CN108574028A - 发光二极管 - Google Patents

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Abstract

具有堆叠状结构的发光二极管，所述结构具有第一区域、第二区域和第三区域，其中，所有三个区域以如下顺序具有以下层：载体层、n掺杂的下包覆层和产生电磁辐射的有源层，其中，所述有源层包括量子阱结构，并且p掺杂的上包覆层和第一区域附加地具有构造在上包覆层上且由p+层和n+层构成的隧道二极管和n掺杂的电流分配层，其中，电流分配层和n掺杂的接通层以印制导线覆盖，并且对于第一区域附加地提及的层以上述顺序布置，并且其中，至少所述下包覆层、有源层、上包覆层、隧道二极管和电流分配层单片地构造，所述第二区域和第三区域不具有或仅部分地具有所述第一区域的附加层，并且所述第二区域具有底部区域的接通孔，并且在接通孔的底部区域中构造注入势垒，所述注入势垒面式地构造在上包覆层中或在上包覆层的表面处或在上包覆层的上方，并且所述印制导线以注入势垒覆盖，并且其中，所述第三区域有纹理地构造。

Description

发光二极管
技术领域
本发明涉及一种发光二极管。
背景技术
由DE 197 09 228 A1已知一种发光二极管，其为了改善光耦合输出具 有有纹理的区域，其中，边界面纹理周期性地相继具有峰和谷。
由DE 10 2007 032 555 A1已知一种发光二极管，其为了改善效率在接 通层与有源区域之间具有注入势垒，其中，所述注入势垒在有源区域的方 向上抑制接通部的纵向电流。
发明内容
在这些背景下，本发明的任务在于，说明一种扩展现有技术的设备。
所述任务通过一种具有权利要求1的特征的发光二极管以及通过一种 具有权利要求9的特征的方法解决。本发明的有利的构型是从属权利要求 的主题。
根据本发明的主题，提供一种具有上侧和下侧的堆叠状结构的发光二 极管。
主要由III-V族半导体层构成的堆叠状结构在上侧处具有第一区域、第 二区域和第三区域，其中，所有三个区域以如下顺序具有以下半导体层：
载体层、n掺杂的下包覆层和产生电磁辐射的有源(aktiv)层，其中， 所述有源层包括量子阱结构和p掺杂的上包覆层。
第一区域附加地具有构造在上包覆层上并且由p+层和n+层构成的隧道 二极管，其中，隧道二极管的p+层由III族砷化物构成或者包括III族砷化 物，并且隧道二极管的n+层由III族磷化物构成或者包括III族磷化物。
第一区域也具有n掺杂的电流分配层，其中，所述电流分配层由III族 砷化物构成或包括III族砷化物。
第一区域也具有n掺杂的接通层，其中，所述n掺杂的接通层由III族 砷化物构成或包括III族砷化物。
所述n掺杂的接通层以印制导线覆盖。
对于第一区域附加地提及的层以所提及的顺序布置。
至少下包覆层、有源层、上包覆层、隧道二极管和电流分配层单片地(monolithisch)构造。
第二区域和第三区域不具有或者至少部分地具有第一区域的附加层。
第二区域具有接通孔，所述接通孔具有底部区域，其中，在接通孔的 底部区域中附加地构造有以下层：
面式地构造在上包覆层中或在上包覆层的表面处或在上包覆 层的上方的注入势垒，以便抑制与堆叠方向相反的电流流动并且印制导线 以注入势垒覆盖。
第三区域构造为有纹理的，其中，所述纹理具有凹部并且凹部完全地 穿过电流分配层并且穿过隧道二极管的n+层。
需要说明的是，接通孔优选地具有平的底部区域。所述底部区域在一 种实施方式中由上包覆层构成。
在另一实施方式中，在底部区域中至少完整地移除电流分配层和隧道 二极管的n+磷化物层。
在另一实施方式中，在底部区域中也缺少隧道二极管的p+砷化物层， 也就是说，在底部区域中完全地移除隧道二极管。
优选地，接通孔的区域平地构造在上侧处并且用作用于LED的电接通 的焊盘区域(Padbereich)。换句话说，焊盘区域借助接合线与LED的连接 端连接。
由于几乎封闭的金属化层，在第二区域上方不发生光耦合输出。
可以理解，在第三区域上方几乎或完整地耦合输出LED的全部光。
需要说明的是，两个直接相邻的凹部之间构造隆起在在 凹部的底部区域中电流分配层和隧道二极管的n+层至少完全地移除期间， 在隆起的情况下，隧道二极管的n+层完整地或几乎完整地存在并且电流分 配层至少部分地或几乎完整地存在。
此外需要说明的是，上侧处的区域优选彼此邻接，并且尤其第二区域 具有接通层。
可以理解，第一区域不具有或几乎不具有纹理并且至少部分地由接通 层、优选以金属的接通层覆盖。
此外可以理解，在第三区域中隆起的侧壁优选不垂直地构造，并且侧 壁相对于底座的平面形成小于90°的角。
也可以理解，借助掩模处理将堆叠的表面划分成三个区域。
需要说明的是，概念“III族砷化物”可以理解为半导体材料，例如InGaAs 或GaAs或AlGaAs。
相应地，概念“III族磷化物”可以理解为半导体材料，例如InGaP或 InAlP或InP。
可以理解，堆叠状结构的概念包括叠置的半导体层或者堆叠由叠置的 半导体层构成。
优选地，起始于下包覆层至包括n掺杂的接通层的这些层借助金属有 机物气相外延(MOVPE)制造。视制造而定，也可以将单片地构造的层接 合到载体层上。
可以理解，安置在有源层上的其他层——包括隧道二极管的层对于有 源层的发射波长尽可能透明地构造。
当前结构的优点是：可以以简单且成本有利的方式提高光输出。此外， 有纹理的第三区域对提高光输出作贡献，以所述第三区域实现改善光耦合 输出。同时，以当前方案将在接合焊盘以外的区域中的电流注入以简单的 方式最小化，使得实现构件的更高的效率。需要说明的是，概念“光输出” 可以理解为与LED构件的功率消耗相关的以mW测量的光通量。
令人意外地示出，最上面的高掺杂的n+隧道二极管磷化物层相对于抗 湿法蚀刻表现出高选择性。换句话说，磷化物层是用于湿法蚀刻的蚀刻停 止层。即使在更长的湿法蚀刻时间的情况下也不蚀刻掉磷化物层。
由此，可以调节纹理的不同的侧壁轮廓和纹理的高度。可以理解，随 着蚀刻时间的提高一再进行侧壁的蚀刻并且最终降低纹理的高度。优选地， 借助强烈各向异性地作用的湿法蚀刻溶液、例如借助过氧化物-磷酸执行湿 法蚀刻。在此，借助抗蚀剂掩模(Lackmaske)保护第一区域免受湿法蚀刻 溶液的侵蚀。可以理解，替代湿法蚀刻也可以使用干法蚀刻处理。
在随后的优选地构造为湿法蚀刻步骤的处理步骤中可以移除n+磷化物 隧道二极管层。优选地，为此可以使用盐酸。研究已经示出，借助盐酸可 以相对于直接处于下面的p+砷化物隧道二极管层非常选择性地将n+磷化物 隧道二极管层移除。在一种扩展方案中，也可以在另一湿法蚀刻步骤中随 后也移除先前露出的p+砷化物隧道二极管层。
令人意外地示出，借助具有接下来的蚀刻的唯一的掩模步骤，有纹理 的第三区域和第二区域可以同时形成接通孔。
需要说明的是，非常有利的是，在蚀刻之后在第二区域的底部区域中 构造注入势垒。
由此，尽管蚀刻n掺杂的电流分配层和隧道二极管的n+层，但可以以 简单、可靠且成本有利的方式显著提高光输出。换句话说，电流分配层的 作用通过蚀刻不受影响或仅少许地受影响。
在一种扩展方案中，注入势垒包括pn结和绝缘层或pn结或绝缘层或 者由pn结和绝缘层或pn结或绝缘层构成。
在一种实施方式中，将包含n掺杂剂的金属层引入到接通孔的底部区 域上。其方式是：由p+隧道二极管层或在一种扩展方案中由上包覆层形成 底部区域，可以简单且成本有利地形成呈截止的pn结的形式的注入势垒。
在另一实施方式中，在接通孔的底部的区域中和在纹理的凹部中形成 AlGaAs层。
在一种扩展方案中，载体层与下包覆层之间布置有镜层。借助镜层将 有源层中与堆叠方向相反地发射的光子镜层朝向堆叠反射回去。由此提高 光输出。
根据一种替代的实施方式，堆叠状结构的下侧由载体层或与载体层连 接的接通层形成。
在另一扩展方案中，凹部延伸穿过整个隧道二极管直至上包覆层。换 句话说，两个隧道二极管在第二区域的底部区域中并且在第三区域的底部 区域中并且被完全地移除。
根据一种替代的实施方式，凹部截多面体形地构造或者具有盆形的横截面。
根据另一实施方式，凹部具有侧凹。
在另一扩展方案中，下包覆层和上包覆层由III族砷化物构成或包括III 族砷化物。
根据本发明的另一主题，提供一种用于制造具有第一区域、第二区域 和第三区域的发光二极管的制造方法，其具有以下步骤：
提供堆叠状结构，其具有上侧和下侧，主要由III-V族半导体层构成， 其中，堆叠状结构具有形成下侧的载体、下包覆层、具有量子阱结构的产 生电磁辐射的层、p掺杂的上包覆层、由p+层和n+层形成的隧道二极管和n 掺杂的电流分配层、以及n掺杂的接通层。
上述堆叠状结构的半导体层以所提及的顺序布置。
隧道二极管的p+层、电流分配层和n掺杂的接通层分别包括III族砷化 物或分别由III族砷化物构成。
隧道二极管的n+层包括III族磷化物或由III族磷化物构成。
在掩模处理期间将光敏感层施加到堆叠状结构的上侧上并且对所述光 敏感层进行结构化。
接下来，从堆叠状的结构的上侧出发各向异性地蚀刻这些层，其中， 在第二区域中形成接通孔，并且同时蚀刻第三区域中的层用于产生纹理。
在蚀刻时，在两个区域处——也就是说，第二区域和第三区域——隧 道二极管的含磷化物的n+层分别用作蚀刻停止。
在接通孔的底部区域中形成面式的注入势垒，并且在第二区域中沉积 印制导线且对其进行结构化用于充填接通孔，并且在第一区域中构造连接 接通指(Anschlusskontaktfinger)。
在一种扩展方案中，在第二区域的底部区域中和在第三区域的底部区 域中移除隧道二极管的含砷化物的p+层。
在一种实施方式中，在接通孔的底部处和在纹理的凹部中移除隧道二 极管的含磷化物的n+层。
在另一扩展方案中，借助湿法蚀刻在使用过氧化物-磷酸的情况下执行 至少一个蚀刻步骤。
可以理解，掩模处理包括其他处理步骤如曝光和移除经曝光的区域中 的抗蚀剂(Lack)。后者始于正性抗蚀剂处理。
附图说明
以下参照附图进一步阐述本发明。在此，同类的部分以同样的标志来 标记。所显示的实施方式是强烈示意性的，也就是说，间距以及横向和纵 向的延伸不是按比例的并且——只要未另外说明——互相也不具有能推导 的几何关系。在此示出：
图1：发光二极管的根据本发明的第一实施方式的俯视图；
图2A：发光二极管的堆叠状结构的根据本发明的第一实施方式的侧视 图；
图2B：发光二极管的堆叠状结构的根据本发明的第二实施方式的侧视 图；
图3A-C：纹理的三种实施方式；
图4：纹理的第四实施方式；
图5：沿图1中的线A-A的截面图；
图6：沿图1中的线B-B的截面图；
图7：图1中的发光二极管的其他截面图。
具体实施方式
图1的图示出根据本发明的发光二极管10的第一实施方式的俯视图， 所述发光二极管具有基本上由III-V族半导体材料构成的堆叠状结构12，其 中，上侧30具有第一区域31、第二区域32和第三区域33。
第一区域31构造为具有四个从环延伸离开的指(Finger)的环。第二 区域32在由环包围的圆形面上延伸。所述圆形面表示以金属的层序列充填 的接通孔。第三区域33在堆叠状结构12的上侧30的剩余面上延伸并且是 有纹理的。
在图2A的图中以侧视图示出堆叠状结构12的结构。
结构12具有载体层14、n掺杂的下包覆层16、产生电磁辐射的有源层 18。结构12还具有p掺杂的上包覆层20、由p+层22和n+层24构成的隧 道二极管26和n掺杂的电流分配层28。在电流分配层28上布置有n接通 层34。
所述层以所提及的顺序布置。有源层18包括量子阱结构。所述层是单 片的，也就是说，所述层直接在载体层上生长。
图2B的附图示出叠堆状结构12的一种替代的结构，其中，仅从下包 覆层16直至n接通层34的这些层是单片的。在载体层14与单片的层之间 布置有镜层15。
第一区域31由n掺杂的接通层34形成并且用于电流耦合输入。
第二区域32由上包覆层20和隧道二极管26的p+砷化物层22形成， 其中，并且不仅完全地缺少电流分配层28而且完全地缺少隧道二极管26 的n+磷化物层24。在一种扩展方案中，第二区域32由上包覆层20构成， 其中，不仅缺少电流分配层28，而且缺少隧道二极管26的n+磷化物层24 和p+砷化物层。
第三区域33的纹理用于提高光输出。
附图3A、3B和3C的示图以侧视图示出纹理的不同构型，其中，为了 简化不显示所有布置在上包覆层20以下的层。纹理具有凹部36，其中，所 述凹部穿过电流分配层28和隧道二极管26的n+层24。
凹部36的横截面截圆锥形地或替代地盆形地构 造。根据在图3C中示出的实施方式，凹部36的横截面具有侧凹38。
在图4的图中描绘有纹理的第三区域33的凹部36的另一实施方式， 其中，凹部36分别穿过电流分配层28并且穿过整个隧道二极管26直至到 达下包覆层20。
在图5的图中示出沿图1的线A-A的截面。以下仅阐述与图1中的示 图的区别。为了简化显示，不显示布置在上包覆层20以下的所有层。
在有纹理的第三区域33之间可以看出指状的第一区域31的横截面。 通过电流分配层28上的n掺杂的接通层34形成第一区域31。
在第一区域31上布置有印制导线40。印制导线40是发光二极管10的 前侧接通部的部分。通过凹部形成有纹理的第三区域33，所述凹部延伸穿 过电流分配层和整个隧道二极管26。
在图6的图中示出沿图1的线B-B的截面。以下仅阐述与图1中的示 图的区别。为了简化显示，不显示布置在上包覆层20以下的所有层。
第一区域31连接到具有延伸直至上包覆层20的凹部的有纹理的第三 区域33处。
可以看出第一区域31的环形结构的横截面，其中，第一区域31通过n 掺杂的接通层34构造，所述接通层布置在电流分配层28上。由上包覆层 20形成的第二区域32连接到第一区域31处，由此，叠堆状结构的上侧30 在过渡区域中具有阶梯(Stufe)。所述阶梯是具有平的底部区域的接通孔的 一部分。在接通孔的底部区域中形成注入势垒27，以便抑制与堆叠方向相 反的输入电流。优选地，注入势垒包括pn结。
在第一区域31和第二区域32上布置有能够导电的材料，所述材料在 阶梯上方延伸并且构成发光二极管10的前侧接通部的另一部分。
能够导电的材料与第二区域32之间的接通电阻比能够导电的材料与接 通层34之间的接通电阻大至少10倍。由此抑制向下的、朝向有源层18的 不期望的电流流动。
在图7的附图中示出根据本发明的发光二极管10的另一步骤。
以下仅阐述与上述图中的示图的区别。堆叠状结构12相应于在图2B 中示出的实施方式具有镜层19，有纹理的第三区域的凹部36穿过整个隧道 二极管26直至到达上包覆层20。

Claims (13)

1.一种发光二极管(10)，其具有主要由III-V族半导体层构成的堆叠状结构(12)，所述发光二极管具有：
第一区域(31)、第二区域(32)和第三区域(33)，其中，所有三个区域(31，32，33)以如下顺序具有以下半导体层：载体层(14)、n掺杂的下包覆层(16)、产生电磁辐射的有源层(18)、p掺杂的上包覆层(20)，其中，所述有源层(18)包括量子阱结构，
其特征在于，
所述第一区域(31)附加地具有：
隧道二极管(26)，其构造在所述上包覆层(20)上并且由p+层(22)和n+层(24)构成，其中，所述隧道二极管(26)的p+层(22)由III族砷化物构成或者包括III族砷化物，并且所述隧道二极管(26)的n+层(24)由III族磷化物构成或者包括III族磷化物；
n掺杂的电流分配层(28)，其中，所述电流分配层(28)由III族砷化物构成或者包括III族砷化物；
n掺杂的接通层(34)，其中，所述n掺杂的接通层(34)由III族砷化物构成或者包括III族砷化物，并且所述n掺杂的接通层(34)以印制导线(40)覆盖，
并且对于所述第一区域(31)附加地提及的层以上面提及的顺序布置，
其中，至少所述下包覆层(16)、所述有源层(18)、所述上包覆层(20)、所述隧道二极管(26)和所述电流分配层(28)单片地构造，
所述第二区域(32)和所述第三区域(33)不具有或部分地具有所述第一区域(31)的附加层，
所述第二区域(32)具有接通孔，所述接通孔具有底部区域，并且在所述接通孔的底部区域中附加地构造有以下层：
注入势垒(27)，其面式地构造在所述上包覆层(20)中或在所述上包覆层(20)的表面处或在所述上包覆层(20)的上方，以便抑制与所述堆叠方向相反的电流流动；
印制导线(40)，所述注入势垒(27)以所述印制导线覆盖；
所述第三区域(33)有纹理地构造，其中，所述纹理具有凹部(36)并且所述凹部(36)完全地穿过所述电流分配层(28)并且穿过所述隧道二极管(26)的n+层(24)。
2.根据权利要求1所述的发光二极管(10)，其特征在于，在所述接通孔的底部区域中和在所述纹理的凹部中构造有AlGaAs层。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的发光二极管(10)，其特征在于，所述注入势垒(27)包括pn结和/或绝缘层，或由pn结或绝缘层构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发光二极管(10)，其特征在于，在所述载体层(14)与所述下包覆层(16)之间布置有镜层(15)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的发光二极管(10)，其特征在于，所述堆叠状结构(12)的下侧由所述载体层(14)形成或由与所述载体层(14)连接的接通层形成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的发光二极管(10)，其特征在于，所述凹部(36)穿过整个隧道二极管(22)直至到达所述上包覆层(20)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的发光二极管(10)，其特征在于，所述凹部(36)截多面体形地构造。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的发光二极管(10)，其特征在于，所述凹部(36)具有盆形的横截面。
9.根据权利要求8所述的发光二极管(10)，其特征在于，所述凹部具有侧凹(38)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的发光二极管(10)，其特征在于，所述下包覆层(16)和所述上包覆层(20)由III族砷化物构成或包括III族砷化物。
11.一种用于制造发光二极管(10)的制造方法，所述发光二极管具有第一区域(31)、第二区域(32)和第三区域(33)，所述制造方法具有以下方法步骤：
提供堆叠状结构(12)，其具有上侧和下侧并且主要由III-V族半导体层构成，其中，所述堆叠状结构(12)具有形成所述下侧的载体(14)、下包覆层(16)、具有量子阱结构的产生电磁辐射的有源层(18)、p掺杂的上包覆层(20)、由p+层(22)和n+层(24)形成的隧道二极管(26)、n掺杂的电流分配层(28)和n掺杂的接通层(34)，并且上面提及的半导体层以所提及的顺序构造，并且所述隧道二极管(26)的p+层(22)和所述电流分配层(28)分别包括III族砷化物或由III族砷化物构成，并且所述隧道二极管(26)的n+层(24)包括III族磷化物或由III族磷化物构成；
在掩模处理期间将光敏感层施加到所述堆叠状结构(12)的上侧(30)上并且对所述光敏感层进行结构化；
从所述堆叠状结构(12)的上侧出发，在所述第二区域(32)中各向异性地蚀刻这些层以形成接通孔，同时，在所述第三区域中(33)蚀刻这些层以产生纹理，其中，在蚀刻两个区域(32，33)时，所述隧道二极管(26)的含磷化物的n+层(24)分别用作蚀刻停止；
在所述接通孔的底部区域中形成面式的注入势垒(27)，并且在所述第二区域(32)中沉积印制导线(40)且对其进行结构化以充填所述接通孔，并且在所述第一区域(31)中形成连接接通指。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在所述接通孔的底部处和在所述纹理的凹部中移除所述隧道二极管(26)的含磷化物的n+层(24)。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的制造方法，其特征在于，借助在使用过氧化物-磷酸的情况下的湿法蚀刻执行至少一个蚀刻步骤。
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