Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement Es wird ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement beschrieben .

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102015105693.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bei herkömmlichen Leuchtdioden besteht eine Möglichkeit zur Erzeugung von farbiger Strahlung darin, dass von einem

Halbleiterbauelement Strahlung einer ersten Wellenlänge erzeugt wird, die nachfolgend mittels eines Leuchtstoffs in Strahlung einer zweiten Wellenlänge umgewandelt wird. Ein Nachteil dieser Lösung ist die relativ große spektrale

Halbwertsbreite der erzeugten Strahlung, welche

beispielsweise im Bereich von etwa 100 nm liegen kann.

Außerdem besteht bei allen Lösungen, welche eine

Wellenlängenkonversion betreffen, eine Schwierigkeit darin, dass die Wellenlänge der konvertierten Strahlung eine

deutliche Abhängigkeit vom Betriebsstrom und der Temperatur im Halbleiterbauelement aufweist.

Eine Aufgabe besteht darin, ein Halbleiterbauelement

anzugeben, das wellenlängenkonvertierte Strahlung mit einer geringen Halbwertsbreite erzeugt. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, ein Halbleiterbauelement anzugeben, dessen konvertierte Strahlung eine Wellenlänge aufweist, welche eine geringe Abhängigkeit vom Betriebsstrom und der Temperatur des Halbleiterbauelements hat. Diese Aufgabe wird durch einen Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 beziehungsweise ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und

Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Das Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement weist eine erste Halbleiterschichtenfolge, eine zweite

Halbleiterschichtenfolge, eine erste Elektrodenfläche und eine zweite Elektrodenfläche auf. Die erste Elektrodenfläche ist zwischen der ersten Halbleiterschichtenfolge und der zweiten Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Außerdem ist die zweite Halbleiterschichtenfolge zwischen der ersten

Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche angeordnet. Die erste Halbleiterschichtenfolge umfasst eine erste

Halbleiterschicht, eine zweite Halbleiterschicht und einen zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten

Halbleiterschicht angeordneten aktiven Bereich, welcher zur Erzeugung von Strahlung einer ersten Wellenlänge ausgebildet ist. Bevorzugt ist die von dem aktiven Bereich erzeugte

Strahlung der ersten Wellenlänge inkohärent.

Die zweite Halbleiterschichtenfolge weist eine

Quantentopfstruktur mit einer Quantenschichtstruktur und einer Barriereschichtstruktur auf und ist zur Erzeugung von inkohärenter Strahlung einer zweiten Wellenlänge mittels Absorption der Strahlung der ersten Wellenlänge insbesondere in der Quantentopfstruktur, also beispielsweise in der

Quantenschichtstruktur oder in der Barriereschichtstruktur, ausgebildet. Durch die erste Elektrodenfläche und die zweite

Elektrodenfläche ist ein elektrisches Feld in der zweiten Halbleiterschichtenfolge erzeugbar . Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst im vorliegenden Zusammenhang insbesondere jegliche Struktur, bei der

Ladungsträger durch Einschluss ( "confinement " ) eine

Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren können.

Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.

Unter einem „aktiven Bereich" ist vorliegend im Zweifel eine elektrisch anregbare Strahlungserzeugende Schicht zu

verstehen. Dagegen wird die zweite Halbleiterschichtenfolge, welche als Reemissionsschicht wirkt, optisch gepumpt, und ist im Betrieb bevorzugt elektrisch inaktiv. Dadurch, dass durch die erste Elektrodenfläche und die zweite Elektrodenfläche ein elektrisches Feld in der zweiten

Halbleiterschichtenfolge erzeugbar ist, kann im Betrieb des Halbleiterbauelements eine Anpassung der Wellenlänge der konvertierten Strahlung erfolgen. Insbesondere können hierbei die Auswirkungen des die erste Halbleiterschichtenfolge durchfließenden Betriebsstroms und der Temperatur des

Halbleiterbauelements kompensiert werden.

Die Anpassung der Wellenlänge der konvertierten Strahlung kann beispielsweise durch eine Verzerrung der Energiebänder in der Quantenschichtstruktur infolge des Quantum-Confined Stark-Effects (QCSE) erfolgen. Der QCSE beschreibt die

Verschiebung und Verformung der Wellenfunktionen in Quantenschichten unter Wirkung eines externen elektrischen Feldes, welche unter anderem eine Herabsetzung der

Wahrscheinlichkeit für eine Rekombination in der

Quantenschicht sowie eine Änderung, beispielsweise eine

Verkleinerung, der Wellenlänge der nach einer Rekombination erzeugten Strahlung zur Folge haben.

Gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist die Barriereschichtstruktur eine oder eine Mehrzahl von

Barriereschichten auf. Entsprechend kann auch die

Quantenschichtstruktur eine oder eine Mehrzahl von

Quantenschichten aufweisen. Bevorzugt sind die

Barriereschichten und die Quantenschichten alternierend angeordnet. Eine alternierende Anordnung bedeutet mit anderen Worten, dass in der Abfolge von Barriere- und

Quantenschichten jeweils eine Barriereschicht auf eine

Quantenschicht folgt und umgekehrt.

Die Quantentopfstruktur kann somit als

Einfachquantentopfstruktur (SQW, Single Quantum Well) oder Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, Multiple Quantum Well) ausgebildet sein, wobei der Quantentopf beziehungsweise die Quantentöpfe jeweils durch eine Quantenschicht zwischen zwei angrenzenden Barriereschichten gebildet ist.

Gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements des Halbleiterbauelements wird die Strahlung der zweiten

Wellenlänge in der Quantenschichtstruktur, also etwa in der Quantenschicht beziehungsweise den Quantenschichten erzeugt. Die optionale räumliche Trennung von Absorption der Strahlung der ersten Wellenlänge und Erzeugung der Strahlung der zweiten Wellenlänge hat den Vorteil einer größeren Effizienz des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements. Insbesondere sind in der Regel die Barriereschichten

wesentlich dicker als die Quantenschichten ausgeführt, so dass die Absorption der Strahlung der ersten Wellenlänge in den Barriereschichten wesentlich größer und damit insgesamt die Anregung der zweiten Halbleiterschichtenfolge wesentlich effizienter sein kann als bei Absorption der Strahlung der ersten Wellenlänge in der Quantenschichtstruktur

beziehungsweise den entsprechenden Quantenschichten. Gemäß einer Ausführungsform basiert das

Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement (insbesondere die erste und/oder die zweite Halbleiterschichtenfolge) auf einem Verbindungshalbleitermaterial, weiter bevorzugt auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial oder einem Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial. Diese Halbleitermaterialien zeichnen sich durch eine besonders effiziente

Strahlungserzeugung aus.

„Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass das Halbleiterbauelement, bevorzugt der aktive Bereich und/oder die zweite

Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Teilschicht davon, ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al _n Ga _m Ini- _n - _m N, enthält, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n+m < 1 ist, vorzugsweise mit n + 0 und/oder m + 0.

Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen

physikalischen Eigenschaften des Al _n Ga _m Ini- _n - _m N-Materials im

Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, I n , N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.

„Auf Phosphid-Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Halbleiterbauelement, bevorzugt der aktive Bereich und/oder die zweite

Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Teilschicht davon, ein Phosphid- I I I/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al _n Ga _m I ni- _n - _m P, enthält, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n+m < 1 ist, vorzugsweise mit n + 0 und/oder m + 0.

Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche

Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, I n , P) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.

Gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements wird die Strahlung der ersten Wellenlänge in der zweiten

Halbleiterschichtenfolge nur teilweise in Strahlung der zweiten Wellenlänge umgewandelt, so dass das

Halbleiterbauelement der gleichzeitigen Emission von

Strahlung der ersten Wellenlänge und Strahlung der zweiten Wellenlänge dient.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform des

Halbleiterbauelements kann auch vorgesehen sein, dass die Strahlung der ersten Wellenlänge in der zweiten

Halbleiterschichtenfolge im Wesentlichen vollständig in

Strahlung der zweiten Wellenlänge umgewandelt wird, so dass der strahlungsemittierende Halbleiterbauelement also im

Betrieb nur Strahlung der zweiten Wellenlänge emittiert.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der aktive Bereich ultraviolette oder blaue Strahlung erzeugt (etwa mit einer Wellenlänge zwischen einschließlich 440 nm und einschließlich 470 nm) , die vollständig in Strahlung mit einer zweiten

Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich, zum Beispiel im grünen Spektralbereich, umgewandelt wird. Im Falle eines Halbleiterbauelements auf der Basis eines Nitrid- Verbindungshalbleitermaterials enthält der aktive Bereich vorzugsweise InGaN.

Das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement kann als Dünnfilm-Halbleiterbauelement ausgeführt sein, welcher frei von einem zur Ausbildung der beiden Halbleiterschichtenfolgen verwendeten Aufwachssubstrat ist. Alternativ kann der

Halbleiterbauelement auch mit einem Substrat in Form des Aufwachssubstrats (auch Epitaxiesubstrat genannt) versehen sein, das für die erzeugte Strahlung der ersten und/oder der zweiten Wellenlänge durchlässig ausgebildet sein kann.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass

das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement eine

Strahlungsaustrittsfläche aufweist und die zweite

Halbleiterschichtenfolge zwischen der ersten

Halbleiterschichtenfolge und der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet ist. Diese Anordnung ist insbesondere dann

vorteilhaft, wenn die von der ersten Halbleiterschichtenfolge erzeugte Strahlung vollständig in Strahlung der zweiten

Wellenlänge umgewandelt werden soll und/oder wenn durch die Strahlungsaustrittsfläche überwiegend oder ausschließlich Strahlung der zweiten Wellenlänge treten soll. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Elektrodenfläche transparent zumindest für

Strahlung der ersten Wellenlänge ausgebildet ist. Außerdem kann die zweite Elektrodenfläche zumindest für Strahlung der zweiten Wellenlänge transparent ausgebildet sein.

Beispielsweise kann/können die erste und/oder die zweite Elektrodenfläche ein TCO (Transparent Conductive Oxide) enthalten oder aus diesem bestehen. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite

Halbleiterschichtenfolge im Betrieb des Halbleiterbauelements elektrisch inaktiv ist. Dies bedeutet insbesondere, dass durch die zweite Halbleiterschichtenfolge hindurch kein

Stromfluss erfolgt, oder dass ein durch die zweite

Halbleiterschichtenfolge hindurch tretender Strom zumindest nicht ausreichend ist, um elektromagnetische Strahlung in signifikantem Umfang zu generieren. Hierdurch wird die

Konversionseffizienz des Halbleiterbauelements gesteigert. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass

die erste Elektrodenfläche oder die zweite Elektrodenfläche von der zweite Halbleiterschichtenfolge elektrisch isoliert ist. Alternativ oder zusätzlich können zwischen der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche Mittel zur Begrenzung eines die zweite Halbleiterschichtenfolge

durchfließenden Stromes vorgesehen sein, beispielsweise ein oder mehrere Strombarriereschicht (en) . Diese Maßnahmen haben zur Folge, dass die zweite Halbleiterschichtenfolge im

Betrieb des Halbleiterbauelements wie gewünscht elektrisch inaktiv ist. Derselbe Effekt kann zum Beispiel auch dadurch erzielt oder verstärkt werden, dass die zweite

Halbleiterschichtenfolge eine Dicke von mindestens 300 nm, bevorzugt mindestens 400 nm, insbesondere mindestens 500 nm aufweist und/oder (bevorzugt ausschließlich) Schichten aus undotiertem Halbleitermaterial umfasst.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Elektrodenfläche und die zweite Elektrodenfläche jeweils ein dotiertes Halbleitermaterial enthalten und unterschiedliche Leitungstypen aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Halbleiterschichtenfolge und die zweite

Halbleiterschichtenfolge monolithisch in das

Halbleiterbauelement integriert sind. Dies bedeutet

insbesondere, dass die erste Halbleiterschichtenfolge und die zweite Halbleiterschichtenfolge auf dem gleichen

Aufwachssubstrat aufgewachsen sind. Beispielsweise kann das Aufwachssubstrat Saphir enthalten oder aus diesem bestehen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite Halbleiterschichtenfolge an einer der zweiten Elektrodenfläche zugewandten Oberfläche eine Vielzahl von V- Defekten aufweist. Insbesondere weist die zweite

Halbleiterschichtenfolge an der der zweiten Elektrodenfläche zugewandten Oberfläche eine höhere Dichte an V-Defekten auf als an einer der ersten Elektrodenfläche zugewandten

Oberfläche oder in einem zentralen Bereich zwischen den beiden genannten Oberflächen. Die V-Defekte wirken im

vorliegenden Fall als Auskoppelstrukturen in der zweiten Halbleiterschichtenfolge und erhöhen hierbei die

Auskoppeleffizienz des Halbleiterbauelements. Bevorzugt sind die V-Defekte mit einem dotierten Halbleitermaterial gefüllt.

Ein V-Defekt hat in einem Halbleitermaterial wie

beispielsweise in einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial oftmals die Form einer offenen, in Wachstumsrichtung

invertierten Pyramide, die beispielsweise eine hexagonale Grundfläche aufweist. Im Querschnitt hat dieser Defekt die Form eines Vs . Ein V-Defekt kann beispielsweise in einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial - beispielsweise in einer Schicht, die auf GaN basiert oder aus diesem

Halbleitermaterial besteht - durch Einstellen der

Wachstumsparameter, insbesondere der Wachstumstemperatur, erzeugt werden. Die Größe des V-Defekts hängt dann von der Dicke der Schicht ab, in der er erzeugt ist. V-Defekte bilden sich beispielsweise im Bereich von Fadenversetzungen, die zum Beispiel bei der Heteroepitaxie eines Halbleitermaterials auf ein Wachstumssubstrat entstehen, das eine andere

Gitterkonstante als das Halbleitermaterial aufweist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite Halbleiterschicht der ersten

Halbleiterschichtenfolge mit der ersten Elektrodenfläche elektrisch leitend verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform sind typischerweise drei externe Kontakte für die elektrische Versorgung des Halbleiterbauelements ausreichend. Ein erster und ein zweiter Kontakt sind hierbei bevorzugt jeweils mit der ersten und mit der zweiten Halbleiterschicht der ersten Halbleiterschichtenfolge elektrisch leitend verbunden und versorgen diese mit dem für die Erzeugung von Strahlung der ersten Wellenlänge erforderlichen Betriebsstrom. Zwischen dem zweiten Kontakt, welcher gleichzeitig mit der ersten

Elektrodenfläche elektrisch leitend verbunden ist, und einem mit der zweiten Elektrodenfläche elektrisch verbundenen dritten Kontakt kann somit eine Spannung an die zweite

Halbleiterschichtenfolge gelegt werden, durch welche die (zweite) Wellenlänge der in der zweiten Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung modifiziert werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht der ersten Halbleiterschichtenfolge von der ersten

Elektrodenfläche elektrisch isoliert ist. Bei dieser

Ausführungsform sind bevorzugt vier externe Kontakte für die elektrische Versorgung des Halbleiterbauelements vorgesehen, zwei für die Versorgung der ersten Halbleiterschichtenfolge mit dem für die Erzeugung von Strahlung der ersten

Wellenlänge erforderlichen Betriebsstrom, und zwei weitere für das Anlegen einer Spannung an die zweite

Halbleiterschichtenfolge, durch welche die (zweite)

Wellenlänge der in der zweiten Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung modifiziert werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Halbleiterschichtenfolge und die zweite

Halbleiterschichtenfolge über ein Verbindungselement

aneinander befestigt sind. Dies hat den Vorteil, dass die erste Halbleiterschichtenfolge und die zweite

Halbleiterschichtenfolge separat voneinander ausgebildet und nachfolgend charakterisiert werden können, so dass

beispielsweise geprüft werden kann, ob beide

Halbleiterschichtenfolgen bezüglich ihrer optischen

Eigenschaften aufeinander abgestimmt sind.

Ein Verfahren zur Erzeugung von Strahlung unter Verwendung eines wie oben ausgebildeten Strahlungsemittierenden

Halbleiterbauelements weist folgende Schritte auf: - Erzeugen von Strahlung einer ersten Wellenlänge in der ersten Halbleiterschichtenfolge ;

- zumindest teilweises Absorbieren der Strahlung der ersten Wellenlänge, insbesondere in der Quantentopfstruktur, also beispielsweise in der Quantenschichtstruktur oder in der BarriereSchichtstruktur;

- Erzeugen von inkohärenter Strahlung einer zweiten

Wellenlänge in der Quantenschichtstruktur.

Die zweite Wellenlänge kann durch eine zwischen der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche angelegte Spannung eingestellt oder angepasst werden. Insbesondere kann Spannung in Abhängigkeit eines Betriebsstromes oder einer

Temperatur des Halbleiterbauelements gesteuert oder geregelt werden. Alternativ kann die Spannung so gesteuert oder geregelt werden, dass die (zweite) Wellenlänge im

Wesentlichen zeitlich konstant bleibt.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das

Halbleiterbauelement derart betrieben wird, dass die zweite Halbleiterschichtenfolge im Betrieb des Halbleiterbauelements elektrisch inaktiv ist. Dies bedeutet insbesondere, dass durch die zweite Halbleiterschichtenfolge hindurch kein

Stromfluss erfolgt, oder dass ein durch die zweite

Halbleiterschichtenfolge hindurch tretender Strom zumindest nicht ausreichend ist, um elektromagnetische Strahlung in signifikantem Umfang zu generieren. Hierdurch wird die

Konversionseffizienz des Halbleiterbauelements gesteigert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass an die zweite Halbleiterschichtenfolge eine Spannung mit einer solchen Polarität gelegt wird, dass Ladungsträger aus der ersten Elektrodenfläche und/oder der zweiten Elektrodenfläche abgezogen werden. In dem Fall, dass die erste

Elektrodenfläche und die zweite Elektrodenfläche jeweils ein dotiertes Halbleitermaterial enthalten und unterschiedliche Leitungstypen aufweisen, kann die Spannung beispielsweise in einer Sperrrichtung angelegt werden, so dass gar kein oder nur ein sehr geringfügiger Strom durch die zweite

Halbleiterschichtenfolge hindurch fließt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein während des Betriebs in der zweiten

Halbleiterschichtenfolge wirkendes elektrisches Feld

entgegengesetzt zu einem während des Betriebs in der ersten Halbleiterschichtenfolge wirkenden elektrischen Feld

gerichtet ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zwischen der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche angelegte Spannung größer als 1 V, bevorzugt größer als 2 V ist.

Weitere Merkmale, Vorzüge und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen

Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines

ersten Ausführungsbeispiels des

Halbleiterbauelements , die Figuren 2 und 3 eine schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels des Verfahrens

Erzeugung von Strahlung,

Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung eines

zweiten Ausführungsbeispiels des

Halbleiterbauelements .

Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Figur 1 ist ein insgesamt mit 100 bezeichnetes

strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement dargestellt, bei welchem auf ein Aufwachssubstrat 50 aus Saphir eine erste Halbleiterschichtenfolge 10, eine erste Elektrodenfläche 1, eine zweite Halbleiterschichtenfolge 20 und eine zweite

Elektrodenfläche 2 epitaktisch aufgewachsen sind. Die erste Halbleiterschichtenfolge 10 umfasst eine erste

Halbleiterschicht 11 aus n-GaN, eine zweite Halbleiterschicht 12 aus p-GaN und einen zwischen der ersten Halbleiterschicht 11 und der zweiten Halbleiterschicht 12 angeordneten, auf InGaN basierenden aktiven Bereich 13, welcher beispielsweise als Einfach- oder Mehrfachquantentopfstruktur ausgeführt sein kann. Die zweite Halbleiterschicht 12 und die erste Elektrode 1 (in Figur 1 durch eine gestrichelte Linie getrennt

dargestellt) werden im vorliegenden Fall durch dieselbe p- GaN-Schicht gebildet.

Im Betrieb wird im aktiven Bereich 13 Strahlung einer ersten Wellenlänge λ _] _ erzeugt. Zumindest ein Teil dieser Strahlung der ersten Wellenlänge λ _] _ gelangt in die zweite

Halbleiterschichtenfolge 20, welche als eine

Reemissionsschicht wirkt und die Strahlung der Wellenlänge λ _] _ teilweise oder vollständig in Strahlung der Wellenlänge X2 umwandelt .

Wie die Ausschnittvergrößerung der zweiten

Halbleiterschichtenfolge 20 in Figur 1 zeigt, weist diese eine Quantentopfstruktur 21 mit einer Quantenschichtstruktur 22 und einer Barriereschichtstruktur 23 auf. Die

Quantenschichtstruktur 22 umfasst eine Mehrzahl von

Quantenschichten 24. Entsprechend umfasst die

Barriereschichtstruktur 23 eine Mehrzahl von

Barriereschichten 25. Die Quantentopfstruktur 21 ist in diesem Fall also in Form einer Mehrfachquantentopfstruktur (MQW) ausgebildet, wobei die Quantenschichten 24 und die Barriereschichten 25 alternierend angeordnet sind.

Durch entsprechende Dimensionierung der Quantentopfstruktur 21 kann die Wellenlänge X2 der von der zweiten

Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung vorbestimmt werden .

Die zweite Halbleiterschichtenfolge 20 weist an einer der zweiten Elektrodenfläche 2 zugewandten Oberfläche eine

Vielzahl von V-Defekten 60 auf, welche im vorliegenden Fall durch das Wachstum der Quantenschichten 24 und der

Barriereschichten 25 entstehen. Bevorzugt sind die V-Defekte 60 mit einem dotierten Halbleitermaterial gefüllt, im vorliegenden Fall mit n-GaN. Die V-Defekte 60 wirken als Auskoppelstrukturen in der zweiten Halbleiterschichtenfolge 20 und erhöhen hierbei die Auskoppeleffizienz des

Halbleiterbauelements.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei externe Kontakte 71, 72, 73 für die elektrische Versorgung des Halbleiterbauelements vorgesehen. Ein erster Kontakt 71 und ein zweiter Kontakt 72 sind hierbei in

Bereichen ausgebildet, in welchen die erste Halbleiterschicht 11 aus n-GaN bzw. die zweite Halbleiterschicht 12 aus p-GaN beispielsweise durch einen Ätzprozess freigelegt und von außen kontaktierbar sind. Ein dritter Kontakt 73 ist im

Bereich der zweiten Elektrodenfläche 2 aus n-GaN ausgebildet. Im Betrieb wird zwischen dem zweiten Kontakt 72 und dem ersten Kontakt 71 eine erste Spannung angelegt, durch welche die erste Halbleiterschichtenfolge mit dem für die Erzeugung von Strahlung der ersten Wellenlänge erforderlichen

Betriebsstrom versorgt wird. Zwischen dem dritten Kontakt 73 und dem zweiten Kontakt 72 wird eine zweite Spannung

angelegt, durch welche die (zweite) Wellenlänge der in der zweiten Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung

modifiziert werden kann.

Weisen die erste Spannung und die zweite Spannung eine gleiche Polarität auf, das heißt wird der zweite Kontakt 72 auf ein Potential gelegt, das sich zwischen dem Potential des ersten Kontakts 71 und dem des dritten Kontakts 73 befindet, so liegt an der zweiten Halbleiterschichtenfolge 20 eine Spannung in einer Sperrrichtung an, so dass gar kein oder nur ein sehr geringfügiger Strom durch die zweite

Halbleiterschichtenfolge 20 hindurch fließt. Weisen die erste Spannung und die zweite Spannung dagegen eine

entgegengesetzte Polarität auf, ist ein während des Betriebs in der zweiten Halbleiterschichtenfolge 20 wirkendes

elektrisches Feld entgegengesetzt zu einem während des

Betriebs in der ersten Halbleiterschichtenfolge 10 wirkenden elektrischen Feld gerichtet. In den Figuren 2 und 3 ist schematisch dargestellt, wie mittels des Halbleiterbauelements Strahlung der ersten

Wellenlänge λ]_ teilweise oder vollständig in Strahlung der zweiten Wellenlänge X2 umgewandelt wird und wie die

Wellenlänge der in der zweiten Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung durch ein dort wirkendes elektrisches Feld modifiziert werden kann. Aufgetragen ist

ausschnittsweise das Energieniveau E _c des Valenzbandes und das Energieniveau E _v des Leitungsbandes der zweiten

Halbleiterschichtenfolge 20.

Wie in Figur 2 für den Fall ohne Einwirkung eines

elektrischen Feldes gezeigt, wird im Betrieb die von dem aktiven Bereich erzeugte Strahlung der ersten Wellenlänge λ]_ in der Barriereschichtstruktur 23, also in den

Barriereschichten 25 absorbiert, wodurch zunächst in den Barriereschichten 25 eine Ladungsträgertrennung erfolgt

(Schritt A) . Die so getrennten Ladungsträger werden in den energetisch tiefer liegenden Quantentöpfen der

Quantentopfstruktur 21, also in den Quantenschichten 24 der Quantenschichtstruktur 22 eingefangen (Schritt B) und führen dort durch Rekombination zur Emission der Strahlung mit der Wellenlänge X2 (Schritt C) . Figur 3 stellt die unter Wirkung eines elektrischen Feldes auftretende Verzerrung der Energiebänder in der

Quantentopfstruktur infolge des Quantum-Confined Stark- Effects (QCSE) dar. Das Energieniveau E _c des Valenzbandes und das Energieniveau E _v des Leitungsbandes der zweiten

Halbleiterschichtenfolge 20 werden im Falle eines konstanten elektrischen Feldes durch einen linearen Potentialverlauf überlagert. Dies führt zu einer Verschiebung und Verformung der Wellenfunktionen in den Quantenschichten 24, welche unter anderem eine Herabsetzung der Wahrscheinlichkeit für eine Rekombination in der Quantenschicht sowie eine Änderung, beispielsweise eine Verkleinerung, der Wellenlänge der nach einer Rekombination erzeugten Strahlung zur Folge haben.

In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des

Halbleiterbauelements dargestellt. Im Unterschied zu dem in Figur 1 gezeigten Halbleiterbauelement sind die erste

Halbleiterschichtenfolge 10 und die zweite

Halbleiterschichtenfolge 20 nicht epitaktisch aufeinander aufgewachsen, sondern sind über ein transparentes

Verbindungselement 80 aneinander befestigt. Genauer stellt das Verbindungselement 80 eine mechanische Verbindung

zwischen der zweiten Halbleiterschicht 12 und der ersten Elektrodenfläche 1 her. Wie im vorherigen Ausführungsbeispiel bestehen die erste Halbleiterschicht 11 der ersten

Halbleiterschichtenfolge 10 sowie die zweite Elektrodenfläche 2 aus n-GaN, und die zweite Halbleiterschicht 12 der ersten Halbleiterschichtenfolge 10 und die erste Elektrodenfläche 1 aus p-GaN.

Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel ist

symmetrisch aufgebaut; auf sich gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterbauelements 100 sind Aufwachssubstrate 51, 52 angeordnet, auf denen jeweils die erste und die zweite

Halbleiterschichtenfolge epitaktisch aufgewachsen sind. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen weicht der Aufbau jedoch von einer symmetrischen Form ab.

Im vorliegenden Fall ist das Verbindungselement 80 durch einen elektrisch isolierenden, transparenten Kleber

ausgebildet. Aus diesem Grund weist das Halbleiterbauelement vier separate Kontakte 71, 72, 73, 74 auf, durch welche jeweils verschiedene Spannungen an die beiden

Halbleiterschichtenfolge 10, 20 gelegt werden können.

Gemäß einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform ist das Verbindungselement zumindest bereichsweise elektrisch leitend ausgebildet und stellt eine elektrisch leitende

Verbindung zwischen der zweiten Halbleiterschicht 12 der ersten Halbleiterschichtenfolge 10 und der ersten

Elektrodenfläche 1 her. Beispielsweise kann das

Verbindungselement einen elektrisch leitfähigem Kleber enthalten oder aus diesem bestehen. Alternativ können

elektrisch leitfähige Durchkontaktierungen in dem

Verbindungselement oder elektrisch leitfähige Überbrückungen an dessen Seiten vorgesehen sein.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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.

Bezugs zeichenliste

1 erste Elektrodenfläche

2 zweite Elektrodenfläche

10 erste Halbleiterschichtenfolge

11 erste Halbleiterschicht

12 zweite Halbleiterschicht

13 aktiver Bereich

20 zweite Halbleiterschichtenfolge

21 Quantentopfstruktur

22 Quantenschichtstruktur

23 BarriereSchichtstruktur

24 Quantenschichten

25 Barriereschichten

50 AufwachsSubstrat

51, 52 Aufwachssubstrate

60 V-Defekte

71- 74 Kontakte

80 transparentes Verbindungselement

100 Halbleiterbauelement

λΐ erste Wellenlänge

λ ₂ zweite Wellenlänge

E _c Energieniveau Valenzband

E _v Energieniveau Leitungsband

A-C Schritte