Masatomo Sumiya, Yasushi Takano, Shunro Fuke, Effect of AlN buffer layer deposition conditions on the properties of GaN layer, J. Cryst. Growth 205, 20 (1999) [Jin] SX Jin, J.Li, JY Lin and HX Jiang, InGaN / GaN quantum well interconnected microdisk light emitting diodes, Appl. Phys. Lett. 77, 3236 (2000) [Kobayashi] NP Kobayashi, JT Kobayashi, PD Dapkus, W.-J. Choi, AE Bond, X. Zhang and HD Rich, GaN grown on Si (111) substrates using oxidized AlAs as an intermediate layer, Appl. Phys. Lett. 71, 3569 (1997) [Mayer] M. Mayer, A. Pelzmann, C. Kirchner, M. Schauler, F. Eberhard, M. Kamp, P. Unger, KJ Ebeling, Device Performance of ultraviolet derivatives grown by MBE, J. Cryst. Growth 189/190, 782 (1998) [Nikishin] SA Nikishin, NN Faleev, VG Antipov, S. Francoeur, L. Grave de Peralta, TI Prokofyeva, M. Holtz, and SNG Chu, high quality GaN grown on Si (111) by gas source molecular beam epitaxy with ammonia, Appl. Phys. Lett. 75, 2073 (1999) [Sanchez-Garcia] MA Sánchez-Garcia, E. Calleja, E. Monroy, FJ Sánchez, F.Calle, E. Muñoz, A.Sanz. Hervas, C. Villar and M. Aquilar, Study of high quality AlN layers grown on Si (111) substrates by plasma-assisted molecular beam epitaxy, MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 2, 33 (1997) [Schenk] HP Schenk, GD Kipshidze, VB Lebedev, S. Shokhovets, R. Goldhahn, J. Krausslich, A. Fissel, Wo. Richter, Epitaxial growth of AlN and GaN on Si (111) by plasma-assisted molecular beam epitaxy, J. of Cryst. Growth 201/202, 359 (1999) [Tanaka] Satoru Tanaka, Misaichi Takeuchi and Yoshinobu Aoyagi, Anti-Surfactant in III-Nitride Epitaxy - Quantum Dot Formation and Dislocation Termination -, Jpn. J. Appl. Phys. 39, L831 (2000) [Tran] Chuong A. Tran, A. Osinski, RF Karlicek Jr. and I. Berishev, Growth of InGaN / GaN multiple-quantum well blue light-emitting diodes on silicon by metalorganic vapor phase epitaxy, Appl. Phys. Lett. 75, 1494 (1999) [Wang] Lianshan Wang, Xianglin Liu, Yude Zan, Jun Wang, Du Wang, Da-cheng Lu and Zhanguo Wang, Wurtzite GaN epitaxial growth on a Si (001) substrate using γ-Al ₂ O ₃ as at intermediate layer, Appl. Phys. Lett. 72, 109 (1998) [Yang] JW Yang, A. Lunev, G. Simin, A. Chitnis, M. Shatalov, M. Asif Khan, Joseph E. Van Nostrand and R. Gaska, Selective area deposited blue GaN InGaN multiple-quantum well light emitting diodes over silicon substrates, Appl. Phys. Lett. 76, 273 (2000)

Claims

Group III nitride-based light emitting structure on silicon substrate, characterized by, a. an Al-containing group III-V seed layer and b. one or more Al-containing Group III-V low temperature interlayers and c. one or more Si _x N _y interlayers which are deposited during epitaxy with thicknesses in the range of a few monolayers

Light emitter structure according to claim 1, characterized by, a structured surface through a. a transparent one Material which is textured and / or b. a structured one Group III nitride Layers by etching and or c. an electrically conductive and coarsely grown Group III nitride Top layer.