DE102006051745A1 - LED-Halbleiterkörper und Verwendung eines LED-Halbleiterkörpers - Google Patents

LED-Halbleiterkörper und Verwendung eines LED-Halbleiterkörpers Download PDF

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Abstract

Die Erfindung beschreibt einen LED-Halbleiterkörper mit mindestens einer ersten strahlungserzeugenden aktiven Schicht und mindestens einer zweiten strahlungserzeugenden aktiven Schicht, die in vertikaler Richtung über die erste aktive Schicht gestapelt und mit der ersten aktiven Schicht in Serie gese zweite aktive Schicht mittels einer Kontaktzone elektrisch leitend verbunden sind. Ferner beschreibt die Erfindung verschiedene Verwendungen des LED-Halbleiterkörpers.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen LED-Halbleiterkörper und die Verwendung eines LED-Halbleiterkörpers.
  • Für optische Anwendungen wie Prokjektionsanwendungen oder Displayhinterleuchtungen ist eine hohe Leuchtdichte wünschenswert. Bei herkömmlichen LED-Halbleiterkörpern hängt die erzeugte Strahlungsmenge von der Stromstärke ab, mit der der LED-Halbleiterkörper betrieben wird. Allerdings sollte die Stromdichte in der aktiven Schicht eine vom jeweils verwendeten Materialsystem abhängige maximale Stromdichte nicht überschreiten, da anderenfalls die Gefahr besteht, dass übermäßige Alterungseffekte die Lebensdauer des LED-Halbleiterkörpers nachteilig verkürzen.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen LED-Halbleiterkörper mit einer erhöhten Leuchtdichte anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch einen LED-Halbleiterkörper gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verwendungen eines LED-Halbleiterkörpers mit einer erhöhten Leuchtdichte anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch Verwendungen gemäß den Patentansprüchen 36 bis 39 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein erfindungsgemäßer LED-Halbleiterkörper weist mindestens eine erste strahlungserzeugende aktive Schicht und mindestens eine zweite strahlungserzeugende aktive Schicht auf, die in vertikaler Richtung über die erste aktive Schicht gestapelt und mit der ersten aktiven Schicht in Serie geschaltet ist, wobei die erste aktive Schicht und die zweite aktive Schicht mittels einer Kontaktzone elektrisch leitend verbunden sind.
  • Vorliegend ist unter der Kontaktzone ein Bereich von vergleichsweise guter elektrischer Leitfähigkeit zu verstehen, wobei die Kontaktzone bevorzugt tunnelkontaktfrei ausgeführt ist und somit keinen Tunnelübergang darstellt. Überdies wird bei dem erfindungsgemäßen LED-Halbleiterkörper für einen Ladungsträgertransfer zwischen der ersten und der zweiten aktiven Schicht kein Tunnelübergang benötigt. Dies hat den Vorteil, dass der LED-Halbleiterkörper auch aus Materialien hergestellt werden kann, mit denen ein Tunnelübergang epitaktisch relativ schwer realisierbar ist. Zwar könnten die aktiven Schichten parallel geschaltet werden, so dass ein Tunnelübergang überflüssig wäre, jedoch hätte eine Parallelschaltung den Nachteil, dass bei unterschiedlichen Serienwiderständen nicht oder nur mit erheblichem Zusatzaufwand der gleiche Strom in die beiden aktiven Schichten injiziert werden könnte. Vorteilhafterweise ist es erfindungsgemäß möglich, mittels der Kontaktzone für einen ausreichenden Ladungsträgertransfer zwischen der ersten und der zweiten aktiven Schicht zu sorgen und ferner mittels der Serienschaltung den gleichen Strom in die beiden aktiven Schichten zu injizieren.
  • Bei der vorliegenden Serienschaltung sind die pn-Übergänge der aktiven Schichten vorzugsweise gleichsinnig angeordnet, so dass sie eine pn-pn- bzw. np-np-Strukur bilden. Es versteht sich, dass bei mehr als zwei aktiven Schichten eine pn-...-pn- bzw. np-...-np-Strukur bevorzugt ist.
  • Außer einem einfachen pn-Übergang können die aktiven Schichten eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW) aufweisen. Beispiele für MQW-Strukturen sind in den Druckschriften WO 01/39282 , WO 98/31055 , US 5,831,277 , EP 1 017 113 und US 5,684,309 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt die MQW-Strukturen betreffend hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
  • Im Rahmen der Erfindung sind insbesondere zwei Anordnungen der Kontaktzone bevorzugt. Gemäß einer ersten Anordnung ist die Kontaktzone an einer Seitenflanke des Halbleiterkörpers angeordnet. Gemäß einer zweiten Anordnung ist die Kontaktzone zwischen der ersten aktiven Schicht und der zweiten aktiven Schicht in den LED-Halbleiterkörper integriert.
  • Da die erste aktive Schicht und die zweite aktive Schicht in Serie geschaltet sind, verbindet die Kontaktzone bei gleichsinniger Anordnung der aktiven Schichten zweckmäßigerweise eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Vorzugsweise ist der ersten aktiven Schicht in vertikaler Richtung die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps nachgeordnet, während die Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps in vertikaler Richtung zwischen der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und der zweiten aktiven Schicht angeordnet ist. Beispielsweise kann die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps eine p-dotierte Halbleiterschicht und die Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps eine n-dotierte Halbleiterschicht sein. Alternativ kann die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps eine n-dotierte Halbleiterschicht und die Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps eine p-dotierte Halbleiterschicht sein. Dies hängt von der Anordnung der pn-Übergänge der aktiven Schichten ab.
  • Zur Verbesserung des Ladungsträgertransfers bei einem Halbleiterkörper, dessen Kontaktzone an der Seitenflanke angeordnet ist, können die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und die Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps einen Tunnelübergang bilden, der zusätzlich zur Kontaktzone den Ladungsträgertransfer unterstützt. Insbesondere können die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und die Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps hierfür hochdotiert sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps einen ersten von Halbleitermaterial unbedeckten Freibereich auf. Weiter bevorzugt weist die Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps einen zweiten von Halbleitermaterial unbedeckten Freibereich auf. Insbesondere kann die Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps gegenüber dem restlichen Halbleiterkörper hervorstehen, während die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps gegenüber der Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps hervorsteht. Somit kann die Form des Halbleiterkörpers zwischen der ersten aktiven Schicht und der zweiten aktiven Schicht im Querschnitt zumindest an einer Seitenflanke einer Stufenform entsprechen. Es sei darauf hingewiesen, dass der LED-Halbleiterkörper eine Schichtenfolge aus Schichten aufweist, von denen zumindest ein Teil ein Halbleitermaterial enthält. Vorliegend ist unter dem von Halbleitermaterial unbedeckten Freibereich ein Bereich zu verstehen, der von einem für die Schichten der Schichtenfolge verwendeten Halbleitermaterial unbedeckt ist.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Variante erstreckt sich die Kontaktzone vom ersten Freibereich zum zweiten Freibereich. Insbesondere kann die Kontaktzone eine Kontaktschicht sein. Beispielsweise kann die Kontaktschicht den ersten Freibereich und den zweiten Freibereich zumindest teilweise bedecken.
  • Für die Kontaktzone verwendete Materialien beziehungsweise Abmessungen der Kontaktzone werden vorzugsweise in Abhängigkeit von der Querleitfähigkeit der Schichten ausgewählt, welche die Kontaktzone elektrisch leitend verbindet. Zum Beispiel weist eine p-dotierte GaN-Schicht eine relativ geringe Querleitfähigkeit auf, weshalb die Kontaktzone in diesem Fall vergleichsweise großflächig ausgebildet werden sollte beziehungsweise ein Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit enthalten sollte.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des LED-Halbleiterkörpers enthält die Kontaktzone ein metallisches Material. Eine derartige Kontaktzone zeichnet sich durch eine vergleichsweise gute elektrische Leitfähigkeit aus. Vorteilhafterweise erleichtert dies den Ladungsträgertransfer zwischen der ersten aktiven Schicht und der zweiten aktiven Schicht.
  • Bei einer alternativen oder weitergehenden Ausgestaltung des LED-Halbleiterkörpers kann die Kontaktzone aus einem TCO (Transparent Conductive Oxide) wie Indiumoxid, Zinnoxid, Indiumzinnoxid (ITO) oder Zinkoxid gebildet sein. Vorteilhaferweise ist eine Kontaktzone, die ein TCO enthält, strahlungsdurchlässig, so dass die in einem Bereich unterhalb der Kontaktzone erzeugte Strahlung durch die Kontaktzone aus dem Halbleiterkörper ausgekoppelt werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste und die zweite aktive Schicht in dem Halbleiterkörper monolithisch integriert. Hierbei können die erste und die zweite aktive Schicht in einem gemeinsamen Herstellungsschritt hergestellt werden.
  • Weiterhin kann der Halbleiterkörper bei der Erfindung ein Dünnfilm-Halbleiterkörper sein. Ist der Halbleiterkörper aus vorgefertigten Schichtenstapeln zusammengesetzt, so können die einzelnen Schichtenstapel Dünnfilm-Halbleiterkörper sein. Ein Dünnfilm-Halbleiterkörper zeichnet sich insbesondere durch mindestens eines der folgenden charakteristischen Merkmale aus:
    • – an einer zu einem Trägerelement hin gewandten ersten Hauptfläche einer strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
    • – die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μm auf; und
    • – die Epitaxieschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer
    annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
  • Ein Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174-2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
  • Ein Dünnfilm-Halbleiterkörper ist in guter Näherung ein Lambert'scher Oberflächenstrahler und eignet sich von daher besonders gut für Projektionsanwendungen.
  • Wie bereits erwähnt ist die Kontaktzone bei der zweiten Anordnung zwischen der ersten aktiven Schicht und der zweiten aktiven Schicht in den LED-Halbleiterkörper integriert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Halbleiterkörper einen ersten Schichtenstapel auf, der die erste aktive Schicht umfasst, und einen zweiten Schichtenstapel, der die zweite aktive Schicht umfasst. Besonders bevorzugt ist die Kontaktzone bei dieser Ausgestaltung zwischen dem ersten Schichtenstapel und dem zweiten Schichtenstapel eingebettet.
  • Der erste Schichtenstapel weist insbesondere zusätzlich zur ersten aktiven Schicht eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und der zweite Schichtenstapel zusätzlich zur zweiten aktiven Schicht eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Schichtenstapel aus zwei einzelnen Wafern hergestellt. Die Wafer können zur Herstellung des erfindungsgemäßen Halbleiterkörpers derart aufeinander gebondet werden, dass die Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und die Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps einander zugewandt sind.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist die Kontaktzone zwischen der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet. Somit ist die Kontaktzone im Hauptstrahlengang des Halbleiterkörpers angeordnet, während bei der ersten Anordnung die Kontaktzone insbesondere außerhalb des Hauptstrahlengangs angeordnet ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kontaktzone eine Kontaktschicht.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist die Kontaktzone mindestens einen ersten Bereich und mindestens einen zweiten Bereich auf. Besonders bevorzugt ist der zweite Bereich elektrisch leitend. Der erste Bereich kann elektrisch leitend oder isolierend sein. Beispielsweise kann die Kontaktzone einen zweiten Bereich in Form eines Kontaktpads oder langgestreckten Kontaktstegs aufweisen, wobei ein den zweiten Bereich umgebendes Material den ersten Bereich bildet. Der zweite Bereich ist vorteilhafterweise derart angeordnet, dass er eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Schichtenstapel herstellt. Insbesondere kann der zweite Bereich ein metallisches Material enthalten. Der zweite Bereich ist vorzugsweise auf einer dem gegenüberliegenden Schichtenstapel zugewandten Oberfläche des ersten oder zweiten Schichtenstapels aufgebracht. Alternativ kann jeder Schichtenstapel mindestens einen zweiten Bereich aufweisen, der derart angeordnet ist, dass jeweils zwei zweite Bereiche beim Aufeinanderstapeln der beiden Schichtenstapel aufeinander zum Liegen kommen.
  • Zweckmäßigerweise enthält die Kontaktzone ein Material, das für die von der ersten und/oder zweiten aktiven Schicht erzeugte Strahlung durchlässig ist. Somit sind durch die im Hauptstrahlengang angeordnete Kontaktzone keine wesentlichen Strahlungsverluste zu befürchten.
  • Die Kontaktzone kann ein TCO enthalten. Weiterhin kann die Kontaktzone ein Haftmittel enthalten.
  • Ferner kann auf der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps eine erste Verbindungsschicht und auf der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps eine zweite Verbindungsschicht aufgebracht sein. Die Verbindungsschichten können insbesondere dafür vorgesehen sein, den Ladungsträgertransfer zwischen den Schichtenstapeln weiter zu verbessern. Vorzugsweise enthalten die Verbindungsschichten ein strahlungsdurchlässiges und elektrisch leitendes Material wie TCO. Besonders bevorzugt ist die Kontaktzone zwischen der ersten Verbindungsschicht und der zweiten Verbindungsschicht angeordnet.
  • Weiterhin ist mittels der Kontaktzone zwischen dem ersten und zweiten Schichtenstapel mit Vorteil eine mechanische Verbindung hergestellt.
  • Bevorzugterweise erzeugen die erste und die zweite aktive Schicht Strahlung gleicher Wellenlänge. Vorteilhafterweise wird so gegenüber herkömmlichen LED-Halbleiterkörpern die Strahlungsmenge erhöht.
  • Weiter bevorzugt erfolgt die Hauptabstrahlung des LED-Halbleiterkörpers in vertikaler Richtung. Insbesondere erfolgt die Hauptabstrahlung innerhalb eines vergleichsweise eingeengten Raumwinkels, so dass die Leuchtdichte vorteilhaft erhöht ist. Die Leuchtdichte ist die optische Leistung pro Emissionsfläche des Halbleiterkörpers und Raumwinkelelement.
  • Besonders bevorzugt durchstrahlt die von der ersten aktiven Schicht erzeugte Strahlung die zweite aktive Schicht. Dies ist insbesondere in Kombination mit einer Reflexionsschicht, die zur Reflexion der von den aktiven Schichten erzeugten Strahlung in vertikaler Richtung vorgesehen sein kann, von Vorteil. Denn im Gegensatz zu aktiven Schichten, die Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen erzeugen, hat hierbei die Absorption von reflektierter Strahlung durch die jeweils andere aktive Schicht auf die emittierte Gesamtstrahlung keine nachteilige Auswirkung.
  • Gemäß einer Variante enthält der Halbleiterkörper, vorzugsweise eine der beiden aktiven Schichten oder beide aktive Schichten, AlnGamIn1-n-mP, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist.
  • Gemäß einer weiteren Variante enthält der Halbleiterkörper, vorzugsweise eine der beiden aktiven Schichten oder beide aktive Schichten, AlnGamIn1-n-mAs, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist.
  • Gemäß einer weiteren Variante enthält der Halbleiterkörper, vorzugsweise eine der beiden aktiven Schichten oder beide aktive Schichten, AlnGamIn1-n-mN, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist.
  • Der erfindungsgemäße LED-Halbleiterkörper kann mit Vorteil für ein strahlungsemittierendes Bauelement verwendet werden, denn mittels des LED-Halbleiterkörpers können hohe Leuchtdichten bei vergleichsweise geringer Bauteilgröße erzielt werden.
  • Weiterhin kann der erfindungsgemäße LED-Halbleiterkörper beziehungsweise das strahlungsemittierende Bauelement, das den erfindungsgemäßen LED-Halbleiterkörper aufweist, insbesondere zur Allgemeinbeleuchtung, zur Hinterleuchtung, beispielsweise von Displays, oder für Projektionsanwendungen verwendet werden.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend in Verbindung mit den 1 bis 4 erläuterten Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen LED-Halbleiterkörpers,
  • 2 eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen LED-Halbleiterkörpers,
  • 3 eine schematische Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen LED-Halbleiterkörpers,
  • 4 eine schematische Querschnittsansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen LED-Halbleiterkörpers.
  • Der in 1 dargestellte LED-Halbleiterkörper 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel weist eine erste strahlungserzeugende aktive Schicht 2 und eine zweite strahlungserzeugende aktive Schicht 3 auf, wobei die aktiven Schichten in vertikaler Richtung, das heißt parallel zu einer Abstrahlrichtung und senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schichten übereinander angeordnet sind. Zwischen den aktiven Schichten 2, 3 sind eine erste Halbleiterschicht 5 eines ersten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise einer p-leitende Halbleiterschicht, und eine zweite Halbleiterschicht 6 eines zweiten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise eine n-leitende Halbleiterschicht, angeordnet.
  • Durch die Anordnung der beiden aktiven Schichten 2, 3 in dem LED-Halbleiterkörper 1 wird vorteilhafterweise die insgesamt erzeugte Strahlungsmenge erhöht. Da sich die Abmessungen des LED-Halbleiterkörpers 1 gegenüber einem LED-Halbleiterkörper mit nur einer einzigen aktiven Schicht nur unmaßgeblich ändern und insbesondere der Querschnitt des LED-Halbleiterkörpers von der Zahl der aktiven Schichten unabhängig ist, wird weitergehend auch die Leuchtdichte vorteilhaft erhöht.
  • Der Halbleiterkörper 1 weist eine Kontaktzone 4 auf, welche die Halbleiterschicht 5 mit der Halbleiterschicht 6 elektrisch leitend verbindet. Vorzugsweise ist der Halbleiterkörper 1 an zumindest einer Seitenflanke derart bearbeitet, dass ein Teil der Halbleiterschicht 5 und der Halbleiterschicht 6 freigelegt sind, wodurch ein erster von Halbleitermaterial unbedeckter Freibereich 9 und ein zweiter von Halbleitermaterial unbedeckter Freibereich 10 gebildet sind. Die Kontaktzone 4 erstreckt sich vom ersten Freibereich 9 zum zweiten Freibereich 10 und bedeckt diese zumindest teilweise. Die Kontaktzone 4 kann ein Metall, eine Metallverbindung oder ein strahlungsdurchlässiges Oxid (TCO) wie ITO enthalten.
  • Ferner können zur Verbesserung der elektrischen Verbindung die beiden Halbleiterschichten 5, 6 hochdotiert ausgeführt sein, so dass im Betrieb ein effizienter Tunnelübergang mit einem geringen elektrischen Übergangswiderstand entsteht.
  • Der LED-Halbleiterkörper 1 weist einen Rückseitenkontakt 7 auf, welcher den aktiven Schichten 2 und 3 in vertikaler Richtung vorgelagert ist. Ferner weist der LED-Halbleiterkörper 1 einen Vorderseitenkontakt 8 auf, welcher den aktiven Schichten 2 und 3 in vertikaler Richtung nachgeordnet ist. Somit wird ein vertikal leitfähiges Bauelement gebildet, das sich durch eine vergleichsweise homogene Stromverteilung innerhalb des LED-Halbleiterkörpers 1 auszeichnet.
  • Weitergehend kann der Halbleiterkörper 1 auf der Seite des Rückseitenkontakts 7 auf einem Trägerelement (nicht dargestellt) angeordnet sein. Hierbei enthält das Trägerelement vorzugsweise ein elektrisch leitendes Material. Beispielsweise kann der Halbleiterkörper 1 ein Dünnfilm-Halbleiterkörper sein. In diesem Fall wird der LED-Halbleiterkörper 1 insbesondere auf einem vom Trägerelement verschiedenen Aufwachssubstrat aufgewachsen und nachfolgend auf das Trägerelement montiert, was beispielsweise mittels Löten, Bonden oder Kleben geschehen kann, wobei vorzugsweise das Aufwachssubstrat von dem LED-Halbleiterkörper abgelöst ist. Der Rückseitenkontakt 7 kann gleichzeitig als Spiegel dienen, so dass Strahlungsanteile, welche auf den Rückseitenkontakt 7 auftreffen, in vertikaler Richtung, das heißt in diesem Fall in Richtung einer Strahlungsauskoppelseite des LED-Halbleiterkörpers 1, reflektiert werden.
  • Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die aktiven Schichten 2 und 3 im Halbleiterkörper 1 vorzugsweise monolithisch integriert. Hingegen werden bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ein einzelner erster Schichtenstapel I umfassend die aktive Schicht 2 und ein einzelner zweiter Schichtenstapel II umfassend die aktive Schicht 3 miteinander verbunden, um den LED-Halbleiterkörper 1 zu erhalten. Der Herstellungsschritt des Verbindens der beiden Schichtenstapel I und II wird durch die Pfeile symbolisiert.
  • Auf dem Schichtenstapel I ist eine Kontaktschicht angeordnet, die nach dem Verbinden der beiden Schichtenstapel I und II die Kontaktzone 4 bildet. Alternativ kann die Kontaktschicht auf dem Schichtenstapel II angeordnet sein. Die Kontaktzone 4 ist nachfolgend zwischen der ersten aktiven Schicht 2 und der zweiten aktiven Schicht 3 in den LED-Halbleiterkörper 1 integriert. Die Kontaktschicht enthält ein elektrisch leitendes Material. Ferner ist die Kontaktschicht für die Strahlung der aktiven Schicht 2 und/oder der aktiven Schicht 3 durchlässig. Vorzugsweise enthält die Kontaktschicht ein Haftmittel, so dass die beiden Schichtenstapel I und II mittels der Kontaktschicht mechanisch verbunden sind.
  • Auf den Schichtenstapel I kann ein Rückseitenkontakt 7 aufgebracht sein, während auf dem Schichtenstapel II ein Vorderseitenkontakt 8 ausgebildet sein kann. Die Aufbringung der Kontakte kann vor oder nach dem Verbinden der beiden Schichtenstapel I und II erfolgen.
  • Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines LED-Halbleiterkörpers 1 sind ebenfalls zwei Schichtenstapel I und II aufeinander angeordnet, wobei die Kontaktzone 4 zwischen den Schichtenstapeln I und II in den LED-Halbleiterkörper 1 integriert ist. Die Kontaktzone 4 weist einen ersten Bereich 4a und eine Mehrzahl von zweiten Bereichen 4b auf. Die zweiten Bereiche 4b sind in den ersten Bereich 4a eingebettet. Vorzugsweise sind die zweiten Bereiche 4b elektrisch leitend. Der Bereich 4a kann elektrisch leitend oder isolierend sein. Wie dargestellt können die zweiten Bereiche 4b in Form von Kontaktpads ausgebildet sein, wobei ein zweiter Bereich 4b auf dem Schichtenstapel I und ein anderer zweiter Bereich 4b auf dem Schichtenstapel II angeordnet ist. Die beiden Schichtenstapel I und II sind derart miteinander verbunden, dass die beiden Bereiche 4b aufeinander liegen. Mittels der zweiten Bereiche 4b sind die Schichtenstapel I und II miteinander elektrisch leitend verbunden. Ferner sind die aktiven Schichten 2 und 3 und die Kontaktzone 4 derart zueinander angeordnet, dass die aktiven Schichten 2 und 3 in Serie geschaltet sind.
  • Die beiden Schichtenstapel I und II können mittels der zweiten Bereiche 4b aufeinander gebondet sein. Zusätzlich kann der erste Bereich 4a ein Haftmittel enthalten, das die beiden Schichtenstapel I und II mechanisch verbindet. Vorzugsweise ist der erste Bereich 4a für die von der aktiven Schicht 2 und/oder der aktiven Schicht 3 erzeugte Strahlung durchlässig.
  • Der in 4 dargestellte LED-Halbleiterkörper 1 weist einen ersten Schichtenstapel I und einen dem ersten Schichtenstapel I in vertikaler Richtung nachgeordneten zweiten Schichtenstapel II auf, wobei zwischen dem Schichtenstapel I und dem Schichtenstapel II die Kontaktzone 4 angeordnet ist. Die Kontaktzone 4 umfasst einen ersten Bereich 4a und einen zweiten Bereich 4b. Der erste Bereich 4a und der zweite Bereich 4b sind zwischen einer ersten Verbindungsschicht 4c und einer zweiten Verbindungsschicht 4d angeordnet. Vorzugsweise dienen die erste Verbindungsschicht 4c und die zweite Verbindungsschicht 4d zur Verbesserung des Ladungsträgertransfers zwischen den Schichtenstapeln I und II. Beispielsweise können die Verbindungsschichten 4c und 4d ein strahlungsdurchlässiges elektrisch leitendes Oxid (TCO) wie ITO enthalten. Besonders bevorzugt werden die Verbindungsschichten 4c und 4d vor dem Verbinden der beiden Schichtenstapel I und II auf den jeweiligen Schichtenstapel aufgebracht. Einer der beiden Schichtenstapel I und II wird ferner mit dem zweiten Bereich 4b, der insbesondere als Kontaktpad oder Kontaktsteg ausgebildet ist, versehen. Der zweite Bereich 4b enthält ein Material, insbesondere ein Metall, mit einem geringen elektrischen Widerstand, so dass ein vergleichsweise guter Stromfluss über die Kontaktzone 4 hinweg erfolgen kann. Der erste Bereich 4a enthält vorzugsweise ein Haftmittel, so dass die Schichtenstapel I und II insbesondere mittels des ersten Bereichs 4a mechanisch verbunden sind.
  • 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.

Claims (39)

  1. LED-Halbleiterkörper (1) mit mindestens einer ersten strahlungserzeugenden aktiven Schicht (2) und mindestens einer zweiten strahlungserzeugenden aktiven Schicht (3), die in vertikaler Richtung über die erste aktive Schicht (2) gestapelt und mit der ersten aktiven Schicht (2) in Serie geschaltet ist, wobei die erste aktive Schicht (2) und die zweite aktive Schicht (3) mittels einer Kontaktzone (4) elektrisch leitend verbunden sind.
  2. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 1, wobei die Kontaktzone (4) an einer Seitenflanke des LED-Halbleiterkörpers (1) angeordnet ist.
  3. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der ersten aktiven Schicht (2) in vertikaler Richtung eine Halbleiterschicht (5) eines ersten Leitfähigkeitstyps nachgeordnet ist.
  4. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 3, wobei zwischen der Halbleiterschicht (5) des ersten Leitfähigkeitstyps und der zweiten aktiven Schicht (3) eine Halbleiterschicht (6) eines zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist.
  5. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 4, wobei die Halbleiterschicht (5) des ersten Leitfähigkeitstyps und die Halbleiterschicht (6) des zweiten Leitfähigkeitstyps einen Tunnelübergang bilden.
  6. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Halbleiterschicht (5) des ersten Leitfähigkeitstyps einen ersten von Halbleitermaterial unbedeckten Freibereich (9) aufweist.
  7. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 6, wobei die Halbleiterschicht (6) des zweiten Leitfähigkeitstyps einen zweiten von Halbleitermaterial unbedeckten Freibereich (10) aufweist.
  8. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 7, wobei sich die Kontaktzone (4) vom ersten Freibereich (9) zum zweiten Freibereich (10) erstreckt.
  9. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 8, wobei die Kontaktzone (4) eine Kontaktschicht ist.
  10. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktzone (4) ein metallisches Material enthält.
  11. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktzone (4) ein TCO enthält.
  12. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste (2) und die zweite (3) aktive Schicht in dem Halbleiterkörper (1) monolithisch integriert sind.
  13. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ein Dünnfilm-Halbleiterkörper ist.
  14. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 1, wobei die Kontaktzone (4) zwischen der ersten aktiven Schicht (2) und der zweiten aktiven Schicht (3) in den LED-Halbleiterkörper (1) integriert ist.
  15. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 14, wobei ein erster Schichtenstapel (I) die erste aktive Schicht (2) und ein zweiter Schichtenstapel (II) die zweite aktive Schicht (3) umfasst.
  16. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Schichtenstapel (I, II) Dünnfilm-Halbleiterkörper sind.
  17. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 15 oder 16, wobei der erste Schichtenstapel (I) zusätzlich zu der ersten aktiven Schicht (2) eine Halbleiterschicht (5) eines ersten Leitfähigkeitstyps und der zweite Schichtenstapel (II) zusätzlich zu der zweiten aktiven Schicht (3) eine Halbleiterschicht (6) eines zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst.
  18. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 17, wobei die Kontaktzone (4) zwischen der Halbleiterschicht (5) des ersten Leitfähigkeitstyps und der Halbleiterschicht (6) des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist.
  19. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Kontaktzone (4) eine Kontaktschicht ist.
  20. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei die Kontaktzone (4) mindestens einen ersten Bereich (4a) und mindestens einen zweiten Bereich (4b) aufweist.
  21. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 20, wobei der zweite Bereich (4b) elektrisch leitend ist.
  22. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 21, wobei der zweite Bereich (4b) ein metallisches Material enthält.
  23. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei die Kontaktzone (4) ein Material enthält, das für die von der ersten (2) und/oder zweiten (3) aktiven Schicht erzeugte Strahlung durchlässig ist.
  24. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 23, wobei die Kontaktzone (4) ein TCO enthält.
  25. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 24, wobei die Kontaktzone (4) ein Haftmittel enthält.
  26. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 25, wobei auf der Halbleiterschicht (5) des ersten Leitfähigkeitstyps eine erste Verbindungsschicht (4c) und auf der Halbleiterschicht (6) des zweiten Leitfähigkeitstyps eine zweite Verbindungsschicht (4d) aufgebracht ist.
  27. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 26, wobei die Kontaktzone (4) zwischen der ersten Verbindungsschicht (4c) und der zweiten Verbindungsschicht (4d) angeordnet ist.
  28. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 26 oder 27, wobei die erste Verbindungsschicht (4c) und die zweite Verbindungsschicht (4d) ein TCO enthalten.
  29. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 28, wobei der erste Schichtenstapel (I) und der zweite Schichtenstapel (II) mittels der Kontaktzone (4) mechanisch verbunden sind.
  30. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste (2) und die zweite (3) aktive Schicht Strahlung gleicher Wellenlänge erzeugen.
  31. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Hauptabstrahlung in vertikaler Richtung erfolgt.
  32. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die von der ersten aktiven Schicht (2) erzeugte Strahlung die zweite aktive Schicht (3) durchstrahlt.
  33. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper (1), vorzugsweise eine der beiden aktiven Schichten (2, 3) oder beide aktive Schichten (2, 3), AlnGamIn1-n-mP enthält, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1.
  34. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 32, wobei der Halbleiterkörper (1), vorzugsweise eine der beiden aktiven Schichten (2, 3) oder beide aktive Schichten (2, 3), AlnGamIn1-n-mAs enthalten, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1.
  35. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 32, wobei der Halbleiterkörper (1), vorzugsweise eine der beiden aktiven Schichten (2, 3) oder beide aktive Schichten (2, 3), AlnGamIn1-n-mN enthalten, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1.
  36. Verwendung eines LED-Halbleiterkörpers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 35 für ein strahlungsemittierendes Bauelement.
  37. Verwendung eines LED-Halbleiterkörpers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 35 zur Allgemeinbeleuchtung.
  38. Verwendung eines LED-Halbleiterkörpers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 35 zur Hinterleuchtung, beispielsweise von Displays.
  39. Verwendung eines LED-Halbleiterkörpers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 35 für Projektionsanwendungen.
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