DE4218806A1 - Mesa-Lumineszenz-Halbleiterelement - Google Patents

Mesa-Lumineszenz-Halbleiterelement

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Description

Bei der Herstellung der Lumineszenz-Halbleiterelemente von Mesa-Lumineszenz-Dioden (Mesa-LEDs) - beispiels­ weise Infrarot-Dioden oder Grünlicht-emittierende Di­ oden - wird zur Bildung eines PN-Übergangs auf ein N-dotiertes Substrat eine P-dotierte Epitaxieschicht abgeschieden. Durch Grabenätzung werden die Mesastruk­ turen erzeugt, die Lumineszenz-Halbleiterelemente ent­ lang der Mesagräben vereinzelt und unter Verwendung eines Reflektors in ein Gehäuse eingebaut.
Bei Stromfluß durch die Lumineszenz-Halbleiterelemente wird Licht emittiert, wobei die vom Brechungsindex und von geometrischen Faktoren abhängige Austrittsoberflä­ che entscheidend für die Licht- bzw. Strahlungsausbeute ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mesa-Lumineszenz-Halbleiterelement gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 mit vergrößerter Lichtaus­ beute anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die in die Oberfläche der Epitaxieschicht, d. h. in die Mesa-Oberfläche eingebrachten Vertiefungen entsprechen in ihrer Funktionsweise "Mikroreflektoren", die die Oberfläche der Epitaxieschicht vergrößern. Daher steht gegenüber konventionellen Lumineszenz-Halbleiterelemen­ ten mehr Oberfläche für den Licht- bzw. Strahlungsaus­ tritt zur Verfügung, die Austrittswahrscheinlichkeit des Lichts bzw. der Strahlung steigt an, so daß bei einem bestimmten Stromfluß mehr Licht bzw. Strahlung aus der LED austreten kann.
Die Vertiefungen werden in flächiger Verteilung vor­ zugsweise jeweils unmittelbar aneinandergrenzend ange­ ordnet und befinden sich überwiegend im Randbereich der Mesa-Oberfläche, wo sie sich bis an den Rand der Me­ saflanke erstrecken. Hergestellt werden die Vertiefun­ gen (beispielsweise Löcher/Ätzgruben oder Rillen) durch physikalisches oder chemisches Abtragen der Oberfläche der Epitaxieschicht; beispielsweise können sie durch chemische Ätzung mittels einer Maske in die Epitaxie­ schicht eingebracht werden, wobei die Tiefe der "Reflektoren" abhängig von der Geometrie der Maske ist. Durch die Vergrößerung der Lichtausbeute kann die Struktur der LEDs verkleinert werden, wodurch die Her­ stellung der LEDs billiger wird.
Weiterhin soll die Erfindung anhand des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels be­ schrieben werden.
Die Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht und die Fig. 2 im Schnitt ein vereinzeltes Mesa-Lumines­ zenz-Halbleiterelement, bei dem auf einem N-dotierten Substrat 1 eine P-dotierte Epitaxieschicht 2 zur Bil­ dung des PN-Übergangs 3 angeordnet ist. In der Mitte der Epitaxieschicht 2 ist auf deren Oberfläche 4 ein Metallisierungsfleck 8 vorgesehen, auf dem ein Bond­ draht 7 zur Kontaktierung des Lumineszenz-Halbleiter­ elements angebracht ist; vom Metallisierungsfleck 8 weg erstrecken sich auf der Oberfläche 4 der Epitaxie­ schicht 2 Metallisierungsfinger 9, die zur großflächi­ gen Kontaktierung des Lumineszenz-Halbleiterelements dienen. In die Oberfläche 4 der Epitaxieschicht 2 sind - abgesehen vom Bereich des Metallisierungsflecks 8 und der Metallisierungsfinger 9 - ganzflächig Vertiefun­ gen 5 eingebracht, die halbkugelförmige Gestalt besit­ zen und bis zum äußeren Rand der Epitaxieschicht 2, das heißt bis zur Mesaflanke 6 reichen.
Das N-dotierte Substrat - beispielsweise aus Gal­ lium-Phosphid - besitzt eine quaderförmige Gestalt mit der quadratischen Grundfläche von 290 µm × 290 µm und der Höhe (Substratdicke) von 265 µm, auf dem die Mesa­ struktur mit einer Mesa-Basisfläche von 260 µm × 260 µm, einer Mesahöhe von 15 µm und einem Me­ sawinkel von ca. 60° angeordnet ist. Die P-Epitaxieschicht 2 besteht beispielsweise aus Gal­ lium-Phosphid und ist in einer Dicke von beispielsweise 10 µm auf das N-Substrat 1 aufgebracht. Auf die Ober­ fläche 4 der Epitaxieschicht 2 ist im Zentrum der Me­ tallisierungsfleck 8 mit einem Durchmesser von 100 µm aufgebracht; von diesem aus erstrecken sich vier Metal­ lisierungsfinger 9 mit jeweils 25 µm Länge, wobei die äußeren Enden der Metallisierungsfinger 9 jeweils 140 µm voneinander entfernt sind. In die Oberfläche 4 der Epitaxieschicht 2 werden mittels einer strukturier­ ten Maske durch einen chemischen Ätzprozeß ca. 80 Vertiefungen mit einem Durchmesser von 6 µm und einer Tiefe von 3 µm ganzflächig aufgebracht.
Abweichend von dem vorgestellten Ausführungsbeispiel können jedoch Anzahl, Geometrie, Tiefe und Anordnung der Vertiefungen sowie das Herstellungsverfahren je nach gewünschtem Anwendungsfall bzw. Verwendungszweck variabel gewählt werden.

Claims (9)

1. Mesa-Lumineszenz-Halbleiterelement mit einem N-dotierten Substrat (1), auf dem zur Bildung eines PN-Übergangs (3) eine P-dotierte Epitaxieschicht (2) abgeschieden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Oberfläche (4) der Epitaxieschicht (2) in flächiger An­ ordnung Vertiefungen (5) eingebracht sind.
2. Lumineszenz-Halbleiterelement nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (5) im we­ sentlichen im Randbereich der Epitaxieschicht (2) ange­ ordnet sind.
3. Lumineszenz-Halbleiterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (5) bis an die Mesaflanke (6) reichen.
4. Lumineszenz-Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefun­ gen (5) jeweils unmittelbar aneinandergrenzen.
5. Lumineszenz-Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefun­ gen (5) im wesentlichen eine halbkugelförmige Gestalt aufweisen.
6. Lumineszenz-Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefun­ gen (5) als Streifen/Rillen ausgebildet sind.
7. Lumineszenz-Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefun­ gen (5) durch chemischen oder physikalischen Abtrag in die Oberfläche (4) der Epitaxieschicht (2) eingebracht sind.
8. Lumineszenz-Halbleiterelement nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (5) mittels chemischem Maskenätzen in die Epitaxieschicht (2) ein­ gebracht sind.
9. Lumineszenz-Halbleiterelement nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Vertiefun­ gen (5) abhängig von der Geometrie der Maske gewählt ist.
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