DE19911701B4

DE19911701B4 - Licht-emittierende AlGaInP-Bauelemente mit dünnen aktiven Schichten

Info

Publication number: DE19911701B4
Application number: DE19911701A
Authority: DE
Inventors: Nathan F. San Jose Gardner; Fred A. San Jose Kish; Herman C. Sunnyvale Chui; Stephen A. Morgan Hill Stockman; Michael R. Mountain View Krames; Gloria E. Sunnyvale Hofler; Christopher Palo Alto Kocot; Nicolas J. La Honda Moll
Original assignee: Philips Lumileds Lighing Co LLC
Current assignee: Lumileds Holding BV
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: KR100734638B1; GB2339965A; DE19911701A1; US20010020703A1; US7087941B2; US20020127751A1; JP2000058906A; KR20000011917A; TW410485B; GB9917437D0

Abstract

Licht-emittierendes Bauelement mit folgenden Merkmalen:
einem Halbleitersubstrat mit einem ersten Leitfähigkeitstyp;
Bauelementschichten, die auf dem Halbleitersubstrat gebildet sind, mit einem Gesamtabsorptionsgrad, die folgende Schichten umfassen:
eine untere Begrenzungsschicht (14A), die auf dem Substrat gebildet ist, aus einer AlGaInP-Legierung des ersten Leitfähigkeitstyps;
eine aktive Region aus AlGaInP (12) mit einem Absorptionsgrad von weniger als 0,2, die auf der unteren Begrenzungsschicht gebildet ist, wobei die aktive Region eine Dicke hat, die kleiner oder gleich 250 nm ist;
eine obere Begrenzungsschicht (14B), die auf der aktiven Region gebildet ist, aus einer AlGaInP-Legierung eines zweiten Leitfähigkeitstyps;
eine AlGaInP-Rücksetzschicht (16), die zwischen der aktiven Region (12) und der oberen Begrenzungsschicht (14B) angeordnet ist, wobei die AlGaInP-Rücksetzschicht (16) eine unbeabsichtigt dotierte Schicht durch Aufnahme von diffundierten Dotierungsmittelatomen von der oberen Begrenzungsschicht ist und eine Dicke größer als 550 nm aufweist; und
wobei der Absorptionsgrad der aktiven Region zumindest ein...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Licht-emittierendes Halbleiterbauelement, das unter Verwendung einer Verbindungshalbleiterschicht aus AlGaInP, um eine aktive Schicht zu bilden, und eines p-n-Übergangs, um Ladungsträger in diese aktive Schicht zu injizieren, auf einem Substrat gebildet ist, wobei die Dicke der aktiven Schicht und der anderen beteiligten Schichten ausgewählt ist, um den Wirkungsgrad der Lichtemission zu optimieren.
Licht-emittierende Dioden (LEDs) werden in vielen Anwendungen, die einen geringen Leistungsverbrauch, eine geringe Größe und eine hohe Zuverlässigkeit erfordern, verbreitet verwendet. Energieeffiziente Dioden, die Licht in den Regionen von gelb-grün bis rot des sichtbaren Spektrums emittieren, enthalten aktive Schichten, die aus einer AlGaInP-Legierung gebildet sind. Die herkömmliche AlGaInP-LED, die in 1 gezeigt ist, umfaßt ein Halbleitersubstrat, beispielsweise GaAs, eine untere Begrenzungsschicht, eine aktive Schicht und eine obere Begrenzungsschicht, die alle in einer ”Doppel-Heterostruktur”-Konfiguration angeordnet sind, gefolgt von einer optionalen Fensterschicht. Die Begrenzungsschichten bestehen aus einem transparenten Halbleiter und verbessern den ”inneren Quantenwirkungsgrad” der LED, der als der Bruchteil von Elektronen-Loch-Paaren in der aktiven Schicht, die rekombinieren und Licht emittieren, definiert ist. Die Fensterschicht, ebenfalls ein transparenter Halbleiter, erhöht die Verteilung des elektrischen Stroms über die aktive Schicht und erhöht den inneren Quantenwirkungsgrad der Diode.
Der innere Quantenwirkungsgrad einer AlGaInP-LED hängt unter anderem von der Dicke der aktiven Schicht und der Legie rungszusammensetzung derselben (die die Farbe des emittierten Lichts bestimmt) sowie der Legierungszusammensetzung der Begrenzungsschichten ab. 2a zeigt den inneren Quantenwirkungsgrad einer Absorptionssubstrat-AlGaInP-LED, wenn die Dicke der aktiven Schicht geändert wird. Der Wirkungsgrad der LED hängt von dem Grad ab, mit dem die Elektronen oder Löcher (abhängig davon, wer der Minoritätsträger ist) in der aktiven Schicht strahlend rekombinieren. Die Legierungszusammensetzungen und die Dotierungskonzentrationen der Begrenzungsschichten sind ausgewählt, um eine Potentialenergiebarriere zwischen der aktiven und den Begrenzungsschichten zu erzeugen. Ein relativ kleiner Bruchteil der injizierten Minoritätsträger besitzt ausreichend kinetische Energie, um die Barriere zu überwinden und aus der aktiven Schicht hinaus zu diffundieren. Wenn folglich die Dicke der aktiven Schicht geringer ist als die Diffusionslänge der Minoritätsträger, erhöht sich die Minoritätsträgerkonzentration durch das Vorliegen der Begrenzungsschichten (wenn dem Bauelement ein konstanter Strom zugeführt wird). Dies hat eine Zunahme des inneren Quantenwirkungsgrads zur Folge, da die Rate, mit der die Träger strahlend rekombinieren, mit der Trägerdichte zunimmt. Wenn die Dicke der aktiven Schicht größer ist als die Diffusionslänge, nimmt der innere Quantenwirkungsgrad ab, da die Begrenzungsschichten die Trägerdichte nicht erhöhen.
Obwohl die Begrenzungsschichtzusammensetzungen ausgewählt sind, um die Begrenzungsenergie zu maximieren, ist diese Energie bei dem AlGaInP-Materialsystem nicht groß genug, um vollständig zu verhindern, daß Ladungsträger aus der aktiven Schicht ”lecken”. Bei den Legierungen mit breitem Energieabstand, die für die Begrenzungsschichten verwendet werden ((Al_xGa_1-x)_0,5In_0,5P mit x > 0,55), tritt eine nicht-strahlende Rekombination mit einer hohen Rate auf, so daß Ladungsträger, die aus der aktiven Schicht entweichen, im wesentlichen verloren sind, weshalb der innere Quantenwirkungsgrad der LED leidet. Die Größe des Leckstroms ist durch die Legierungszusammensetzungen der aktiven Schicht und der benach barten Schichten sowie die resultierenden Unterschiede der Energieabstände derselben bestimmt. Wenn eine aktive Schicht mit einem breiteren Abstand verwendet ist, um Licht mit 590 nm zu erzeugen, ist die Trägerbegrenzung folglich schlechter, als wenn die aktive Schicht Licht mit 630 nm erzeugt, wenn die LED sonst identisch ist. Folglich werden Fachleute erkennen, daß LEDs nicht Licht von nur einer Wellenlänge emittieren. Die LED-Wellenlänge ist an dem Punkt der maximalen Photonenemission definiert. Die Rate, mit der Ladungsträger aus der aktiven Schicht entkommen, bezieht sich ferner auf die Konzentration von Ladungsträgern, die an der Grenzfläche zwischen der aktiven und den Begrenzungsschichten angeordnet sind. Diese Konzentration nimmt ab, wenn die Dicke der aktiven Schicht zunimmt. Werden diese zwei Effekte (Leckage und Trägerkonzentration) zusammengenommen, ändert sich die Dicke der aktiven Schicht für den höchsten inneren Quantenwirkungsgrad mit der Farbe des emittierten Lichts. Dies ist durch 2b dargestellt, die den Wirkungsgrad einer zweiten AlGaInP-LED, die bei einer kürzeren Wellenlänge emittiert, als eine Funktion der Dicke der aktiven Schicht zeigt. Da die Begrenzungsenergie geringer ist, ist eine optimale aktive Schicht dicker.
In dem US-Patent US 5,153,889 A ist gezeigt, daß, wenn die aktive Schicht einer Absorptionssubstrat-AlGaInP-LED dicker ist als die Diffusionslänge der injizierten Minoritätsträger, die Doppelheterostruktur keine zusätzliche Begrenzung der Elektronen und Löcher in der aktiven Schicht liefert. Wenn andererseits die aktive Schicht zu dünn ist (< 1500 Å, nach dem obigen US-Patent), ist die Trägerdichte in der aktiven Schicht so hoch, daß ein wesentlicher Bruchteil derselben in die Begrenzungsschichten entkommt. Für eine aktive p-Typ-Schicht mit einer Netto-Loch-Konzentration von etwa 5 × 10¹⁶ cm^–3 und einer Zusammensetzung der oberen Begrenzungsschicht (Al_0,7Ga_0,3)_0,5In_0,5P mit einer Netto-Loch-Konzentration von etwa 5 × 10¹⁷ cm^–3 ist die optimale Dicke der aktiven Schicht spezifiziert, um zwischen 1500 10^–10 m, und 7500 10^–10 m zu liegen. In dem US-Patent US 5,710,440 A ist gezeigt, daß bei einer oberen Begrenzungsschicht aus (Al_0,7Ga_0,3)_0,5In_0,5P mit einer Netto-Loch-Konzentration von etwa 3 × 10¹⁷ cm^–3 die optimale Dicke der aktiven Schicht für eine Absorptionssubstrat-LED in einem Bereich zwischen 1,1 μm und 1,3 μm liegt.
Eine weitere Möglichkeit, auf die der innere Quantenwirkungsgrad verbessert werden kann, speziell für LEDs, die mit einer kurzen Wellenlänge emittieren, sind Mehrquantentopf-Strukturen (MQW-Strukturen; MQW = Multi Quantum Well). Bei diesen Bauelementen findet die Lichtemission in mehreren (üblicherweise fünf oder mehr) dünnen aktiven Quantentopfschichten des Licht-emittierenden AlGaInP (die auch als ”Töpfe” bekannt sind) zwischen mehreren ”Barrieren”-Schichten einer anderen Legierungszusammensetzung aus AlGaInP, die für sichtbares Licht transparent sind, statt. Eine aktive Region besteht aus einer oder mehreren Licht-emittierenden Schichten. Für eine MQW-Struktur trennen optisch transparente Barrierenschichten mit höherem Bandabstand die aktiven Schichten. Die Gesamtdicke der aktiven Region ist die Summe der Dicken aller aktiven Schichten (Töpfe) und Barrieren. Die Gesamtdicke der aktiven Schicht ist die Summe der Dicken aller einzelnen Licht-emittierenden aktiven Schichten (Töpfe). Für ein Bauelement mit einer einzelnen Licht-emittierenden Schicht sind die Dicke der aktiven Schicht und der aktiven Region identisch. Um einen Quantentopf zu bilden (in dem die Ladungsträger Quantengrößeneffekte zeigen), muß die Dicke der Töpfe kleiner als 200 10^–10 m sein, was etwa die Länge der Wellenfunktion eines thermischen Elektrons in AlGaInP bei der effektiven Massennäherung ist. Die exakte Dicke hängt von der Legierungszusammensetzung der Quantentöpfe und der Barrieren ab. Wenn die Ladungsträger, die aus dem dünnen Quantentopf lecken, in einem zweiten oder dritten oder vierten, usw., Topf rekombinieren können, ist der innere Quantenwirkungsgrad der LED verbessert. Aus diesem Grund besitzen Quantentopf-LEDs typischerweise mehrere zehn Töpfe in der aktiven Region. Ferner wird die Gesamtdicke der Töpfe als die Dicke der aktiven Schicht beschrieben, da aus den Barrieren kein Licht emittiert wird. In dem US-Patent US 5,410,159 A ist ein Verfahren zum Bestimmen der optimalen Kombination aus Topfdicken und Anzahl von Töpfen, um eine Absorptionssubstrat-LED mit einem hohen Wirkungsgrad zu erzeugen, beschrieben. Die Verwendung von vierzig Töpfen einer Dicke von 50 10^–10 m (für eine Gesamtdicke der aktiven Schicht von 2000 10^–10 m) mit einer Legierungszusammensetzung (Al_0,3Ga_0,7)_0,5In_0,5P erreichten die Autoren einen äußeren Quantenwirkungsgrad von 2,7% bei einem Treiberstrom von 20 mA und einer Emissionswellenlänge von 575 nm. In dem US-Patent US 5,661,742 A ist ferner die Verwendung von aktiven MQW-Regionen beschrieben, obwohl die Autoren die äußeren Quantenwirkungsgrade, die sie erreichten, nicht spezifizieren.
Der innere Quantenwirkungsgrad ist ein Faktor, der den „äußeren Quantenwirkungsgrad” einer LED bestimmt, der als das Verhältnis der Anzahl von Photonen, die die LED verlassen, zu der Anzahl von Elektronen, die dieselbe durch die Kontakte betreten, definiert ist. Ein weiterer Faktor ist der „Extraktionswirkungsgrad”, der als der Bruchteil von in der aktiven Schicht erzeugten Photonen, die aus den Halbleiteroberflächen der LED entkommen und das umgebende Material betreten, definiert ist. Die optionale Fensterschicht verbessert den Extraktionswirkungsgrad, indem dieselbe ermöglicht, daß mehr Licht das Halbleitermaterial verläßt. Der Extraktionswirkungsgrad einer LED kann stark verbessert werden, indem die untere Begrenzungsschicht auf ein transparentes Substrat (TS), nicht ein absorbierendes, entweder aufgewachsen oder mechanisch angebracht wird. Der Extraktionswirkungsgrad von TS-AlGaInP-LEDs kann näherungsweise doppelt so hoch sein wie der von AS-AlGaInP-LEDs (AS = Absorptionssubstrat), was den äußeren Quantenwirkungsgrad der LED näherungsweise um einen Faktor von zwei erhöht.
Der Extraktionswirkungsgrad einer Transparentsubstrat-LED (TS-LED) wird durch das Vorliegen jeglicher Schichten in der LED reduziert, die einen Energieabstand aufweisen, der gleich oder kleiner als der der Licht-emittierenden Schichten ist. Der Grund dafür ist, daß ein bestimmter Teil des Lichts, der durch die aktive Schicht emittiert wird, durch die Absorptionsschichten fällt, bevor derselbe die LED verläßt. Typischerweise, jedoch nicht ausschließlich, sind Absorptionsschichten aus Legierungen von (Al_xGa_1-x)_0,5In_0,5P gebildet, wobei x > 0,55, oder von Al_yGa_1-yAs und verwandten Legierungen. Diese Schichten müssen zwischen der aktiven Schicht und der Fensterschicht und zwischen der unteren Begrenzungsschicht und dem Substrat angeordnet sein. Diese Absorptionsschichten sind enthalten, da dieselben die Anzahl von Fehlstellen oder anderen Defekten in der aktiven Schicht reduzieren, oder sind verwendet, um das LED-Herstellungsverfahren zu vereinfachen. Eine weitere Wirkung besteht darin, Bandversätze an Heterogrenzflächen zu reduzieren, die die Spannung senken, die an die Kontakte angelegt werden muß, um einen speziellen Strom durch die Diode zu treiben. Da die Absorptionsschichten dazu tendieren, Licht kürzerer Wellenlänge effektiver zu absorbieren als Licht längerer Wellenlänge, erleiden LEDs, die bei 590 nm emittieren, einen größeren Verhaltensnachteil aufgrund des Vorliegens dieser Schichten als LEDs, die bei 640 nm emittieren.
Eine Absorption in der aktiven Region reduziert ebenfalls den Extraktionswirkungsgrad. 3 ist ein Diagramm von Licht, das durch eine Transparentsubstrat-AlGaInP-LED fällt. Der Pfeil stellt das Licht dar, das durch die aktive Schicht emittiert wird, wenn ein elektrischer Strom über die Kontakte der LED an dem pn-Übergang injiziert wird. Dieser Lichtstrahl wird zu der Unterseite des Bauelements hin emittiert, wird von dem Rückseitenkontakt reflektiert und fällt erneut durch das Substrat, die untere Begrenzungsschicht und die aktive Schicht. Die aktive Schicht reabsorbiert einen Teil dieses Lichtstrahls, während derselbe durch dieselbe fällt, wie durch die Verdünnung der Linie, die den Lichtstrahl darstellt, angezeigt ist. Der Absorptionskoeffizient der aktiven Schicht ist typischerweise nicht so groß wie der der Schichten mit schmalem Abstand in der LED. Da jedoch Lichtstrahlen an den inneren Oberflächen der LED mehrmals reflektiert werden können (und mehrmals durch die aktive Schicht fallen), bevor dieselben entkommen, kann jedoch ein wesentlicher Bruchteil des emittierten Lichts in der aktiven Schicht absorbiert werden. Im Gegensatz dazu fällt Licht, das durch die aktive Schicht einer Absorptionssubstrat-LED emittiert wird, nur einmal durch die aktive Schicht, da Licht, das von einer inneren Oberfläche reflektiert wird, allgemein vollständig durch das Substrat absorbiert wird. Daher besitzt die Absorption in der aktiven Schicht einen geringen Einfluß auf den äußeren Quantenwirkungsgrad einer AS-LED.
Wenn Licht durch die aktive Schicht absorbiert wird (entweder eine einzelne Schicht oder eine Mehrzahl von Schichten, die in einer Mehrtopfkonfiguration angeordnet sind), werden Elektronen-Loch-Paare gebildet, die strahlend oder nicht-strahlend rekombinieren können. In aktiven AlGaInP-Schichten wird nur ein Bruchteil der absorbierten Photonen wieder emittiert. Dieser Bruchteil ist äquivalent zu dem inneren Quantenwirkungsgrad der aktiven Schicht und ist durch die Legierungszusammensetzung der aktiven Schicht (d. h. die Emissionswellenlänge der LED) und die Vorliebe von Elektronen-Loch-Paaren, durch kristalline Defekte oder Unreinheiten nicht-strahlend zu rekombinieren, bestimmt. Bei einer 590 nm-LED werden typischerweise 5 bis 50% der absorbierten Photonen durch die aktive Schicht wieder emittiert. Folglich sind 95 bis 50% des Lichts, das ursprünglich durch die aktive Schicht emittiert und nachfolgend durch dieselbe absorbiert wurde, unwiederbringlich verloren, was eine Abnahme des Extraktionswirkungsgrads und des äußeren Quantenwirkungsgrads des Bauelements zur Folge hat.
Gemäß dem Stand der Technik fokussierten sich Techniken zum Verbessern des Wirkungsgrads von AlGaInP-LEDs auf das Bestimmen der Dicke der aktiven Schicht, die den größten inneren Quantenwirkungsgrad zur Folge hat, und auf die Erhöhung des Extraktionswirkungsgrads der LED durch das Beseitigen des absorbierenden Substrats.
Die EP 0 702 414 A2 offenbart LED-Strukturen auf einem GaAsP-Substrat, auf dem eine Pufferschicht, eine Lichtreflexionsschicht, eine erste Mantel-Schicht, eine zweite Mantel-Schicht sowie eine aktive Schicht aufgebracht sind. Über der aktiven Schicht befindet sich eine dritte Mantel-Schicht und eine vierte Mantel-Schicht. Die erste Mantel-Schicht ist aus AlGaAs und hat eine Dicke von bis zu 15 μm. Die zweite Mantel-Schicht ist ebenfalls aus AlGaInP gebildet und hat eine Dicke von bis zu 0,5 μm. Die aktive Schicht hat eine Dicke von 0,1 bis 1 μm. Auf der aktiven Schicht ist die dritte Mantel-Schicht aufgebracht, die eine Dicke von bis zu 500 μm hat. Über der dritten Mantel-Schicht ist die vierte Mantel-Schicht aufgebracht, die eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 3 μm hat. Zur Vermeidung einer überschüssigen Dotierung wird die Dicke der AlGaInP-Mantel-Schicht soweit als möglich reduziert. Damit kann die Gesamtmenge an zu diffundierenden Unreinheiten reduziert werden. Damit kann wiederum die Trägerkonzentration der n-Typ Mantel-Schicht reduziert werden, so daß Verbesserungen der Kristallqualität und der Bauelementecharakteristika erreicht werden.
Das U.S.-Patent Nr. US 5,744,829 A umfaßt ein GaAs-Substrat, auf dem eine Pufferschicht und eine Reflexionsschicht aufgebracht sind. Eine LED umfaßt ferner eine aktive Region mit einer unteren Mantel-Schicht, einer oberen Mantel-Schicht sowie einer über der oberen Mantelding-Schicht angeordneten AlGaInP-Gradienten-Schicht, über der wiederum eine Stromdiffusionsschicht angebracht ist, auf der dann eine Kontaktschicht sowie ein ohmscher Kontakt aufgebracht sind. Die aktive Schicht hat eine Dicke von 500 μm, während die obere Mantel-Schicht eine Dicke von 1 μm hat, und während die untere Mantel-Schicht ebenfalls eine Dicke von 1 μm hat.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Licht-emittierende Diode mit einem erhöhten Wirkungsgrad zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Licht-emittierende Diode gemäß Anspruch 1 gelöst.
Der Extraktionswirkungsgrad einer TS-LED kann weiter verbessert werden, indem alle absorbierenden Schichten, einschließlich der aktiven Schicht, so dünn wie möglich gemacht werden. Jedoch haben bei AlGaInP-LEDs ultradünne aktive Schichten eine Abnahme des inneren Quantenwirkungsgrads der LED zur Folge. Eine optimale Dicke der aktiven Schicht wird die Wirkungen des zunehmenden Extraktionswirkungsgrads und des abnehmenden inneren Quantenwirkungsgrads gegeneinander abwägen. Folglich besitzt die TS-LED weder einen optimalen Extraktionswirkungsgrad noch einen optimalen inneren Quantenwirkungsgrad, wenn der äußere Quantenwirkungsgrad derselben maximiert ist.
Die vorliegende Erfindung ist eine LED, die eine aktive AlGaInP-Region aufweist, die eine Dicke der aktiven Schicht besitzt, die einen überlegenen äußeren Quantenwirkungsgrad in einer Transparentsubstrat-LED liefert, während Kompromisse zwischen η_innen (innerer Quantenwirkungsgrad) und η_Extraktion (Extraktionswirkungsgrad) berücksichtigt. Da η_innen eine Funktion vieler Eigenschaften ist, speziell der Zusammensetzung der aktiven Region und der Begrenzungsschichten, ist die optimale Dicke für einen speziellen AlGaInP-LED-Entwurf spezifisch. Die Dicke und die Anzahl von Schichten in der aktiven Region sind spezifiziert, um einen höheren äußeren Quantenwirkungsgrad zu liefern. Ferner ändert sich der äußere Quantenwirkungsgrad der LED mit einem verlängerten Betrieb nicht wesentlich. Spezifische Bereiche für die Dicke der aktiven Schicht, die Dicke der Begrenzungsschichten und weitere Zustände der beteiligten Elemente können den äußeren Quantenwirkungsgrad und die Herstellbarkeit erhöhen.
Die LED umfaßt Bauelementschichten, die auf einem Substrat eines ersten Leitfähigkeitstyps gebildet sind. Die Bauelementschichten besitzen einen Gesamtabsorptionsgrad (Gesamtabsorbanz). Diese Schichten umfassen eine untere Begrenzungsschicht aus einer AlGaInP-Legierung des ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Region aus AlGaInP eines zweiten Leitfähigkeitstyps und eine obere Begrenzungsschicht aus einer AlGaInP-Legierung des zweiten Leitfähigkeitstyps. Der Absorptionsgrad der aktiven Region ist zumindest ein Fünftel des Gesamtabsorptionsgrads, und der Absorptionsgrad der aktiven Region ist geringer als 0,2. Um die Zuverlässigkeit und die Herstellbarkeit zu verbessern, kann die LED optional eine oder zwei Rücksetzschichten aus AlGaInP aufweisen, wobei die Rücksetzschicht zwischen einer der Begrenzungsschichten und der aktiven Region angeordnet ist. Die Rücksetzschichten liefern eine Region, in der Dotierungsmittelatome während einer Hochtemperaturverarbeitung wandern können, während der p-n-Übergang an dem gleichen Ort in der fertigen LED beibehalten wird. Überdies können die Rücksetzschichten die Empfindlichkeit des inneren Quantenwirkungsgrads auf Änderungen der Temperatur der LED reduzieren. Die obere p-Typ-Begrenzungsschicht kann mit Sauerstoff dotiert sein, um die Zuverlässigkeit der LED zu erhöhen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein bekanntes Licht-emittierendes Transparentsubstrat-Bauelement;
2A und 2B den inneren Quantenwirkungsgrad von zwei AS-LEDs;
3 Licht, das durch das Bauelement, das in 1 gezeigt ist, fällt;
4 die Abhängigkeit des Quantenwirkungsgrads von der Dicke der aktiven Schicht für eine TS-LED;
5 den Absorptionskoeffizienten einer Legierung aus AlGaInP als eine Funktion der Photonenenergie;
6 den Prozentsatz von Licht, das durch mehrere verschiedene TS-LED-Wafer transmittiert wird;
7 den relativen äußeren Quantenwirkungsgrad einer 590 nm-TS-LED mit aktiven Schichten unterschiedlicher Dicke;
8 den relativen äußeren Quantenwirkungsgrad einer 630 nm-TS-LED mit aktiven Schichten unterschiedlicher Dicke;
9A und 9B ein schematisches Diagramm einer LED mit einer dünnen aktiven Schicht und Begrenzungsschichten aus Al_0,5In_0,5P und einer LED mit Rücksetzschichten;
10 den äußeren Quantenwirkungsgrad von LEDs, die dünne aktive Schichten, die Licht mit 590 nm emittieren, Rücksetzschichten und variierende p-Typ-Dotierungspegel in der aktiven Schicht besitzen;
11 eine schematische Darstellung eines speziellen Ausführungsbeispiels des Bauelements mit aktiver Mehrtopfregion;
12 den äußeren Quantenwirkungsgrad von drei LEDs als eine Funktion des Stroms: Kurve a entspricht einer bekannten LED; Kurve b entspricht einer LED mit einer aktiven Schicht einer Dicke von 2000 10^–10 m; und Kurve c entspricht einer LED mit aktiven Mehrtopfschichten, die aus vier Licht-emittierenden Schichten von 500 10^–10 m bestehen;
13 die Verschlechterung des äußeren Quantenwirkungsgrads von drei unterschiedlichen 590 nm-LEDs nach einem verlängerten Betrieb; und
14 die Verschlechterung des äußeren Quantenwirkungsgrads von LEDs, die dünne aktive Schichten und Rücksetzschichten aufweisen, nach einem verlängerten Betrieb.
4 zeigt die Abhängigkeit des inneren Quantenwirkungsgrads, des Extraktionswirkungsgrads und des äußeren Quantenwirkungsgrads von der Dicke der aktiven Schicht für eine Licht-emittierende AlGaInP-Transparentsubstrat-Diode (TS-LED). Der äußere Quantenwirkungsgrad ist das Produkt des inneren Quantenwirkungsgrads und des Extraktionswirkungsgrads: ηaußen = ηinnen × ηExtraktion
Für einen Bereich von Dicken der aktiven Schicht, der in 4 gezeigt ist, ist der äußere Quantenwirkungsgrad durch den inneren Quantenwirkungsgrad begrenzt, während in einem anderen Bereich von dickeren aktiven Schichten der äußere Quantenwirkungsgrad durch den Extraktionswirkungsgrad begrenzt ist. Eine TS-LED mit einem optimalen äußeren Quantenwirkungsgrad besitzt eine Dicke der aktiven Schicht, die ausgewählt ist, um den Einfluß des inneren Quantenwirkungsgrads und des Extraktionswirkungsgrads auszugleichen, wie durch den Punkt a gezeigt ist. Im Gegensatz dazu besitzt eine AS-LED mit einem optimalen äußeren Quantenwirkungsgrad auch einen optimalen inneren Quantenwirkungsgrad, wobei die Dicke der aktiven Schicht gewählt ist, um diesen Wirkungsgrad zu maximieren, wie durch den Punkt b gezeigt ist. Da der innere Quantenwirkungsgrad der LED von vielen Schichtspezifischen Eigenschaften abhängt, beispielsweise der Zusammensetzung und der Dotierung der Bauelementschichten, ändert sich die Dicke der aktiven Schicht für einen maximalen äußeren Quantenwirkungsgrad. Einige der spezifischen Abhängigkeiten werden detailliert nachfolgend beschrieben.
Der Extraktionswirkungsgrad hängt von der Dicke der aktiven Schicht nur ab, wenn die Absorption in dieser Region ein signifikanter Bruchteil der Gesamtabsorption in der LED ist. In einem Extremfall ist die aktive Schicht die einzige absorbierende Schicht in der LED, beispielsweise einer Transparentsubstrat-LED, wobei das Ändern der Dicke derselben eine große Wirkung auf den Extraktionswirkungsgrad hat. Im anderen Extremfall, beispielsweise einer Absorptions-Substrat-LED mit einer dünnen aktiven Schicht (> 2000 Å) trägt die aktive Schicht wenig zu der Gesamtabsorption in dem Bauelement bei, wobei eine Reduzierung der Dicke desselben den Extraktionswirkungsgrad nicht signifikant verbessert.
Das Ausmaß, mit dem eine spezielle Schicht Licht absorbiert, kann durch das Definieren eines Absorptionsgrads (absorbance) für die Schicht mittels des folgenden Ausdrucks quantifiziert werden: Absorptionsgrad = 1 – exp[– α(λpeak)·L] Gl. (1)wobei a der Absorptionskoeffizient der Schicht bei der Spitzenwellenlänge (λ_peak) des Emissionsspektrums der LED ist, und wobei L die Dicke derselben Schicht ist. Wenn der Absorptionsgrad definiert wird, wird angenommen, daß Licht mit einem senkrechten Einfall durch die Schicht fällt. Licht, das unter einem schrägen Winkel durch die Schicht fällt, bewegt sich durch eine scheinbare Schichtdicke, die größer als L ist, so daß Gleichung 1 den minimalen Absorptionsgrad, den die aktive Schicht besitzen wird, darstellt. Es ist für Fachleute erkennbar, daß bei einer Halbleiterschicht, die die Schicht unter derselben teilweise bedeckt, der Absorptionsgrad bezüglich des Verhältnisses der Fläche der Halbleiterschicht zu der Fläche der LED berechnet werden sollte.
Gemäß Gleichung 1 wird eine Schicht mit einem hohen Absorptionskoeffizienten oder einer großen Dicke mehr Licht absorbieren, als eine Schicht mit einem geringen Absorptionskoef fizienten und einer geringen Dicke. 5 zeigt den Absorptionskoeffizienten, ausgedrückt in cm^–1, als eine Funktion der Photonenenergie für Licht-emittierendes Direktabstands-AlGaInP. Die Energie ist als die Differenz zwischen der Energie des einfallenden Photons und der Energie der Photonen, die die AlGaInP-Schicht emittiert, ausgedrückt. In einer LED existieren typischerweise mehrere Absorptionsschichten, wobei der Gesamtabsorptionsgrad in der Bauelementschicht (alle Schichten in der LED mit Ausnahme des Substrats) durch die folgende Summe bestimmt ist:
wobei in dem Bauelement i Halbleiterschichten existieren, die Licht absorbieren, das durch die aktive Schicht emittiert wird, einschließlich der aktiven Schicht selbst (oder der aktiven Schichten, wenn mehr als eine existieren) und ausschließlich des Substrats (wiederum unter der Annahme eines senkrechten Lichteinfalls auf die Schichten). Um den Vorteil der Reduzierung der Dicke der aktiven Schicht zu maximieren, kann die bevorzugte relative Absorption der aktiven Schichten und der ”parasitären” absorbierenden Schichten mathematisch durch das Vergleichen des Absorptionsgrads in der aktiven Region mit dem Gesamtabsorptionsgrad der Bauelementschichten ausgedrückt werden. Der Absorptionsgrad der aktiven Region ist durch die folgende Summe bestimmt:
wobei sich das Suffix AL auf die j Licht-emittierenden aktiven Schichten in der aktiven Region der LED bezieht. Die ”Dicke der aktiven Schicht” ist die Summe der Dicken der j Licht-emittierenden aktiven Schichten. Für ein optimales Bauelement ist der Absorptionsgrad der aktiven Region auf den Gesamtabsorptionsgrad wie folgt bezogen: (Aktivregion-Absorptionsgrad) ≥ 1/5 (Gesamtabsorptionsgrad) Gl. (4)
Gleichung 4 fordert, daß der Absorptionsgrad der aktiven Region zumindest ein Fünftel des Gesamtabsorptionsgrads in den Halbleiterbauelementschichten ist.
Die Dicken der parasitären absorbierenden Schichten in einer LED liegen typischerweise in der Größenordnung von 100–1000 Å, wie von Itaya, u. a. in ”Current-voltage characteristics of p-p isotype InGaAlP/GaAs heterojunction with a large valence-band discontinuity,” Japanese Journal of Applied Physics Bd. 32, S. 1919–1922, 1993, beschrieben ist. Die Dicke ist am unteren Ende aufgrund der Notwendigkeit, eine Schicht dick genug aufzuwachsen, um bei einer Massenherstellung durch OMVPE (metal-organic chemical vapor deposition) oder MBE (molecular beam epitaxy) reproduzierbar zu sein und die gewünschte Wirkung aufzuweisen, begrenzt, und ist am oberen Ende durch die Notwendigkeit, parasitäre Verluste zu minimieren, begrenzt, speziell wenn die Schicht zwischen der aktiven Region und der Fensterschicht der LED angeordnet ist. Wenn die parasitären Schichten aus In_0,5Ga_0,5P gebildet sind, das für eine (Al_xGa_1-x)_0,5In_0,5P-Legierung den Schlimmstfall-Absorptionskoeffizienten aufweist, entsprechen die obigen Dicken einem Bereich von Absorptionsgraden von 0,04–0,34 (für eine Emissionswellenlänge von 555 nm, das die kürzeste Emissionswellenlänge von Direktabstand-AlGaInP ist. Gleichung 4 erfordert, daß der minimale Absorptionsgrad der aktiven Region in dem Bereich von 0,01–0,085 liegt.
Wenn Gleichung 4 erfüllt ist, hat das Ändern der Dicke der aktiven Schicht eine bedeutsame Wirkung auf den Extraktionswirkungsgrad der LED. Wenn beispielsweise der Absorptionsgrad der aktiven Schicht in der LED etwas geringer ist als ein Fünftel des Gesamtabsorptionsgrads, verringert ein Reduzieren der Dicke der aktiven Schicht um einen Faktor von zwei den Gesamtabsorptionsgrad des Bauelements um ≈ 10%. Der Extraktionswirkungsgrad wird aufgrund der Reflexionsverluste in dem Bauelement um einen geringeren Betrag zunehmen. Jedoch kann dieser Verbesserungsbetrag des Bauelementverhal tens nicht wiederholbar von Rauschen bei den experimentellen Messungen des äußeren Quantenwirkungsgrads unterschieden werden. Daher sollte der Absorptionsgrad der aktiven Schicht einen größeren Einfluß auf den äußeren Quantenwirkungsgrad haben, wobei Gleichung 4 diese Anforderung erfüllt.
Der maximale Absorptionsgrad der aktiven Region einer optimalen LED hängt von dem inneren Quantenwirkungsgrad der aktiven Region ab. Für eine bei 590 nm emittierende LED kann der innere Quantenwirkungsgrad geringer als 5% sein. Wenn der Absorptionsgrad der aktiven Region 0,45 beträgt (entsprechend einer Dicke der aktiven Schicht von 7500 10^–10 m, wie sie gemäß dem Stand der Technik üblicherweise verwendet wird), besitzt der Lichtstrahl nach jedem Durchlauf des Lichtstrahls durch die aktive Schicht einen Anteil von 0,57 seiner ursprünglichen Intensität. Eine optimale aktive Region hat zur Folge, daß die Einzeldurchlaufintensität eines Lichtstrahls minimal beeinträchtigt wird, was dadurch definiert ist, daß derselbe zumindest einen Anteil von 0,8 seiner ursprünglichen Intensität besitzt. Diese Bedingung für eine Einzeldurchlaufintensität ist durch alle Transparentsubstrat-AlGaInP-LEDs, die studiert wurden, erfüllt und hat einen verbesserten äußeren Quantenwirkungsgrad derselben zur Folge. Für eine AlGaInP-LED mit einem inneren Quantenwirkungsgrad von 5% entspricht dies einer Dicke der aktiven Schicht von 3800 Å und einem Absorptionsgrad von 0,26. Einige AlGaInP-LEDs, speziell diejenigen, die im grünen Bereich emittieren, besitzen innere Quantenwirkungsgrade, die geringer als 5% sind. Um eine aktive Schicht mit einem inneren Quantenwirkungsgrad, der << 5% (nahezu Null) ist, unterzubringen, kann eine obere Grenze für den Absorptionsgrad der aktiven Region bei 0,2 festgelegt werden, was einer Dicke der aktiven Schicht von 2800 10^–10 m entspricht. Für eine LED mit einem höheren inneren Quantenwirkungsgrad kann der Absorptionsgrad der aktiven Region größer als 0,2 sein, während die Einzeldurchlauftransmittanz von 0,8 beibehalten wird. Jedoch wird eine dünnere aktive Schicht einen höheren Extraktionswirkungsgrad besitzen und ist bevorzugt. Um den Extraktionswirkungsgrad zu optimieren, existiert folglich keine untere Grenze für den Absorptionsgrad der aktiven Region, mit Ausnahme der Anforderung von Gleichung 4.
6 zeigt den Prozentsatz der Transmission von Licht durch mehrere TS-AlGaInP-LED-Wafer, von denen jeder eine unterschiedliche Dicke der aktiven Schicht aufweist. Diese Figur zeigt die Wirkung der Dicke der aktiven Schicht auf die Fähigkeit von Licht, mit einer minimalen Absorption durch die aktive Schicht zu gelangen. Die Absorption aufgrund zusätzlicher Schichten, die in diesen LEDs vorliegen, ist ebenfalls gezeigt. Bei einem Ausführungsbeispiel einer bei 590 nm emittierenden AlGaInP-TS-LED beträgt der Absorptionsgrad der aktiven Schicht 0,15, während der Absorptionsgrad der parasitären Schichten 0,15 beträgt. Diese LED besitzt einen äußeren Quantenwirkungsgrad, der um 28% größer ist als der einer LED gemäß dem Stand der Technik, die einen Absorptionsgrad der aktiven Schicht von 0,45 besitzt und sonst identisch ist.
Ein weiterer Parameter, der die optimale Dicke der aktiven Schicht bestimmt, ist die Legierungszusammensetzung der aktiven Schicht (die die Farbe des Lichts, das die LED emittiert, bestimmt). 7 zeigt für eine LED, die ein transparentes Substrat, eine untere Begrenzungsschicht aus Al_0,5In_0,5P, die auf dem Substrat gebildet ist, und eine aktive Schicht aus (Al_0,3Ga_0,7)_0,5In_0,5P (die bei 590 nm emittiert) von unterschiedlicher Dicke, die auf der unteren Begrenzungsschicht gebildet ist, eine obere Begrenzungsschicht aus Al_0,5In_0,5P, die auf der aktiven Schicht gebildet ist, und eine Fensterschicht aufweist, den relativen äußeren Quantenwirkungsgrad, wenn sich die Dicke der aktiven Schicht ändert. Der äußere Quantenwirkungsgrad nimmt zu, wenn die Dicke der aktiven Schicht von 100 10^–10 m auf 2000 10^–10 m zunimmt. Der Wirkungsgrad nimmt ab, wenn die Dicke der aktiven Schicht auf 7500 10^–10 m erhöht wird. Die Abnahme des äußeren Wirkungsgrads von 2000 10^–10 m–7500 10^–10 m ist ein Ergebnis des geringeren Extraktionswirkungsgrads und der geringeren Trägerdichten in den dickeren aktiven Schichten, was die Rate der strahlenden Rekombination reduziert. Wenn die Dicke der aktiven Schicht unter 1000 Å verringert wird, wird die Leckrate der Minoritätsträger aus der aktiven Schicht hoch, so daß der Bauelementwirkungsgrad über diesen Bereich abnimmt. Da die Eigenschaften der beteiligten Schichten in der LED nicht perfekt gesteuert werden können, wird die optimale Dicke der aktiven Schicht über dem Bereich von 1000 10^–10 m– 2500 10^–10 m variieren, entsprechend eines Absorptionsgrads von 0,08–0,18. LEDs, die bei weniger als 600 nm emittieren, zeigen über diesen Bereich von Absorptionsgraden der aktiven Schicht ebenfalls ein verbessertes Verhalten.
Im Vergleich zeigt 8 für eine LED, die ein transparentes Substrat, eine untere Begrenzungsschicht aus Al_0,5In_0,5P, die auf dem Substrat gebildet ist, eine aktive Schicht aus (Al_0,1Ga_0,9)_0,5In_0,5P (die bei 630 nm emittiert) einer veränderlichen Dicke, die auf der unteren Begrenzungsschicht gebildet ist, eine obere Begrenzungsschicht aus Al_0,5In_0,5P, die auf der aktiven Schicht gebildet ist, und eine Fensterschicht aufweist, den relativen äußeren Quantenwirkungsgrad, wenn die Dicke der aktiven Schicht variiert. Der äußere Quantenwirkungsgrad nimmt ab, wenn die Dicke der aktiven Schicht von 100 10^–10 m auf 7500 10^–10 m erhöht wird. Der maximale äußere Quantenwirkungsgrad wird für eine Dicke der aktiven Schicht von weniger als 500 10^–10 m erreicht (entsprechend eines Absorptionsgrads von 0,04). Entsprechend den oben beschriebenen Wirkungen wird der innere Quantenwirkungsgrad abnehmen, wenn die Dicke der aktiven Schicht über einen bestimmten Punkt unter 100 10^–10 m hinaus reduziert wird. Da der Energieabstand der 14 aktiven Schicht in der roten LED kleiner ist als in der gelben LED und die Legierungszusammensetzungen der Begrenzungsschichten für beide LEDs die gleichen sind, ist die Trägerbegrenzung in der roten LED überlegen. Folglich sind bei dem roten Bauelement die Wirkungen einer Trägerleckage aus der aktiven Schicht nur bei viel dünneren aktiven Schichten signifikant, wobei die optimale aktive Schicht viel dünner ist. LEDs, die bei mehr als 620 nm emittieren, zeigen ein verbessertes Verhalten über den Bereich von Dicken der aktiven Schicht von 200 10^–10 m–1500 10^–10 m. In gleicher Weise existieren Daten, die zeigen, daß LEDs, die in dem Wellenlängenbereich von 600–620 nm emittieren, optimale äußere Quantenwirkungsgrade besitzen, wenn die Dicke der aktiven Schicht in dem Bereich von 500 10^–10 m–2500 10^–10 m liegt.
Ein Problem bei dünneren aktiven Schichten liegt darin, daß der innere Quantenwirkungsgrad viel empfindlicher hinsichtlich Abweichungen der Dotierungspegel in den Begrenzungsschichten wird, was den Herstellungsertrag reduziert und somit die Kosten der LEDs erhöht. Bei einem Ausführungsbeispiel einer AlGaInP-LED wird die obere Begrenzungsschicht während des Aufwachsens mit einem p-Typ-Dotierungsmittel, beispielsweise Zn oder Mg, dotiert. Während der Wafer nachfolgenden Hochtemperatur-Verarbeitungsschritten unterzogen wird, diffundiert das p-Typ-Dotierungsmittel aus der oberen Begrenzungsschicht. Der innere Quantenwirkungsgrad ist am größten, wenn der p-n-Übergang exakt an der Grenzfläche zwischen der aktiven Schicht und der unteren n-Typ-Begrenzungsschicht angeordnet ist, da der Heteroübergang die Anzahl von Elektronen erhöht, die der P-n-Übergang in die aktive p-Typ-Schicht injizieren wird. Die Umverteilung von Dotierungsmitteln während des Aufwachsens und der nachfolgenden Verarbeitungen kann bewirken, daß der p-n-Übergang nicht optimal angeordnet ist.
Wenn die aktive Schicht dünn ist und die benachbarten Begrenzungsschichten dotiert sind, ist es wahrscheinlicher, daß der p-n-Übergang aufgrund kleiner Abweichungen der anfänglichen Dotierungsmittelkonzentrationen in den Begrenzungsschichten fehlplaziert sein wird. Beispielsweise wurde ansprechend auf eine 20%-ige Änderung der Konzentration von Dotierungsmittelatomen in der oberen Begrenzungsschicht eine siebenfache Änderung des äußeren Quantenwirkungsgrads von LEDs mit aktiven Schichten einer Dicke von 1000 10^–10 mbeobachtet. Diese Empfindlichkeit wird durch die Verwendung von Rücksetzschichten reduziert. Diese sind unbeabsichtigt dotierte Schichten zwischen der aktiven und den Begrenzungsschichten, in die während des Aufwachsens oder der Verarbeitung Dotierungsmittelatome von den Begrenzungsschichten diffundieren. Die Dicke dieser Schichten ist gewählt, um zu bewirken, daß der p-n-Übergang für den Fall eines Bauelements mit nur einer oberen Rücksetzschicht am Ende des gesamten Bauelementherstellungsverfahrens an der Heterogrenzfläche zwischen unterer Begrenzungsschicht und aktiver Schicht angeordnet ist. Für den Fall eines Bauelements mit einer unteren Rücksetzschicht ist die optimale Position des p-n-Übergangs zwischen der Heterogrenzfläche zwischen der unteren Rücksetzschicht und der aktiven Schicht und der Heterogrenzfläche zwischen der unteren Begrenzungsschicht und der unteren Rücksetzschicht. Die Diffusionskoeffizienten des Dotierungsmittels durch die unterschiedlichen Schichten in dem Bauelement, ebenso wie die Temperatur und die Dauer der Verarbeitungsschritte, bestimmen die notwendigen Dicken der Rücksetzschichten. Überdies können die Rücksetzschichten aus einer Mehrzahl von Schichten aus unterschiedlichen Halbleiter-Legierungen oder -Verbindungen, die für das Licht, das durch die aktive Schicht emittiert wird, transparent sind, gebildet sein. Die Rücksetzschichten können ferner Schichten aufweisen, in denen sich die Zusammensetzung der Legierung räumlich ändert, beispielsweise linear abgestuft oder parabolisch abgestuft.
9a zeigt eine schematische Darstellung einer LED 10A mit einer dünnen aktiven Schicht 12 und Begrenzungsschichten 14A, 14B aus Al_0,5In_0,5P. Wenn bei diesem Bauelement zuviel p-Typ-Dotierungsmittel in der oberen Begrenzungsschicht 14B existiert, kann dasselbe in die untere n-Typ-Begrenzungsschicht diffundieren, was bewirkt, daß der p-n-Übergang deplaziert ist. 9b zeigt eine LED 10B, die eine dünne aktive Schicht 12, eine obere AlGaInP-Rücksetzschicht 16 und Al_0,5In_0,5P-Begrenzungsschichten 14A, 14B aufweist. Die obere Rücksetzschicht 16 wurde nicht dotiert. Während des Aufwachsens der Fensterschicht 18 diffundiert das p-Typ-Dotierungsmittel durch die obere Begrenzungsschicht 14B, die obere Rücksetzschicht 16 und die aktive Schicht 12. Die Dicke der oberen Rücksetzschicht 16 oder von optionalen unteren Rücksetzschichten ist gewählt, um die Wahrscheinlichkeit zu maximieren, daß der p-n-Übergang ordnungsgemäß angeordnet ist, nachdem alle Hochtemperatur-Verarbeitungsschritte abgeschlossen sind. Obwohl diese Figuren nicht explizit eine untere Rücksetzschicht zeigen, kann eine solche verwendet wer den, um eine Speicherwirkung oder eine Diffusion der n-Typ-Dotierungsmittel aufzunehmen.
Bei einem Ausführungsbeispiel bewirken die Hochtemperatur-Verarbeitungsschritte, denen die LED unterworfen wird, daß das p-Typ-Dotierungsmittel zwischen 5000 10^–10 m und 10000 10^–10 m von der oberen p-Typ-Begrenzungsschicht diffundiert. Folglich würde eine LED mit dünner aktiver Schicht optimalerweise eine Gesamtdicke der aktiven Schicht und der oberen Rücksetzschicht von zwischen 5000 10^–10 m und 10000 10^–10 m vorzugsweise 7500 10^–10 m aufweisen. Es wurde herausgefunden, daß LEDs, die bei 590 nm emittieren, mit aktiven Schichten einer Dicke von 2000 10^–10 m und oberen Rücksetzschichten mit einer Dicke von 5500 10^–10 m ein überlegenes Verhalten liefern. Für eine LED mit 630 nm könnte das optimale Bauelement eine aktive Schicht mit einer Dicke von 500 10^–10 m mit einer oberen Rücksetzschicht einer Dicke von 7000 10^–10 m aufweisen. Es wurde beobachtet, daß der äußere Quantenwirkungsgrad dieser Bauelemente sich nicht um mehr als 5% ändert, ansprechend auf eine Änderung des Dotierungspegels der oberen Begrenzungsschicht von 20%. Dies zeigt die Wirksamkeit der Rücksetzschichten bei der Verbesserung des Ertrags des Herstellungsverfahrens.
Wenn eine Rücksetzschicht in der LED verwendet wird, wird die Zusammensetzung dieser Schicht, da sie an die aktive Region angrenzt, eine Wirkung auf den inneren Quantenwirkungsgrad besitzen. Der äußere Quantenwirkungsgrad einer bevorzugten LED, die ein transparentes Substrat, eine untere Begrenzungsschicht aus Al_0,5In_0,5P, die auf dem Substrat gebildet ist, eine aktive Schicht aus (Al_0,3Ga_0,7)_0,5In_0,5P einer Dicke von 2000 10^–10 m die auf der unteren Begrenzungsschicht ge bildet ist, eine obere Rücksetzschicht aus (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P einer Dicke von 5500 10^–10 m, die auf der aktiven Schicht gebildet ist, eine obere Begrenzungsschicht aus Al_0,5In_0,5P, die auf der oberen Rücksetzschicht gebildet ist, und eine Fensterschicht aufweist, besitzt bei 5 mA einen äußeren Quantenwirkungsgrad von 18,4%. Eine unterlegene LED besitzt eine obere Rücksetzschicht, die aus Al_0,5In_0,5P gebildet ist, und ist sonst identisch. Der äußere Quantenwirkungsgrad dieser LED beträgt bei 5 mA 16,7%, was 10% weniger als der der bevorzugten LED ist. Zusätzlich wurden Messungen hinsichtlich LEDs durchgeführt, bei denen die obere Rücksetzschicht aus (Al_0,8Ga_0,2)_0,5In_0,5P und (Al_0,5Ga_0,5)_0,5In_0,5P gebildet ist. Bei keinem dieser Fälle war der äußere Quantenwirkungsgrad der LED größer als der der LED mit einer oberen Rücksetzschicht, die aus (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P gebildet ist. Folglich besitzt eine bevorzugte LED eine obere Rücksetzschicht, die aus dieser speziellen Zusammensetzung aus AlGaInP gebildet ist. Die Zusammensetzung der Rücksetzschicht verbessert den inneren Quantenwirkungsgrad des Bauelements, da dieselbe den Betrag des Leckstroms aus der aktiven Schicht reduziert. Diese Reduzierung des Leckstroms wird teilweise durch die geringere Rate einer nicht-strahlenden Rekombination in der Rücksetzschicht bewirkt.
Ein weiterer Faktor, der den Leckstrom beeinflußt, ist der relative Dotierungspegel der aktiven Region und der oberen Rücksetzschicht. Der Leckstrom wird geringer sein, wenn die obere Rücksetzschicht stärker dotiert ist. Bei einer LED mit einer oberen Rücksetzschicht, die aus Al_0,5In_0,5P gebildet ist, ist der Dotierungspegel in der oberen Rücksetzschicht geringer als bei einer oberen Rücksetzschicht, die aus (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P gebildet ist. Dies wird durch eine Diffusion und eine Akkumulation des p-Typ-Dotierungsmittels während Hochtemperatur-Verarbeitungsschritten von der Rücksetzschicht in die aktive Schicht bewirkt. Der Energieabstand von (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P ist geringer als der von Al_0,5In_0,5P, was einen höheren Dotierungspegel in der (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P-Rücksetzschicht zur Folge hat. Daher ist eine (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P-Rücksetzschicht gegenüber einer Al_0,5In_0,5P-Rücksetzschicht bevorzugt.
Die überlegene Trägerbegrenzung einer LED mit einer oberen Rücksetzschicht, die aus (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P gebildet ist, verbessert ferner die Fähigkeit der Diode, ihren inneren Quantenwirkungsgrad beizubehalten, wenn die Temperatur derselben sich ändert. Bei typischen AlGaInP-LEDs, die bei 590 nm emittieren, nimmt der innere Quantenwirkungsgrad um näherungsweise 1–2% pro Grad Celsius Temperaturzunahme der LED ab. Die Rate, mit der der Wirkungsgrad abnimmt, hängt von der Legierungszusammensetzung der aktiven Schicht ab, wobei die Rate für LEDs mit längerer Wellenlänge abnimmt. Der innere Quantenwirkungsgrad einer AlGaInP-LED, die eine obere Rücksetzschicht aufweist, die aus (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P gebildet ist, nimmt verglichen mit einer LED mit Rücksetzschichten, die aus einer Legierung mit einem höheren Al-Mol-Bruchteil gebildet sind, mit zunehmender Temperatur nicht so schnell ab. Eine LED, die auf einem transparenten Substrat gebildet ist, mit einer unteren Begrenzungsschicht, die aus Al_0,5In_0,5P gebildet ist, einer aktiven Schicht einer Dicke von 2000 10^–10 m, die aus (Al_0,3Ga_0,7)_0,5In_0,5P auf der unteren Begrenzungsschicht gebildet ist, und einer oberen Begrenzungsschicht, die aus (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P auf der aktiven Schicht gebildet ist, zeigte eine Abnahme des inneren Quantenwirkungsgrads von –1,3%/°C, während eine identische LED, mit der Ausnahme, daß die obere Rücksetzschicht aus (Al_0,8Ga_0,2)_0,5In_0,5P gebildet war, eine Abnahme von –1,4%/°C zeigte.
In dem US-Patent US 5,732,098 A ist eine AlGaInP-LED mit (Al_xGa_1-x)_0,5In_0,5P-Schichten zwischen der aktiven Schicht und Al_0,5In_0,5P-Begrenzungsschichten beschrieben, wobei der Energieabstand der zwischenliegenden Schichten geringer ist als der der Begrenzungsschichten oder der Aluminium-Mol-Bruchteil der zwischenliegenden Schichten gering ist. Zum Zwecke der Verbesserung der Elektronenbegrenzung in der aktiven Schicht oder weiterer Verhaltenscharakteristika des Bauelements kann jedoch die Zusammensetzung aus AlGaInP in den Rücksetzschichten gewählt sein, um mit den Begrenzungsschichten oder der aktiven Schicht nicht Gitter-angepaßt zu sein, und kann einen breiteren Energieabstand aufweisen als die Begrenzungsschichten, oder kann einen höheren Al-Mol-Bruchteil als die obere Begrenzungsschicht aufweisen. Eine Transparentsubstrat-AlGaInP-LED mit einer unteren Begrenzungsschicht aus Al_0,5In_0,5P, einer aktiven Schicht einer Dicke von 2000 10^–10 m aus (Al_0,3Ga_0,7)_0,5In_0,5P, die auf der unteren Begrenzungsschicht gebildet ist, einer ersten Rücksetzschicht aus Al_0,615In_0,385P mit einer Dicke von 500 10^–10 m, die auf der aktiven Schicht gebildet ist, einer zweiten Rücksetzschicht einer Dicke von 5000 10^–10 m, die aus (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P auf der ersten Rücksetzschicht gebildet ist, und einer oberen Begrenzungsschicht, die aus Al_0,5In_0,5P auf der zweiten Rücksetzschicht gebildet ist, besitzt einen äußeren Quantenwirkungsgrad, der 10% größer ist als der einer LED, bei der die erste Rücksetzschicht nicht vorliegt, die zweite Rucksetzschicht eine Dicke von 5500 10^–10 m aufweist, und die sonst identisch ist. Die erste Rücksetzschicht, die aus Al_0,615In_0,385P gebildet ist, bewirkt, daß der innere Quantenwirkungsgrad höher ist, da dieselbe einen größeren Bandabstand als die obere Begrenzungsschicht und die zweite Rücksetzschicht aufweist, was einen geringeren Leckstrom aus der aktiven Schicht zur Folge hat.
Ein weiterer Parameter, der den inneren Quantenwirkungsgrad der aktiven Schicht beeinflußt, ist der Dotierungspegel derselben. Die Rate der strahlenden Rekombination ist proportional zu dem Produkt der Elektronen- und Loch-Dichten. Die Begrenzungsschichten erhöhen den Wirkungsgrad der LED durch das Erhöhen der Elektronen- und Loch-Dichten in der aktiven Schicht. Die Dichten werden ferner durch den Einschluß einer größeren Zahl von Dotierungsmittelatomen in der aktiven Schicht erhöht. 10 zeigt den äußeren Quantenwirkungsgrad von LEDs mit 590 nm, die aktive Schichten einer Dicke von 2000 10^–10 m und obere (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P-Rücksetzschichten aufweisen, wenn der p-Typ-Dotierungspegel in der aktiven Schicht geändert wird. Diese Figur zeigt, daß der äußere Quantenwirkungsgrad verbessert ist, wenn der Dotierungspegel 10¹⁷ cm^–3 übersteigt, und dazu tendiert, zuzunehmen, wenn der Dotierungspegel zunimmt. Über einer bestimmten Konzentration (näherungsweise 10¹⁹ cm^–3, abhängig von dem Dotierungsmittelatom) bewirkt die große Konzentration von Dotierungsmittelatomen die Bildung von Fehlstellen oder anderen Defekten, die den inneren Quantenwirkungsgrad der LED reduzieren. Daher besitzt eine bevorzugte LED eine aktive Schicht, die mit einer größeren Konzentration als 10¹⁷ cm³ und von weniger als 10¹⁹ cm³ dotiert ist.
Der innere Quantenwirkungsgrad kann, speziell für LEDs mit kurzen Wellenlängen, verbessert werden, indem die aktive Schicht durch mehrere aktive Quantentopfregionen ersetzt wird, die unter Verwendung mehrerer (> 5) dünner Schichten aus AlGaInP zwischen mehreren Schichten einer transparenten AlGaInP-Legierung gebildet sind. Um einen Quantentopf zu bilden, muß die Dicke der aktiven AlGaInP-Schicht geringer sein als die Wellenlänge der Elektronenwellenfunktion in AlGaInP (näherungsweise 200 10^–10 m. Da es schwierig ist, eine gleichmäßige Zusammensetzung und Dicke für mehrere aktive Quantentopfschichten bei einer Massenherstellungsumgebung beizubehalten, ist die Verwendung dickerer Töpfe bevorzugt. Dickere Töpfe zeigen keine Quantenbegrenzungseffekte, wie z. B. eine reduzierte Emissionswellenlänge. Die Verwendung mehrerer dicker Töpfe erhöht den inneren Quantenwirkungsgrad der aktiven Region verglichen mit einer einzelnen aktiven Schicht einer größeren Dicke, da die Trägerdichte in den Töpfen größer ist, was eine höhere Rate an strahlender Rekombination zur Folge hat. Gleichzeitig muß der Absorptionsgrad der aktiven Region (wie sie durch Gleichung 3 berechnet wird) der Anforderung genügen, kleiner als 0,2 zu sein.
11 zeigt eine schematische Darstellung einer aktiven Mehrtopfregion in einer LED. Die Fig. zeigt eine LED, die eine aktive Region, eine obere Rücksetzschicht, die aus (Al_xGa_1-x)_0,5In_0,5P gebildet ist, und Begrenzungsschichten, die aus Al_0,5In_0,5P gebildet sind, aufweist. Die Barrierenschichten, die zwischen den aktiven Schichten in der aktiven Region angeordnet sind, sind aus (Al_xGa_1-x)_0,5In_0,5P gebildet, wobei gilt: x = 0,55–1,0. Die Barrierenschichten können aus einem beliebigen Halbleitermaterial gebildet sein, das für das Licht, das durch die aktiven Schichten emittiert wird, transparent ist, wie z. B. Gitter-angepaßtes oder Gitterfehlangepaßtes AlGaInP oder AlGaAs. Die Zusammensetzungen und Dicken der Schichten (Töpfe und Barrieren) sind gewählt, um den äußeren Quantenwirkungsgrad für die LED zu maximieren, wobei erwartet wird, daß die optimalen Werte für unterschiedliche Legierungszusammensetzungen der Töpfe (und daher Emissionswellenlängen) unterschiedlich sind. 12 zeigt den äußeren Quantenwirkungsgrad von drei unterschiedlichen LEDs als eine Funktion des Stroms (L-I-Kurven). Kurve a ist die L-I-Kurve für eine LED mit 590 nm mit einer aktiven Schicht, die 7500 10^–10 m dick ist, und Begrenzungsschichten, die aus Al_0,5In_0,5P gebildet sind. Kurve b ist die L-I-Kurve für eine weitere LED mit 590 nm mit einer aktiven Schicht, die 2000 10^–10 m dick ist, einer oberen Rücksetzschicht einer Dicke von 5500 10^–10 m, die aus (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P gebildet ist, und Begrenzungsschichten, die aus Al_0,5In_0,5P gebildet sind. Kurve c ist die L-I-Kurve für eine LED mit 590 nm mit einer aktiven Region, die vier aktive Schichten einer Dicke von 500 Å enthält, wobei zwischen jeweiligen aktiven Schichten eine Barrierenschicht einer Dicke von 500 10^–10 m aus (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P angeordnet ist. Die LED enthält ferner eine obere (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P-Rücksetzschicht einer Dicke von 4000 10^–10 m und Al_0,5In_0,5P-Begrenzungsschichten. Wenn die LEDs mit 20 mA betrieben werden, besitzt das Bauelement, das Kurve a zugeordnet ist, einen äußeren Quantenwirkungsgrad von 4,5%, das Bauelement, das der Kurve b zugeordnet ist, besitzt einen äußeren Quantenwirkungsgrad von 5,8%, während das Bauelement, das der Kurve c zugeordnet ist, einen äußeren Quantenwirkungsgrad von 7,8% besitzt. Die ”Töpfe” in der aktiven MW-Schicht sind nicht dünn genug, um Quantenbegrenzungseffekte (wie z. B. einen vergrößerten effektiven Energieabstand) zur Folge zu haben, so daß die Emissionswellenlänge aller drei LEDs ähnlich ist. Der gleiche Trend wird für den äußeren Quantenwirkungsgrad mit einer Dicke der aktiven Schicht für die unterschiedlichen Wellenlängen beobachtet, die vorher erläutert wurden und in den 7 und 8 gezeigt sind. Da eine MQW-Struktur mehrere Licht-emittierende Schichten enthält, ist die Dicke der aktiven Schicht die Summe der Dicken aller Licht-emittierenden Schichten in dem Mehrtopffall. Die Dicken der optischen transparenten Barrieren sind in diesem Gesamtmaß nicht enthalten.
Der innere Quantenwirkungsgrad wird teilweise aufgrund des verbesserten Einschlusses der p-Typ-Dotierungsmittelatome in den Töpfen verbessert. Dies erhöht die Lochkonzentration in den Töpfen und erhöht folglich die Rate der strahlenden Rekombination, was wiederum den inneren Quantenwirkungsgrad erhöht. Eine dreifache Zunahme der Dotierungsmittelkonzentration in den Töpfen wurde durch eine sekundäre Ionenmassenspektrometrie des Bauelements, das der Kurve c zugeordnet ist, beobachtet. Wenn die LED Hochtemperatur-Verarbeitungsschritten ausgesetzt wird, diffundieren die Dotierungsmittelatome aus den Barrieren und in die Töpfe. Die Dotierungsmittelatome sammeln sich in den Töpfen, da dieselben in der Schmalabstand-AlGaInP-Legierung, die die Töpfe bildet, löslicher sind als in der AlGaInP-Legierung mit breiterem Abstand, die die Barrieren bildet. Ein weiterer Grund für den verbesserten inneren Quantenwirkungsgrad besteht darin, daß die Majoritätsladungsträger (Elektronen oder Löcher) dazu tendieren, aus den Barrierenschichten mit weiterem Energieabstand in die Töpfe mit schmalerem Abstand zu diffundieren. Dies erhöht die Rate der strahlenden Rekombination weiter.
Die Fähigkeit einer LED, während des Betriebs den äußeren Quantenwirkungsgrad beizubehalten, ist ein wichtiger Verhaltensparameter. Die Zusammensetzung der oberen Rücksetzschicht beeinflußt die Zuverlässigkeit der LED. 13 zeigt die Verschlechterung des äußeren Quantenwirkungsgrads während des Betriebs für bei 590 nm emittierende LEDs mit aktiven Schichten einer Dicke von 2000 10^–10 m und oberen Rücksetz schichten einer Dicke von 5500 10^–10 m, die aus verschiedenen Zusammensetzungen aus (Al_xGa_1-x)_0,5In_0,5P gebildet sind. Diese Figur zeigt, daß sich, wenn die obere Rücksetzschicht aus AlGaInP mit einem geringeren Al-Gehalt gebildet ist, der äußere Quantenwirkungsgrad mit der Zeit weniger verschlechtert. Die Zuverlässigkeit der LED mit der oberen Rücksetzschicht aus (Al_0,5Ga_0,5)_0,5In_0,5P ist gegenüber der der oberen Rücksetzschicht aus (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P überlegen, wobei diese Zusammensetzung jedoch aufgrund des vorher genannten Vorteils beim äußeren Quantenwirkungsgrad, wenn die obere Rücksetzschicht aus (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P gebildet ist, bevorzugt ist. In anderen Worten heißt das, daß nach einem verlängerten Betrieb der verbleibende äußere Quantenwirkungsgrad einer LED mit einer Rücksetzschicht aus (Al_0,65Ga_0,35)_0,5-In_0,5P größer ist als der einer LED mit einer Rücksetzschicht aus (Al_0,55Ga_0,5)_0,5In_0,5P.
Eine weitere Technik zum Verbessern der Zuverlässigkeit von AlGaInP-LEDs ist die Verwendung einer Sauerstoffdotierung in Schichten benachbart zu der aktiven Region, wie in der UK-Patentanmeldung GB 2,301,934A beschrieben ist. Diese Schrift lehrt, daß Sauerstoff oder andere Unreinheiten die Zuverlässigkeit von LEDs verbessert, indem die Bildung oder Ausbreitung von Defekten, die die Lebensdauer von Elektronen und Löchern reduzieren, verhindert wird. Die Schichten benachbart zu der aktiven Schicht sollten mit Sauerstoff dotiert werden, da der Leckstrom in diesen Schichten am höchsten ist, wobei die Bildung von Defekten in diesen Schichten den Leckstrom erhöht. Schichten, die entfernt von der aktiven Schicht angeordnet sind, besitzen kleinere Leckströme, weshalb nicht erwartet wurde, daß eine Sauerstoffdotierung in diesen Schichten die Zuverlässigkeit der LED verbessert.
14 zeigt die Verschlechterung des äußeren Quantenwirkungsgrads nach einem verlängerten Betrieb für 590 nm-LEDs, die aktive Schichten einer Dicke von 2000 10^–10 mund obere Rücksetzschichten einer Dicke von 5500 10^–10 m aus (Al_0,65Ga_0,35)_0,5In_0,5P aufweisen. Kurve a zeigt ein Bauelement, das kein Sauer stoffdotiermittel enthält. Kurve b zeigt ein Bauelement, das Sauerstoff nur in der oberen Begrenzungsschicht enthält. Kurve c zeigt ein Bauelement, das Sauerstoff sowohl in der oberen Begrenzungsschicht als auch in der zwischenliegenden oberen Rücksetzschicht enthält. Nach einem verlängerten Betrieb ist der verbleibende äußere Quantenwirkungsgrad der LED am höchsten, wenn Sauerstoff in der entfernten oberen Begrenzungsschicht vorliegt, ungeachtet dessen, ob die nahe obere Rücksetzschicht mit Sauerstoff dotiert ist. Es ist für Fachleute zu erkennen, daß, wenn eine Rücksetzschicht aus einer Mehrzahl von Schichten aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien gebildet ist, jede dieser Schichten, die entfernt von der aktiven Schicht sind, mit Sauerstoff dotiert werden kann, wobei die Zuverlässigkeit der LED verbessert wird.
Beim Vergleich des äußeren Quantenwirkungsgrads dieser Bauelemente wurde herausgefunden, daß der Wirkungsgrad (vor einer Belastung) am höchsten ist, wenn kein Sauerstoff verwendet wird, und am geringsten, wenn Sauerstoff sowohl in der oberen Begrenzungsschicht als auch in der oberen Rücksetzschicht vorliegt. Ferner wurde beim Messen der Wirkung von unterschiedlichen Sauerstoffdotierungspegeln in der oberen Begrenzungsschicht herausgefunden, daß, wenn die Sauerstoffkonzentration (entsprechend der Messung durch die sekundäre Ionenmassenspektrometrie) geringer als 1 × 10¹⁷ cm^–3 war, die Zuverlässigkeit der LED gering war. Wenn die Sauerstoffkonzentration 5 × 10¹⁸ cm^–3 überschritt, war der innere Quantenwirkungsgrad der LED schlecht. Daher beträgt der bevorzugte Bereich von Sauerstoffdotierungsmittelkonzentrationen in der oberen Begrenzungsschicht 1 × 10¹⁷ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3.
Fachleute werden erkennen, daß diese Grundsätze und Lehren auf eine Anzahl von LED-Bauelementstrukturen erweitert werden können, einschließlich einer Absorptionssubstrat-LED mit einer Spiegelschicht, die zwischen der aktiven Region und dem Substrat angeordnet ist, ebenso wie LEDs, die aus ande ren Materialsystemen hergestellt sind (beispielsweise AlGaAs oder InGaN).

Claims

Licht-emittierendes Bauelement mit folgenden Merkmalen: einem Halbleitersubstrat mit einem ersten Leitfähigkeitstyp; Bauelementschichten, die auf dem Halbleitersubstrat gebildet sind, mit einem Gesamtabsorptionsgrad, die folgende Schichten umfassen: eine untere Begrenzungsschicht (14A), die auf dem Substrat gebildet ist, aus einer AlGaInP-Legierung des ersten Leitfähigkeitstyps; eine aktive Region aus AlGaInP (12) mit einem Absorptionsgrad von weniger als 0,2, die auf der unteren Begrenzungsschicht gebildet ist, wobei die aktive Region eine Dicke hat, die kleiner oder gleich 250 nm ist; eine obere Begrenzungsschicht (14B), die auf der aktiven Region gebildet ist, aus einer AlGaInP-Legierung eines zweiten Leitfähigkeitstyps; eine AlGaInP-Rücksetzschicht (16), die zwischen der aktiven Region (12) und der oberen Begrenzungsschicht (14B) angeordnet ist, wobei die AlGaInP-Rücksetzschicht (16) eine unbeabsichtigt dotierte Schicht durch Aufnahme von diffundierten Dotierungsmittelatomen von der oberen Begrenzungsschicht ist und eine Dicke größer als 550 nm aufweist; und wobei der Absorptionsgrad der aktiven Region zumindest ein Fünftel des Gesamtabsorptionsgrads ist.
Licht-emittierendes Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die Legierungszusammensetzung der Rücksetzschicht (16) (AlGa_1-x)_yIn_1-yP ist, wobei x ≥ 0,55 und 0 ≤ y 1.
Licht-emittierendes Bauelement nach Anspruch 2, bei dem die obere Begrenzungsschicht (14B) mit Sauerstoff dotiert ist und die Konzentration des Sauerstoffs größer als 10¹⁷ cm^–3 und kleiner als 5 × 10¹⁸ cm^–3 ist.
Licht-emittierendes Bauelement nach Anspruch 3, bei dem die Rücksetzschicht (16) durch Aufnahme von Sauerstoff aus der oberen Begrenzungsschicht dotiert ist und eine Sauerstoffkonzentration von mehr als 10¹⁵ cm^–3 und weniger als 5 × 10¹⁶ cm^–3 aufweist.
Licht-emittierendes Bauelement nach Anspruch 2, bei dem die aktive Region (12) ferner folgende Merkmale aufweist: aktive Schichten aus einer Legierung aus AlGaInP, die Licht emittiert; und j-1 Barrierenschichten, die für das Licht, das durch die aktiven Schichten emittiert wird, transparent sind, wobei jede Barrierenschicht zwischen zwei aktiven Schichten angeordnet ist.
Licht-emittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Halbleitersubstrat transparent ist.
Licht-emittierendes Bauelement nach Anspruch 6, bei dem: der zweite Leitfähigkeitstyp ein p-Typ ist; und die aktive Region (12) eine p-Typ-Dotierungsmittelkonzentration über 10¹⁷ cm^–3 und unter 10¹⁹ cm^–3 enthält.
Licht-emittierendes Bauelement nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die aktive Region (12) wirksam ist, um eine Wellenlänge von weniger als 600 nm zu emittieren, und bei dem die Gesamtdicke der aktiven Schichten zwischen 100 nm und 250 nm liegt.
Licht-emittierendes Bauelement nach Anspruch 6, bei dem die aktive Region (12) wirksam ist, um eine Wellenlänge zwischen 600 und 620 nm zu emittieren, und bei dem die Gesamtdicke der aktiven Schichten zwischen 50 nm und 250 nm liegt.
Licht-emittierendes Bauelement nach Anspruch 6, bei dem die aktive Region (12) wirksam ist, um eine Wellenlänge von mehr als 620 nm zu emittieren, und bei dem die Gesamtdicke der aktiven Schichten zwischen 20 nm und 150 nm liegt.