DE10017757A1 - LED auf AlGaInN-Basis mit dicker Epitaxieschicht für eine verbesserte Lichtextraktion - Google Patents
LED auf AlGaInN-Basis mit dicker Epitaxieschicht für eine verbesserte LichtextraktionInfo
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Abstract
Eine lichtemittierende Diode und ein Verfahren zum Herstellen des Bauelements verwenden eine dicke mehrschichtige Epitaxiestruktur, die den Lichtextraktionswirkungsgrad des Bauelements erhöhen. Die LED ist eine LED auf Aluminium-Gallium-Indium-Nitrid-Basis. Die dicke mehrschichtige Epitaxiestruktur erhöht den Lichtextraktionswirkungsgrad des Bauelements durch das Erhöhen des Betrags des emittierten Lichts, daß das Bauelemet durch die Seiten der dicken mehrschichtigen Epitaxiestruktur verläßt. Die LED umfaßt ein Substrat, eine Pufferschicht und die dicke mehrschichtige Epitaxiestruktur. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Substrat eine Saphirsubstrat mit einer texturierten Oberfläche. Die texturierte Oberfläche des Substrats erzeugt eine zufällige Verteilung von Licht, das auf die texturierte Oberfläche auftrifft, so daß ein erhöhter Betrag des emittierten Lichts die LED als Ausgabelicht verlassen kann. Die mehrschichtige Epitaxiestruktur umfaßt eine obere AlGaInN-Region, eine aktive Region und eine untere AlGaInN-Region. Die obere und die untere AlGaInN-Region umfassen mehrere Epitaxieschichten aus AlGaInN. Die obere AlGaInN-Region besteht aus p-Typ-AlGaInN-Epitaxieschichten, während die untere AlGaInN-Region aus n-Typ-AlGaInN-Epitaxieschichten und undotierten Epitaxieschichten besteht. Die undotierten Epitaxieschichten können Schichten aus AlGaInN oder einem anderen Material auf AlGaInN-Basis sein. Die mehrschichtige Epitaxiestruktur besitzt eine Dicke von ...
Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf lichtemittierende
Dioden und spezieller auf lichtemittierende Dioden auf
AlGaInN-Basis.
Lichtemittierende Dioden (LEDs) sind gut bekannte Halblei
terbauelemente, die Licht erzeugen können, das eine Spitzen
wellenlänge in einer spezifischen Region des Lichtspektrums
aufweist. LEDs werden typischerweise als Beleuchtungsein
richtungen, Anzeigeeinrichtungen und Anzeigen verwendet.
LEDs auf Aluminium-Gallium-Indium-Nitrid-Basis (AlGaInN-
Basis) können Licht, das eine Spitzenwellenlänge in der
blauen und grünen Region des sichtbaren Lichtspektrums auf
weist, mit einer größeren Leuchtintensität als andere her
kömmliche LEDs emittieren. Aufgrund ihrer überlegenen Lumi
nanz erhielten die LEDs auf AlGaInN-Basis in jüngeren Jahren
eine hohe Aufmerksamkeit.
Eine beispielhafte bekannte LED auf AlGaInN-Basis ist sche
matisch in Fig. 1 dargestellt. Die LED 10 auf AlGaInN-Basis
umfaßt ein Saphir-Substrat (Al2O3-Substrat) 12 und eine
mehrschichtige Epitaxiestruktur 14. Die mehrschichtige Epi
taxieschichtstruktur umfaßt eine obere AlGaInN-Region 16,
eine aktive Region 18 und eine untere AlGaInN-Region 20. Der
Ausdruck "AlGaInN" ist hierin als ein Material definiert,
das aus einem oder mehreren Elementen aus einer Gruppe, die
Aluminium, Gallium, Indium und Stickstoff enthält, zusammen
gesetzt ist. Die obere AlGaInN-Region und die untere AlGa-
InN-Region bestehen aus mehreren Epitaxieschichten aus AlGa-
InN. Die obere AlGaInN-Region besteht aus p-Typ-AlGaInN-Epi
taxieschichten, während die untere AlGaInN-Region aus n-
Typ-AlGaInN-Epitaxieschichten und/oder undotierten AlGaInN-
Epitaxieschichten besteht. Die aktive Region umfaßt eine
oder mehrere Schichten aus Indium-Gallium-Nitrid (InGaN),
die eine Struktur bildet (bilden), die üblicherweise als ein
Quantentopf (Quantentöpfe) bezeichnet wird (werden). Die ty
pische Dicke der oberen AlGaInN-Region ist kleiner als 0,5
µm, während die typische Dicke der unteren AlGaInN-Region
näherungsweise 2 bis 3 µm beträgt. Die Dicke der aktiven Re
gion ist typischerweise kleiner als 0,2 µm. Daher beträgt
die typische maximale Dicke der mehrschichtigen Epitaxie
struktur näherungsweise 3,7 µm.
Ein ohmscher p-Kontakt 22 ist mit der oberen AlGaInN-Region
16 verbunden, während ein ohmscher n-Kontakt 24 mit der obe
ren Oberfläche der unteren AlGaInN-Region 20 verbunden ist.
Die ohmschen Kontakte liefern eine elektrische Leitung durch
die aktive Region 18 der mehrschichtigen Epitaxiestruktur
14. Auf der oberen Oberfläche der oberen AlGaInN-Region ist
eine halbtransparente Metallschicht 26 angeordnet und mit
dem ohmschen p-Kontakt elektrisch verbunden. Die halbtrans
parente Metallschicht kann aus oxidiertem Nickel und Gold
bestehen. Die halbtransparente Metallschicht ist als ein
Stromverteiler wirksam, um Strom durch den gesamten Bereich
der aktiven Region zu verteilen. Zwischen dem Saphirsubstrat
12 und der leitfähigen Struktur ist eine Pufferschicht 28
angeordnet. Die Pufferschicht dient als eine Übergangs
schicht, um ein ordnungsgemäßes Aufwachsen der unteren
AlGaInN-Region auf dem Saphirsubstrat sicherzustellen. Die
Pufferschicht besteht aus einem Material auf AlGaInN-Basis.
Während eines Lichtemissionsbetriebs wird Spannung an die
ohmschen Kontakte 22 und 24 angelegt, um die LED 10 vorwärts
vorzuspannen. Der vorwärts vorgespannte Zustand der LED be
wirkt, daß Löcher von der oberen AlGaInN-Region 16 in die
aktive Region 18 injiziert werden. Zudem bewirkt der vor
wärts vorgespannte Zustand, daß Elektroden von der unteren
AlGaInN-Region 20 in die aktive Region injiziert werden. In
dem Quantentopf (den Quantentöpfen) der aktiven Region re
kombinieren die injizierten Löcher und Elektronen, was die
Emission von Licht zur Folge hat. Das erzeugte Licht wird in
allen Richtungen emittiert, wie es durch die Pfeile in der
aktiven Region gezeigt ist. Ein bestimmter Teil des emit
tierten Lichts verläßt die LED als Ausgabelicht von der
Oberseite der LED durch die halbtransparente Metallschicht.
Ferner emittiert ein bestimmter Teil des Lichts in das Sub
strat 12 und entkommt aus den Seiten des Bauelements. Jedoch
muß ein großer Teil des emittierten Lichts von dem Bereich
innerhalb der mehrschichtigen Epitaxiestruktur 14 aus den
Seiten der LED entkommen, nachdem derselbe von der oberen
Oberfläche des Saphirsubstrats und den unteren Oberflächen
einer Einkapselungs-Epoxidschicht (nicht gezeigt), die die
LED bedeckt, reflektiert wurde. Dies ist durch einen exem
plarischen Weg 30 eines solchen emittierten Lichts gezeigt.
Die Gesamtlichtausgabe der LED umfaßt den Teil des emittier
ten Lichts, der durch die Seiten der mehrschichtigen Epita
xiestruktur entkommt, ebenso wie den Teil, der durch die
obere Oberfläche und durch das Substrat entkommt.
Die Lichtextraktion von LEDs auf AlGaInN-Basis, beispiels
weise der LED 10, ist durch verschiedene parasitäre optische
Verlustmechanismen, die in den AlGaInN-Epitaxieschichten
vorliegen oder dieselben umgeben, begrenzt. Diese Mechanis
men umfassen eine Absorption an der halbtransparenten Me
tallschicht 26, sowie eine Absorption in vielen Schichten,
die der Epitaxieabschnitt der LED umfaßt, beispielsweise der
Pufferschicht 28, der aktiven Region 18 und der stark Mg-
dotierten GaN-Kontaktschicht 16. Aufgrund der Brechungs
indexstufe zwischen der mehrschichtigen Epitaxiestruktur (n
= 2,4) und dem Saphirsubstrat (n = 1,77) oder der Einkapse
lungsepoxidschicht (n = 1,5) entkommen lediglich näherungs
weise 25% des Lichts, das in der aktiven Region erzeugt
wird, beim erstmaligen Auftreffen auf diese Grenzflächen in
das Epoxid oder das Substrat. Der Rest des Lichts wird in
einem Wellenleiter eingefangen, der durch die Einkapselungs
epoxidschicht oberhalb des Chips und das Substrat gebildet
ist. Das eingefangene Licht muß Strecken in der Größenord
nung der Länge des Chips zurücklegen, um von den Seiten der
LED zu entkommen. Derartige Strecken erfordern viele Durch
läufe durch die verschiedenen Verlustmechanismen in der
LED-Struktur, was die Wahrscheinlichkeit einer Absorption
erhöht. Folglich geht ein großer Anteil dieses eingefangenen
Lichts schließlich verloren, was die Gesamtlichtausgabe der
LED verringert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
lichtemittierende AlGaInN-LED-Struktur mit einer erhöhten
Lichtausbeute zu schaffen, bei der die Menge von emittiertem
Licht, die in verschiedenen Verlustmechanismen verloren
geht, reduziert ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung ei
ner solchen LED-Struktur zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch AlGaInN-Dioden gemäß den Ansprüchen
1 und 17 und ein Verfahren zur Herstellung einer AlGaInN-
Diode gemäß Anspruch 9 gelöst.
Eine lichtemittierende Diode (LED) und ein Verfahren zum
Herstellen des Bauelements verwenden eine dicke mehrschich
tige Epitaxiestruktur, die den Lichtextraktionswirkungsgrad
des Bauelements erhöht. Die LED ist eine LED auf Aluminium-
Gallium-Indium-Nitrid-Basis (AlGaInN-Basis). Die dicke mehr
schichtige Epitaxiestruktur erhöht den Lichtextraktionswir
kungsgrad des Bauelements, indem der Betrag des emittierten
Lichts erhöht wird, der durch die Seiten der dicken mehr
schichtigen Epitaxiestruktur aus dem Bauelement entkommt.
Die LED umfaßt ein Substrat, eine Pufferschicht und die
dicke mehrschichtige Epitaxiestruktur. Das Substrat besteht
vorzugsweise aus Saphir. Da sich die Verbesserungen mit ei
ner erhöhten Epitaxiedichte hinsichtlich der Lichtextraktion
zeigen werden, solange das Substrat oder eine auf das Sub
strat aufgewachsene Schicht, wenn eine solche existiert, ei
nen Brechungsindex von erkennbar weniger als dem der mehr
schichtigen AlGaInN-Epitaxiestruktur (n ≈ 2,4 effektiv) auf
weist, sind andere Substrate möglich. Zu Zwecken der hierin
gegebenen Lehren werden signifikante Verbesserungen der
Lichtextraktion für unterschiedliche Substrate erwartet, vo
rausgesetzt, daß der Brechungsindex des Substrats oder der
darauf aufgewachsenen Schicht geringer als 2,1 ist. Ferner
kann das Substrat Schichten aus Zinkoxid, Siliziumdioxid
oder einem anderen dielektrischen Material tragen, um wäh
rend des Aufwachsens spezielle Charakteristika zu liefern.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die obere Ober
fläche des Substrats texturiert, um das Licht, das auf die
texturierte Oberfläche auftrifft, zufallsmäßig zu verteilen.
Beispielsweise kann die Oberfläche durch Polieren der Ober
fläche mit einer relativ groben Schleifkörnung mechanisch
texturiert werden. Die Pufferschicht wird durch epitaxiales
Aufwachsen einer Schicht aus einem Material auf AlGaInN-Ba
sis über dem Substrat gebildet. Die Pufferschicht dient als
eine Übergangsschicht, um ein ordnungsgemäßes Aufwachsen der
mehrschichtigen Epitaxiestruktur auf dem Substrat sicherzu
stellen.
Die mehrschichtige Epitaxiestruktur umfaßt eine obere AlGa-
InN-Region, eine aktive Region und eine untere AlGaInN-Re
gion. Die obere und die untere AlGaInN-Region umfassen meh
rere Epitaxieschichten aus AlGaInN. Die obere AlGaInN-Region
besteht aus p-Typ-AlGaInN-Epitaxieschichten, während die un
tere AlGaInN-Region aus n-Typ-AlGaInN-Epitaxieschichten und
undotierten Epitaxieschichten besteht. Die undotierten Epi
taxieschichten können Schichten aus AlGaInN oder einem ande
ren Material auf AlGaInN-Basis sein. Die aktive Region um
faßt zumindest eine lichtemittierende AlGaInN-Schicht, die
den Quantentopf (die Quantentöpfe) bildet. Für LEDs im
sichtbaren Spektrum besteht die lichtemittierende Schicht
typischerweise aus InGaN. Die mehrschichtige Epitaxiestruk
tur ist dicker als herkömmliche mehrschichtige Epitaxie
strukturen. Die mehrschichtige Epitaxiestruktur besitzt eine
Dicke von näherungsweise 4 µm oder darüber. Bei einem Aus
führungsbeispiel beträgt die Dicke der mehrschichtigen Epi
taxiestruktur näherungsweise 7 µm. Bei einem anderen Ausfüh
rungsbeispiel beträgt die Dicke der mehrschichtigen Epita
xiestruktur näherungsweise 15 µm. Jedoch kann die Dicke der
mehrschichtigen Epitaxiestruktur größer als 15 µm sein.
Die erhöhte Dicke der mehrschichtigen Epitaxiestruktur er
möglicht, daß Licht, das in einem Wellenleiter, der durch
die obere Oberfläche des Substrats und die untere Oberfläche
einer Einkapselungsepoxidschicht, die die LED bedeckt, ge
bildet ist, eingefangen ist, die LED durch die Seiten der
mehrschichtigen Epitaxiestruktur mit weniger Reflexionen
verläßt. Insbesondere ermöglicht die erhöhte Dicke der mehr
schichtigen Epitaxiestruktur, daß ein größerer Betrag des
emittierten Lichts von den Seiten der mehrschichtigen Epita
xiestruktur mit einer einfachen Reflexion von entweder der
oberen Oberfläche des Substrats oder der unteren Oberfläche
der Einkapselungsepoxidschicht austritt. Die Verringerung
der Anzahl von Reflexionen für das eingefangene Licht redu
ziert den Lichtbetrag, der durch verschiedene parasitäre op
tische Verlustmechanismen, die in den AlGaInN-Epitaxie
schichten oder dieselben umgebend vorliegen, absorbiert
wird. Die Wirkung dieser Reduzierung ist eine Gesamtzunahme
der Lichtausgabe der LED.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich
nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten LED
auf AlGaInN-Basis;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer LED auf AlGa-
InN-Basis mit einer dicken mehrschichtigen Epita
xiestruktur gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Darstellung des Extraktionswirkungsgrads über
der Epitaxiedicke aus numerischen Strahlverlaufs-
Modellierungsberechnungen;
Fig. 4 den relativen Extraktionswirkungsgrad einer LED auf
AlGaInN-Basis einer Fläche von 300 × 400 µm2 mit
mehrschichtigen Epitaxiestrukturen mit Dicken von
3,2 bzw. 18,2 µm für unterschiedliche Dicken der
halbtransparenten oberen Au-Metallisierung; in die
sen Fällen sind alle AlGaInN-Grenzflächen nicht
texturiert;
Fig. 5 den modellierten relativen Lichtextraktionswir
kungsgrad der LEDs auf AlGaInN-Basis einer Fläche
von 300 × 400 µm2, die eine texturierte AlGa-
InN/Substrat-Grenzfläche aufweisen;
Fig. 6 gemessene Lichtausgabedaten für eine LED auf AlGa-
InN-Basis, die eine untere AlGaInN-Region der mehr
schichtigen Epitaxiestruktur mit einer Dicke von 7
µm aufweist;
Fig. 7 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen
der LED auf AlGaInN-Basis von Fig. 2 gemäß der Er
findung; und
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Vertikalinjek
tions-LED auf AlGaInN-Basis mit einer dicken mehr
schichtigen Epitaxiestruktur gemäß der Erfindung.
In Fig. 2 ist eine lichtemittierende Diode (LED) 32 auf Alu
minium-Gallium-Indium-Nitrid-Basis (AlGaTnN-Basis) gemäß der
vorliegenden Erfindung gezeigt. Die LED auf AlGaInN-Basis
umfaßt ein Substrat 34 und eine mehrschichtige Epitaxie
struktur 36. Verglichen mit mehrschichtigen Epitaxiestruktu
ren herkömmlicher LEDs auf AlGaInN-Basis, beispielsweise der
mehrschichtigen Epitaxiestruktur 14 der LED 10 von Fig. 1,
ist die mehrschichtige Epitaxiestruktur 36 der LED 32 auf
AlGaInN-Basis wesentlich dicker. Die erhöhte Dicke der mehr
schichtigen Epitaxiestruktur erhöht den Anteil des Lichts,
das durch eine aktive Region 38 erzeugt wird, der durch die
Seiten der mehrschichtigen Epitaxiestruktur von der LED 32
entweicht. Die Art und Weise, auf die die dicke mehrschich
tige Epitaxiestruktur die erhöhte Lichtemission von der LED
ermöglicht, wird detailliert nachfolgend beschrieben.
Die mehrschichtige Epitaxiestruktur 36 umfaßt eine obere
AlGaInN-Region 40, die aktive Region 38 und eine untere
AlGaInN-Region 42. Die obere und die untere AlGaInN-Region
umfassen mehrere Epitaxieschichten aus AlGaInN. Die obere
AlGaInN-Region besteht aus p-Typ-AlGaInN-Epitaxieschichten,
während die untere AlGaInN-Region aus n-Typ-AlGaInN-Epita
xieschichten und undotierten Epitaxieschichten besteht. Der
Abschnitt der unteren AlGaInN-Region, der die n-Typ-AlGa-
InN-Epitaxieschichten aufweist, ist mit dem Bezugszeichen 44
bezeichnet. Der Abschnitt der unteren AlGaInN-Region, der
die undotierten Epitaxieschichten aufweist, ist mit dem Be
zugszeichen 46 bezeichnet. Die undotierten Epitaxieschichten
können Schichten aus AlGaInN oder einem anderen Material auf
AlGaInN-Basis sein. Die aktive Region umfaßt zumindest eine
lichtemittierende AlGaInN-Schicht, die den Quantentopf (die
Quantentöpfe) bildet. Für eine Emission von sichtbarem Licht
kann die lichtemittierende Schicht aus Indium-Gallium-Nitrid
(InGaN) bestehen. Die mehrschichtige Epitaxiestruktur be
sitzt eine Dicke von näherungsweise 4 µm oder darüber. Bei
einem Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der mehrschich
tigen Epitaxiestruktur näherungsweise 7 µm. Bei einem wei
teren Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der mehrschich
tigen Epitaxiestruktur näherungsweise 15 µm. Jedoch kann
die Dicke der mehrschichtigen Epitaxiestruktur größer als 15 µm
sein.
Eine Aufzeichnung des Extraktionswirkungsgrads über der Epi
taxiedicke aus numerischen Strahlverlauf-Modellierungsbe
rechnungen ist in Fig. 3 gezeigt. Aufgrund von Vorfällen,
beispielsweise einem Brechen aufgrund einer Belastung, ist
es nicht naheliegend, daß qualitativ hochwertige aktive Re
gionen auf dicke AlGaInN-Strukturen aufgewachsen werden kön
nen. Für bestimmte Auswahlen der Pufferschicht und der Zu
sammensetzung und der Dotierung der unteren AlGaInN-Schicht
(hoch oder schwach dotiert, n-Typ- oder p-Typ-dotiert, oder
undotiert) werden qualitativ hochwertige aktive Regionen er
halten, wobei tatsächlich ein erhöhter Quantenwirkungsgrad
zu beobachten ist. Eine Belastung kann auch durch die Ver
wendung von AlGaN-Schichten oder Supergitterstrukturen auf
AlGaInN-Basis gesteuert werden, um Zug- und Druck-Kräfte in
der Epitaxiestruktur auszugleichen und eine Störstellenbil
dung, die den inneren Quantenwirkungsgrad der aktiven Region
reduzieren kann, zu minimieren.
Die erhöhte Dicke der mehrschichtigen Epitaxiestruktur 36
kann erhalten werden, indem lediglich die Dicke der unteren
AlGaInN-Region 42 erhöht wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
Jedoch sind andere Geometrien möglich. Beispielsweise kann
die erhöhte Dicke der mehrschichtigen Epitaxiestruktur er
halten werden, indem nur die Dicke der oberen AlGaInN-Region
40 erhöht wird. Alternativ kann die erhöhte Dicke der mehr
schichtigen Epitaxiestruktur erhalten werden, indem die
Dicken sowohl der oberen 40 als auch der unteren 42 AlGa-
InN-Region erhöht wird.
Zwischen der mehrschichtigen Epitaxiestruktur 36 und dem
Substrat 34 ist eine Pufferschicht 48 angeordnet. Die Puf
ferschicht dient als eine Übergangsschicht, um ein ordnungs
gemäßes Haften zwischen der unteren AlGaInN-Region 42 und
dem Substrat sicherzustellen. Die Pufferschicht besteht aus
einem Material auf AlGaInN-Basis. Das Substrat besteht vor
zugsweise aus Saphir (Al2O3). Da sich die Verbesserungen auf
die Lichtextraktion mit einer erhöhten Epitaxiedichte zei
gen, solange das Substrat oder eine auf das Substrat aufge
wachsene Schicht, wenn eine solche existiert, einen Bre
chungsindex von merklich weniger als dem der mehrschichtigen
AlGaInN-Epitaxiestruktur (n ≈ 2,4 effektiv) aufweist, sind
andere Substrate möglich. Zu Zwecken dieser Lehre werden
signifikante Verbesserungen der Lichtextraktion für unter
schiedliche Substrate erwartet, solange der Brechungsindex
des Substrats oder der aufgewachsenen Schicht geringer als
2,1 ist. Ferner kann das Substrat Schichten aus Zinkoxid
(ZnO), Siliziumdioxid (SiO2), oder einem anderen dielektri
schen Material aufweisen, um während des Aufwachsens spezi
elle Charakteristika zu liefern. Bei dem bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiel ist die obere Oberfläche des Substrats textu
riert, um das einfallende Licht, das von der aktiven Region
38 emittiert wird, zufällig zu verteilen. Die texturierte
Oberfläche erhöht die Wahrscheinlichkeit, daß einfallendes
Licht die LED durch die Seiten der mehrschichtigen Epitaxie
struktur verläßt. Das texturierte Saphirsubstrat ermöglicht
das Aufwachsen dicker AlGaInN-Epitaxieschichten (< 7 µm) mit
einer signifikant reduzierten Anfälligkeit für ein Brechen,
relativ zu dem Aufwachsen auf nicht-texturierte Substrate.
Die LED 32 umfaßt einen ohmschen p-Kontakt 50 und einen ohm
schen n-Kontakt 52, die elektrische Leistung zu der LED lie
fern. Der ohmsche p-Kontakt ist mit der oberen AlGaInN-Re
gion 40 der mehrschichtigen Epitaxiestruktur 36 elektrisch
gekoppelt, während der ohmsche n-Kontakt mit den n-Typ-AlGa-
InN-Epitaxieschichten 44 der unteren AlGaInN-Region 46 elek
trisch gekoppelt ist. Die untere AlGaInN-Region 46 kann un
dotiert oder von einem p-Typ sein und ist für die Struktur
optional. Über der oberen AlGaInN-Region und mit dem ohm
schen p-Kontakt elektrisch verbunden ist eine halbtranspa
rente Metallschicht 54 aufgebracht. Die halbtransparente Me
tallschicht ist als ein Stromverteiler wirksam, um den Strom
über die gesamte Fläche der aktiven Region 38 zu verteilen.
Die halbtransparente Metallschicht kann aus Nickeloxid (NiO)
und Gold (Au) bestehen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird
die halbtransparente Metallschicht gebildet, indem zuerst
eine Schicht aus Ni aufgebracht wird, die vor oder während
des Aufbringens oxidiert wird, um eine Schicht aus NiO zu
bilden. Eine Schicht aus Au wird dann über der Schicht aus
NiO aufgebracht, und die beiden Schichten werden ausgeheilt.
Dieser Prozeß ermöglicht, daß die halbtransparente Metall
schicht unter Verwendung einer dünneren Au-Schicht als bei
herkömmlichen halbtransparenten Metallschichten gebildet
wird. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt die
Au-Schicht, die verwendet ist, um die halbtransparente Me
tallschicht 54 zu bilden, eine Dicke von näherungsweise 5 nm
(50 Å). Zum Vergleich besitzt die Au-Schicht, die verwendet
ist, um eine herkömmliche halbtransparente Metallschicht zu
bilden, eine Dicke von näherungsweise 11,3 nm (113 Å). Al
ternativ zu dem Aufbringen von Au nach NiO können die zwei
Materialien unter Verwendung eines reaktiven Sputterns oder
von reaktiven Aufdampfungstechniken gleichzeitig aufgebracht
werden.
Der Lichtemissionsbetrieb der LED 32 auf AlGaInN-Basis ist
identisch zu dem von herkömmlichen LEDs auf AlGaInN-Basis,
beispielsweise der LED 10 auf AlGaInN-Basis von Fig. 1. Um
die LED 32 zu aktivieren, wird eine Spannung an die ohmschen
Kontakte 50 und 52 angelegt, um die LED vorwärts vorzuspan
nen. Der vorwärts vorgespannte Zustand der LED bewirkt, daß
Löcher von der oberen AlGaInN-Region 40 in die aktive Region
38 injiziert werden. Ferner bewirkt der vorwärts vorgespann
te Zustand, daß Elektronen von den n-Typ-AlGaInN-Epitaxie
schichten 44 der unteren AlGaInN-Region 42 in die aktive Re
gion injiziert werden. In dem Quantentopf (den Quantentöp
fen) der aktiven Region rekombinieren die injizierten Löcher
und Elektronen, was die Emission von Licht zur Folge hat.
Das erzeugte Licht wird in alle Richtungen emittiert, wie
durch die Pfeile in der aktiven Region gezeigt ist. Ein be
stimmter Teil des emittierten Lichts verläßt die LED durch
die halbtransparente Metallschicht 54 als Ausgabelicht, wäh
rend ein bestimmter Teil des emittierten Lichts aus den Sei
ten der LED durch das Substrat 34 entkommt. Ein weiterer
Teil des emittierten Lichts verläßt die LED nach einer Re
flexion von der oberen Oberfläche des Substrats 34 und den
unteren Oberflächen einer Einkapselungsepoxidschicht (nicht
gezeigt), die die LED bedeckt, von den Seiten der mehr
schichtigen Epitaxiestruktur 36, wie durch exemplarische We
ge 56, 58 und 60 derartiger emittierter Lichtstrahlen darge
stellt ist. Die gesamte Lichtausgabe der LED umfaßt den An
teil des emittierten Lichts, der durch die Seiten der LED
entkommt, ebenso wie den Anteil, der durch die Oberseite und
durch das Substrat entkommt.
Gleichartig zu einer herkömmlichen LED auf AlGaInN-Basis er
möglicht die Brechungsindexstufe zwischen der mehrschichti
gen Epitaxiestruktur 36 (n = 2,4) und dem Substrat 34 (n =
1,77 für Saphir) oder der Einkapselungsepoxidschicht (1,5),
daß nur etwa 25% des Lichts, das in der aktiven Region 38
erzeugt wird, bei einem erstmaligen Auftreffen auf diese
Grenzflächen in das Epoxid oder das Substrat entkommen. Der
Rest des Lichts wird in einem Wellenleiter eingefangen, der
durch die Einkapselungsepoxidschicht oberhalb des Chips und
das Substrat gebildet ist. Das eingefangene Licht trifft auf
verschiedene Verlustmechanismen, die die Lichtmenge reduzie
ren, die die LED durch die Seiten der mehrschichtigen Epita
xiestruktur verlassen kann. Diese Verlustmechanismen umfas
sen eine Absorption an der halbtransparenten Metallschicht
54, ebenso wie eine Absorption in der Vielzahl von Schich
ten, die der Epitaxieabschnitt der LED 32 aufweist, bei
spielsweise der Pufferschicht 48, der aktiven Region 38 und
der hoch Mg-dotierten GaN-Kontaktschicht. Mit jedem Durch
lauf durch den Verlustmechanismus erhöht sich die Wahr
scheinlichkeit einer Absorption.
Die erhöhte Dicke der mehrschichtigen Epitaxiestruktur 36
ermöglicht, daß Licht, das in dem gebildeten Wellenleiter
eingefangen ist, die LED 32 mit weniger Durchläufen durch
die Verlustmechanismen durch die Seiten der mehrschichtigen
Epitaxiestruktur verläßt. Insbesondere ermöglicht die erhöh
te Dicke der mehrschichtigen Epitaxiestruktur, daß ein
größerer Betrag des emittierten Lichts mit höchstens einer
einzelnen Reflexion von entweder der oberen Oberfläche des
Substrats 34 oder der unteren Oberfläche der Einkapselungs
epoxidschicht von den Seiten der mehrschichtigen Epitaxie
struktur austritt, wie durch die Lichtstrahlen 56, 58 und 60
in Fig. 2 gezeigt ist. Derartige Lichtstrahlen werden hierin
als "beim ersten Durchlauf" extrahiertes Licht bezeichnet.
Die erhöhte Menge von beim ersten Durchlauf extrahiertem
Licht hat folglich eine erhöhte Lichtausgabe der LED zur
Folge.
Eine Strahlverlaufsmodellierung der Lichtextraktion von den
LEDs auf AlGaInN-Basis bekräftigt die verbesserte Extraktion
von Licht beim ersten Durchlauf über eine erhöhte Dicke der
mehrschichtigen Epitaxiestruktur. Fig. 4 zeigt den relativen
Extraktionswirkungsgrad von LEDs auf AlGaInN-Basis einer
Fläche von 300 × 400 µm2 mit mehrschichtigen Epitaxiestruk
turen mit Dicken von 3,2 µm bzw. 18,2 µm. Bei einem Fall
wurde eine typische halbtransparente Metallschicht unter
Verwendung einer Schicht aus Au mit einer Dicke von 11,3 nm
gebildet. Eine solche halbtransparente Metallschicht 26 ist
in Fig. 2 gezeigt. Bei dem zweiten Fall wurde die halbtrans
parente Metallschicht unter Verwendung einer Schicht aus Au
mit einer reduzierten Dicke von 5 nm gebildet, wie z. B. die
halbtransparente Metallschicht 54 von Fig. 2. Die Daten sind
auf den Fall eines dicken Au und eines dünnen AlGaInN nor
miert, d. h. einer LED auf AlGaInN-Basis, die die typische
halbtransparente Schicht umfaßt, die unter Verwendung einer
Au-Schicht einer Dicke von 11,3 nm und einer herkömmlichen
Mehrschichtepitaxiestruktur mit einer Dicke von 3,2 µm ge
bildet wurde. Es sei angemerkt, daß in beiden Fällen die er
höhte Dicke der mehrschichtigen Epitaxiestruktur den Extrak
tionswirkungsgrad gegenüber dem Fall einer typischen mehr
schichtigen Epitaxiestruktur signifikant verbessert. Die
Verbesserung des Extraktionswirkungsgrads aufgrund der er
höhten Dicke der mehrschichtigen Epitaxiestruktur beträgt in
diesen Fällen etwa +25 bis 30%.
Sogar für den Fall eines Bauelements mit einer rauhen oder
texturierten AlGaInN/Saphir-Grenzfläche führt die erhöhte
Dicke der mehrschichtigen Epitaxiestruktur zu einer Verbes
serung des Lichtextraktionswirkungsgrads. Fig. 5 zeigt den
modellierten relativen Lichtextraktionswirkungsgrad für Bau
elemente ähnlich denjenigen, die für Fig. 4 verwendet sind,
die eine texturierte AlGaInN/Saphir-Grenzfläche aufweisen.
Die texturierte AlGaInN/Saphir-Grenzfläche verteilt Licht,
das auf die AlGaInN/Saphir-Grenzfläche einfällt, zufällig
mit einer Standardabweichung von ±11° bezüglich der Refle
xion nullter Ordnung. Die Verbesserung der Lichtextraktion
aufgrund der erhöhten Dicke der mehrschichtigen Epitaxie
struktur beträgt in diesen Fällen 22 bis 27%. Es sei auf die
Gesamtzunahme des Extraktionswirkungsgrads, der durch die
texturierte AlGaInN/Saphir-Schnittstelle geliefert wird,
hingewiesen (Fig. 5 verglichen mit Fig. 4).
Weitere Verbesserungen des Verhaltens der LED 32 auf AlGa-
InN-Basis durch die Verwendung der dickeren mehrschichtigen
Epitaxiestruktur 36 können eine reduzierte Belastungs- und
Störstellen-Dichte in der aktiven Region 38, einen verbes
serten inneren Quantenwirkungsgrad und möglicherweise eine
verbesserte Gleichmäßigkeit der Wafercharakteristika umfas
sen. Forschungsdaten zeigen, daß eine dickere untere AlGa-
InN-Region, beispielsweise 7 µm, Bauelemente mit Wirkungs
gradzunahmen über die hinaus, die nur Extraktionswirkungs
gradbetrachtungen zuweisbar sind, liefert. Dies legt nahe,
daß der innere Quantenwirkungsgrad in LED-Strukturen mit
erhöhter Dicke der unteren AlGaInN-Region, beispielsweise
größer als 3 µm, verbessert ist. Fig. 6 zeigt die gemessenen
Lichtausgabedaten für eine LED auf AlGaInN-Basis mit einer
erhöhten Dicke der unteren AlGaInN-Region von 7 µm. Die
Linie zeigt das Verhalten für herkömmliche LEDs auf AlGa-
InN-Basis, die dünne Epitaxiestrukturen (weniger als 4 µm)
verwenden. Die gemessene Zunahme des äußeren Quantenwir
kungsgrads beträgt 15 bis 40%. Eine solche Zunahme ist
größer als die, die den Lichtextraktionsverbesserungen al
lein zugerechnet werden kann.
Ein Verfahren zum Herstellen einer LED auf AlGaInN-Basis
gemäß der vorliegenden Erfindung wird bezugnehmend auf Fig.
7 beschrieben. In einem Schritt 62 wird ein Substrat bereit
gestellt. Das Substrat besteht vorzugsweise aus Saphir. Da
sich die Verbesserungen mit einer erhöhten Epitaxiedichte
auf die Lichtextraktion solange zeigen, wie das Substrat
oder eine auf das Substrat aufgewachsene Schicht, wenn eine
solche vorliegt, einen Brechungsindex von merklich weniger
als dem der mehrschichtigen AlGaInN-Epitaxiestruktur (n ≈
2,4 effektiv) aufweist, sind andere Substrate möglich. Zu
Zwecken dieser Lehre werden signifikante Verbesserungen der
Lichtextraktion für unterschiedliche Substrate erwartet, vo
rausgesetzt, daß der Brechungsindex des Substrats oder der
aufgewachsenen Schicht kleiner als 2,1 ist. Ferner kann das
Substrat Schichten aus Zinkoxid (ZnO), Siliziumdioxid (SiO2)
oder einem anderen dielektrischen Material aufweisen, um
während des Aufwachsens spezielle Charakteristika zu lie
fern. Als nächstes kann die obere Oberfläche des Substrats
in einem Schritt 64 texturiert werden. Das Texturieren kann
durch eine beliebige Anzahl von Techniken erreicht werden.
Beispielsweise kann die Oberfläche mechanisch texturiert
werden, indem die Oberfläche mit einer relativ groben
Schleifkörnung poliert wird. Bei einem solchen Verfahren
kann der Saphir-Wafer auf einer Metallscheibe, die über ei
nem Schleifrad befestigt ist, angebracht sein. Eine Polier
körnung (Poliersand) wird dann verwendet, um den Saphir auf
die gewünschte Textur aufzurauhen. Polierkörnungsgrößen von
weniger als 1 µm können verwendet werden. Das resultierende
Substrat verteilt Licht, das auf die obere Oberfläche des
Substrats auftrifft, zufällig. Das Substrat kann stattdessen
durch Naß- oder Trocken-Ätztechniken strukturiert werden.
Ein alternativer Schritt besteht darin, eine AlGaInN-Schicht
zu texturieren, die bereits von einem vorherigen Aufwachs
schritt geliefert wurde. Diese Schicht kann durch mehrere
Einrichtungen, die in der Technik bekannt sind, texturiert
werden, und dient als die Aufwachsoberfläche für die LED-
Struktur bei einem nachfolgenden Aufwachsen. In einem
Schritt 66 wird eine Pufferschicht auf das Substrat aufge
bracht. Die Pufferschicht besteht aus einem Material auf
AlGaInN-Basis.
Danach wird eine mehrschichtige Epitaxiestruktur in einem
Schritt 68 über der Pufferschicht gebildet. Bei einem Aus
führungsbeispiel können die Epitaxieschichten der mehr
schichtigen Epitaxiestruktur unter Verwendung einer organo
metallischen Dampfphasen-Epitaxie-Aufwachstechnik (OMVPE;
OMVPE = organometallic vapor-phase epitaxy) aufgewachsen
werden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können die
Epitaxieschichten unter Verwendung einer Hydriddampfpha
sen-Epitaxie-Aufwachstechnik (HVPE; HVPE = hydride vapor
phase epitaxy) aufgewachsen werden. Die HVPE-Aufwachstechnik
besitzt den Vorteil eines höheren Durchsatzes (einer erhöh
ten Aufwachsrate) gegenüber OMVPE und erleichtert die Ver
wendung dicker Epitaxieschichten bei der Aufwachsstruktur.
Die mehrschichtige Epitaxiestruktur besitzt eine näherungs
weise Dicke von 4 µm oder darüber. Beispielsweise kann die
Dicke der mehrschichtigen Epitaxiestruktur näherungsweise 7
µm betragen. Jedoch kann die Dicke der mehrschichtigen Epi
taxiestruktur 15 µm oder größer sein.
Die Bildung der mehrschichtigen Epitaxiestruktur umfaßt das
Aufwachsen von Epitaxieschichten aus einem Material auf
AlGaInN-Basis über der Pufferschicht, um nacheinander die
untere AlGaInN-Region, die aktive Region und die obere
AlGaInN-Region der mehrschichtigen Epitaxiestruktur zu bil
den. Bei einem Ausführungsbeispiel besteht die untere
AlGaInN-Region ausschließlich aus GaN-Epitaxieschichten. Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht die untere
AlGaInN-Region aus AlGaInN-Epitaxieschichten und weiteren
Epitaxieschichten auf AlGaInN-Basis. Vorzugsweise besitzt
die untere AlGaInN-Region der mehrschichtigen Epitaxiestruk
tur eine Dicke von mehr als 3 µm. Beispielsweise kann die
untere AlGaInN-Region eine Dicke von näherungsweise 7 µm
aufweisen. Zusätzliche Schritte können dann durchgeführt
werden, um die LED auf AlGaInN-Basis zu vollenden, wie z. B.
das Bilden der ohmschen Kontakte der LED.
Obwohl der obige Verfahrensablauf eine optionale Texturie
rung der mehrschichtigen AlGaInN-Epitaxiestruktur an der
Substratgrenzfläche liefert, ist es auch möglich und bevor
zugt, die obere Oberfläche der mehrschichtigen AlGaInN-Epi
taxiestruktur zu texturieren, um die Lichtextraktion zu ver
bessern. Dies kann entweder vor oder nach der Bildung der
ohmschen Kontakte auf der oberen Oberfläche erfolgen.
Obwohl die LED 32 auf AlGaInN-Basis als ein Bauelement be
schrieben wurde, das Licht der oberen Oberfläche durch die
halbtransparente Metallschicht 54 emittiert, kann die LED
auch ein invertiertes Bauelement mit einer stark reflektie
renden Metallisierung statt der halbtransparenten Metall
schicht sein. Bei dieser invertierten LED wird das Licht der
oberen Oberfläche durch das transparente Substrat emittiert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer LED auf
AlGaInN-Basis, die eine dicke mehrschichtige AlGaInN-Epita
xiestruktur verwendet, ist eine Vertikalinjektionsstruktur,
die in Fig. 8 gezeigt ist. Diese LED-Struktur 70 verwendet
n-Typ- und p-Typ-AlGaInN-Schichten 72 und 74 auf jeder Seite
einer aktiven Region 76, derart, daß entweder die n-Typ-
oder die p-Typ-Schicht mit dem leitfähigen Substrat 78 elek
trisch verbunden ist. Das leitfähige Substrat kann aus einem
undurchsichtigen Material bestehen, wie z. B. Silizium (Si).
Dieses Substrat kann durch das Verbinden der mehrschichtigen
AlGaInN-Epitaxiestruktur 80, einschließlich des ursprüngli
chen Aufwachssubstrats (nicht gezeigt) mit dem leitfähigen
Substrat über metallische Grenzflächenschichten 82 geliefert
werden. Die metallischen Grenzflächenschichten liefern eine
elektrische Verbindung zwischen dem Substrat und den AlGa-
InN-Epitaxieschichten über ohmsche Kontakte 84 und 86, wäh
rend ein Haften zwischen dem Substrat und der mehrschichti
gen AlGaInN-Epitaxiestruktur geliefert wird. Nach dem Ver
binden (Bonden) wird das ursprüngliche Aufwachssubstrat
durch ein beliebiges einer Anzahl von bekannten Techniken,
beispielsweise einem Laserabheben oder einem Entfernen mit
tels eines selektiven Ätzens mit dem Einschluß einer Opfer
schicht zwischen der mehrschichtigen AlGaInN-Epitaxiestruk
tur und dem ursprünglichen Aufwachssubstrat, beseitigt.
Nach der Beseitigung des ursprünglichen Aufwachssubstrats
kann die freiliegende Oberfläche 88 der mehrschichtigen
AlGaInN-Epitaxiestruktur 80 texturiert werden, wobei der
ohmsche Kontakt 84 gebildet wird, um das Vertikalinjektions
bauelement 70 zu vollenden. Wie vorher gemäß diesen Lehren
beschrieben wurde, liefert die Erhöhung der Dicke der
AlGaInN-Epitaxieschichten einen erhöhten Extraktionswir
kungsgrad für dieses Bauelement durch das Reduzieren von
Verlusten, die Licht zugeordnet sind, das zwischen der
AlGaInN-Epoxid-Grenzfläche und der AlGaInN/Metall-Schicht-
Grenzfläche eingefangen wird. Die mehrschichtige AlGaInN-
Epitaxiestruktur besitzt eine Dicke von näherungsweise 4 µm
oder darüber. Als ein Beispiel kann die Dicke der mehr
schichtigen Epitaxiestruktur näherungsweise 7 µm betragen.
Jedoch kann die Dicke der mehrschichtigen Epitaxiestruktur
15 µm oder mehr betragen.
Claims (22)
1. Lichtemittierendes AlGaInN-Diodenbauelement (32; 70)
mit folgenden Merkmalen:
einem Substrat (34; 78); und
einer mehrschichtigen Epitaxiestruktur (36; 80) mit einer aktiven Region (38; 76), die mit dem Substrat gekoppelt ist, wobei die mehrschichtige Epitaxiestruk tur eine erste Region (40; 72) aus Epitaxieschichten, die oberhalb der aktiven Region angeordnet ist, und eine zweite Region (42; 74) aus Epitaxieschichten, die unterhalb der aktiven Region angeordnet ist, aufweist, wobei die Epitaxieschichten der ersten und der zweiten Region eine Mehrzahl von Epitaxieschichten aufweisen, die aus zumindest einem Element aufgebaut sind, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Gal lium, Indium und Stickstoff besteht, wobei die mehr schichtige Epitaxiestruktur eine Dicke von zumindest 4 µm aufweist, wobei die Dicke der mehrschichtigen Epi taxiestruktur eine erhöhte Extraktion von Licht, das von der aktiven Region (38; 76) durch Seiten der mehr schichtigen Epitaxiestruktur (36; 80) emittiert wird, bewirkt.
einem Substrat (34; 78); und
einer mehrschichtigen Epitaxiestruktur (36; 80) mit einer aktiven Region (38; 76), die mit dem Substrat gekoppelt ist, wobei die mehrschichtige Epitaxiestruk tur eine erste Region (40; 72) aus Epitaxieschichten, die oberhalb der aktiven Region angeordnet ist, und eine zweite Region (42; 74) aus Epitaxieschichten, die unterhalb der aktiven Region angeordnet ist, aufweist, wobei die Epitaxieschichten der ersten und der zweiten Region eine Mehrzahl von Epitaxieschichten aufweisen, die aus zumindest einem Element aufgebaut sind, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Gal lium, Indium und Stickstoff besteht, wobei die mehr schichtige Epitaxiestruktur eine Dicke von zumindest 4 µm aufweist, wobei die Dicke der mehrschichtigen Epi taxiestruktur eine erhöhte Extraktion von Licht, das von der aktiven Region (38; 76) durch Seiten der mehr schichtigen Epitaxiestruktur (36; 80) emittiert wird, bewirkt.
2. Bauelement gemäß Anspruch 1, bei dem die mehrschichti
ge Epitaxiestruktur (36; 80) derart konfiguriert ist,
daß die mehrschichtige Epitaxiestruktur eine Dicke von
zumindest 7 µm aufweist.
3. Bauelement gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die mehr
schichtige Epitaxiestruktur (36; 80) derart konfigu
riert ist, daß die mehrschichtige Epitaxiestruktur ei
ne Dicke von näherungsweise 7 µm aufweist.
4. Bauelement gemäß Anspruch 1, bei dem die mehrschichti
ge Epitaxiestruktur (36; 80) derart konfiguriert ist,
daß die mehrschichtige Epitaxiestruktur eine Dicke von
zumindest 15 µm aufweist.
5. Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem
die zweite Region (42; 74) der mehrschichtigen Epita
xiestruktur (36; 80) eine Dicke von mehr als 3 µm auf
weist.
6. Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem
die zweite Region (42; 74) der mehrschichtigen Epita
xiestruktur (36; 80) eine Dicke von mehr als 7 µm auf
weist.
7. Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem
die zweite Region (42; 74) der Epitaxieschichten zu
mindest eine undotierte Epitaxieschicht aufweist, wo
bei die undotierte Epitaxieschicht aus einem Material
auf Aluminium-Gallium-Indium-Nitrid-Basis besteht.
8. Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem
das Substrat (34; 78) derart konfiguriert ist, daß die
Oberfläche des Substrats, die mit der mehrschichtigen
Epitaxiestruktur (36; 80) gekoppelt ist, eine textu
rierte Oberfläche ist, wobei die texturierte Oberflä
che des Substrats eine zufällige Verteilung von Licht,
das auf die texturierte Oberfläche einfällt, erleich
tert.
9. Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden
AlGaInN-Diodenbauelements mit folgenden Schritten:
Bereitstellen (62) eines Substrats (34; 78); und
Bilden (68) einer mehrschichtigen Epitaxiestruktur (36; 80) mit einer Dicke von zumindest 4 µm über dem Substrat (34; 78), was das Bilden einer oberen Region (40; 72) von Epitaxieschichten, einer aktiven Region (38; 76) und einer unteren Region (42; 74) von Epita xieschichten durch das Aufbringen von Schichten aus einem Material auf Aluminium-Gallium-Indium-Nitrid-Ba sis umfaßt, wobei die aktive Region (38; 76) zwischen der oberen und der unteren Region gebildet wird, wobei die Dicke der mehrschichtigen Epitaxiestruktur (36; 80) eine erhöhte Extraktion von Licht, das von der ak tiven Region (38; 76) durch Seiten der mehrschichtigen Epitaxiestruktur emittiert wird, bewirkt.
Bereitstellen (62) eines Substrats (34; 78); und
Bilden (68) einer mehrschichtigen Epitaxiestruktur (36; 80) mit einer Dicke von zumindest 4 µm über dem Substrat (34; 78), was das Bilden einer oberen Region (40; 72) von Epitaxieschichten, einer aktiven Region (38; 76) und einer unteren Region (42; 74) von Epita xieschichten durch das Aufbringen von Schichten aus einem Material auf Aluminium-Gallium-Indium-Nitrid-Ba sis umfaßt, wobei die aktive Region (38; 76) zwischen der oberen und der unteren Region gebildet wird, wobei die Dicke der mehrschichtigen Epitaxiestruktur (36; 80) eine erhöhte Extraktion von Licht, das von der ak tiven Region (38; 76) durch Seiten der mehrschichtigen Epitaxiestruktur emittiert wird, bewirkt.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem der Schritt des
Bildens (68) der mehrschichtigen Epitaxiestruktur (36;
80) einen Schritt des Bildens einer mehrschichtigen
Epitaxiestruktur mit einer Dicke von zumindest 7 µm
ist.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, bei dem der
Schritt des Bildens (68) der mehrschichtigen Epitaxie
struktur (36; 80) ein Schritt des Bildens einer mehr
schichtigen Epitaxiestruktur mit einer Dicke von zu
mindest 15 µm ist.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem
der Schritt des Bildens (68) der unteren Region (42;
74) der Epitaxieschichten ein Schritt des Bildens der
unteren Region der Epitaxieschichten, derart, daß eine
Dicke der unteren Region (42; 74) größer als 3 µm ist,
ist.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem
der Schritt des Bildens (68) der unteren Region der
Epitaxieschichten (42; 74) ein Schritt des Bildens der
unteren Region der Epitaxieschichten, derart, daß eine
Dicke der unteren Region (42; 74) größer als 7 µm ist,
ist.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, das fer
ner den Schritt des Texturierens (64) einer Oberfläche
des Substrats (34; 78) aufweist, wobei die texturierte
Oberfläche des Substrats eine zufällige Verteilung von
Licht, das auf die texturierte Oberfläche einfällt,
erleichtert.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem
der Schritt des Bildens der unteren Region (42; 74)
der Epitaxieschichten einen Schritt des Aufwachsens
von Gallium-Nitrid-Epitaxieschichten unter Verwendung
einer Hydriddampfphasen-Epitaxie-Aufwachstechnik vor
einem nachfolgenden Aufwachsen der aktiven Region (38;
76) und der Epitaxieschichten der oberen Region (40;
72) durch eine organometallische Dampfphasenepitaxie
aufweist.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15, bei dem
der Schritt des Bildens (68) der mehrschichtigen Epi
taxiestruktur (36; 80) einen Schritt des Aufwachsens
von Gallium-Nitrid-Epitaxieschichten unter Verwendung
einer organometallischen Dampfphasen-Epitaxie-Auf
wachstechnik aufweist.
17. Lichtemittierendes AlGaInN-Diodenbauelement mit fol
genden Merkmalen:
einem Substrat (34);
einer ersten Region (46) aus undotierten Epitaxie schichten, die benachbart zu dem Substrat (34) ange ordnet sind, wobei die undotierten Epitaxieschichten aus zumindest einem Element aufgebaut sind, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Gal lium, Indium und Stickstoff besteht;
einer n-Typ-Region (44) aus n-Typ-Epitaxieschichten, die mit der ersten Region (46) gekoppelt ist, wobei die n-Typ-Epitaxieschichten aus zumindest einem Ele ment aufgebaut sind, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Gallium, Indium und Stickstoff besteht;
einer optoelektronisch aktiven Region (38), die mit der n-Typ-Region gekoppelt ist; und
einer p-Typ-Region (40) aus p-Typ-Epitaxieschichten, die mit der aktiven Region (38) gekoppelt ist, wobei die p-Typ-Epitaxieschichten aus zumindest einem Ele ment aufgebaut sind, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Gallium, Indium und Stickstoff besteht,
wobei die erste Region (46), die n-Typ-Region (44), die aktive Region (38) und die p-Typ-Region (40) eine Gesamtdicke von zumindest 4 µm aufweisen, wobei die Gesamtdicke eine erhöhte Extraktion von Licht, das von der aktiven Region (38) durch Seiten des lichtemittie renden Diodenbauelements emittiert wird, bewirkt.
einem Substrat (34);
einer ersten Region (46) aus undotierten Epitaxie schichten, die benachbart zu dem Substrat (34) ange ordnet sind, wobei die undotierten Epitaxieschichten aus zumindest einem Element aufgebaut sind, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Gal lium, Indium und Stickstoff besteht;
einer n-Typ-Region (44) aus n-Typ-Epitaxieschichten, die mit der ersten Region (46) gekoppelt ist, wobei die n-Typ-Epitaxieschichten aus zumindest einem Ele ment aufgebaut sind, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Gallium, Indium und Stickstoff besteht;
einer optoelektronisch aktiven Region (38), die mit der n-Typ-Region gekoppelt ist; und
einer p-Typ-Region (40) aus p-Typ-Epitaxieschichten, die mit der aktiven Region (38) gekoppelt ist, wobei die p-Typ-Epitaxieschichten aus zumindest einem Ele ment aufgebaut sind, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Gallium, Indium und Stickstoff besteht,
wobei die erste Region (46), die n-Typ-Region (44), die aktive Region (38) und die p-Typ-Region (40) eine Gesamtdicke von zumindest 4 µm aufweisen, wobei die Gesamtdicke eine erhöhte Extraktion von Licht, das von der aktiven Region (38) durch Seiten des lichtemittie renden Diodenbauelements emittiert wird, bewirkt.
18. Bauelement gemäß Anspruch 17, bei dem die erste Region
(46), die n-Typ-Region (44), die aktive Region (38)
und die p-Typ-Region (40) derart konfiguriert sind,
daß die Gesamtdicke zumindest 7 µm beträgt.
19. Bauelement gemäß Anspruch 17 oder 18, bei dem die er
ste Region (46), die n-Typ-Region (44), die aktive Re
gion (38) und die p-Typ-Region (40) derart konfigu
riert sind, daß die Gesamtdicke zumindest 15 µm be
trägt.
20. Bauelement gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, bei
dem die erste Region (46) der undotierten Epitaxie
schichten derart konfiguriert ist, daß die erste Re
gion eine Dicke von mehr als 3 µm aufweist.
21. Bauelement gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, bei
dem die erste Region (46) der undotierten Epitaxie
schichten derart konfiguriert ist, daß die erste
Region (46) eine Dicke von mehr als 7 µm aufweist.
22. Bauelement gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, bei
dem das Substrat (34) derart konfiguriert ist, daß die
Oberfläche des Substrats, die mit der ersten Region
(46) gekoppelt ist, eine texturierte Oberfläche ist,
wobei die texturierte Oberfläche des Substrats eine
zufällige Verteilung des emittierten Lichts, das auf
die texturierte Oberfläche einfällt, erleichtert.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: LUMILEDS LIGHTING, U.S., LLC, SAN JOSE, CALIF., US |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: PHILIPS LUMILEDS LIGHTING COMPANY,LLC, SAN JOS, US |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: LUMILEDS HOLDING B.V., NL Free format text: FORMER OWNER: PHILIPS LUMILEDS LIGHTING COMPANY, LLC, SAN JOSE, CALIF, US |
|
R082 | Change of representative | ||
R071 | Expiry of right |