DE10153321B4 - Leuchtdiode mit Bragg-Reflektor und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

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Abstract

Eine Leuchtdiodenstruktur (LED) umfassend:
ein Substrat (20) mit einer ersten Oberfläche auf einer Seite und einer zweiten Oberfläche auf der anderen Seite, wobei eine erste Elektrode (40) auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist,
eine auf der zweiten Oberfläche ausgebildete Epitaxialstruktur, wobei die Epitaxialstruktur durch mehrere III-V-Verbindungshalbleiter-Epitaxialschichten ausgebildet ist, einschließlich einer aktiven Schicht (14) und einer Bragg-Reflektor-Schicht (19), die zwischen der aktiven Schicht (14) und dem Substrat (20) angeordnet ist, wobei die Bragg-Reflektor-Schicht (19)
zumindest eine erste Halbleiterschicht (19a, 19b) mit oxidierbarem Halbleitermaterial, wobei ein Abschnitt (19a) der zumindest einen ersten Halbleiterschicht zum Ausbilden einer stromisolierenden Schicht oxidiert ist, wobei der oxidierte Abschnitt der wenigstens einen ersten Halbleiterschicht (19a, 19b) ein Bestandteil des die von der aktiven Schicht (14) emittierte Strahlung reflektierenden Bereichs der Bragg-Reflektor-Schicht (19) ist und wobei ein nicht-oxidierter Abschnitt der wenigstens einen ersten Halbleiterschicht (19a, 19b) unter einem aktiven Bereich der aktiven Schicht (14) liegt,...

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leuchtdiodenchipstruktur (LED) und ein Verfahren zum Herstellen derselben und insbesondere eine eine Bragg-Reflexionsschicht verwendende Leuchtdiodenchipstruktur mit einer hohen Reflektivität zum Erhöhen der Helligkeit der Leuchtdiode.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Eine herkömmliche AlGaInP-Leuchtdiode, wie sie in 1 gezeigt ist, weist eine Doppel-Heterostruktur (DH) auf und ist aus einer unteren n-Typ-(AlxGa1-x)0,5In0,5P-Mantelschicht 4 mit einem Al-Anteil von etwa 0,7 bis etwa 1,0, die auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 3 ausgebildet ist, einer aktiven (AlxGa1-x)0,5In0,5P-Schicht, einer oberen p-Typ-(AlxGa1-x)0,5In0,5P-Mantelschicht 6 mit einem Al-Anteil von etwa 0,7 bis etwa 1,0 und einer einen hohen Bandabstand aufweisenden GaP oder AlGaAs-Fensterschicht 7 des p-Typs zusammengesetzt. Die von der herkömmlichen Leuchtdiodenstruktur ausgesandte Wellenlänge kann durch Ändern der Zusammensetzung der aktiven Schicht 5 geändert werden und die Wellenlänge kann daher von 650 nm (rotes Licht) bis zu 555 nm (rein grünes Licht) verändert werden. Ein Nachteil der herkömmlichen Leuchtdiode liegt jedoch darin, dass das in der aktiven Schicht erzeugte Licht tief in das GaAs-Substrat emittiert wird, so dass das Licht leicht von dem GaAs-Substrat absorbiert wird, da das GaAs-Substrat einen kleinen Bandabstand aufweist. Dem gemäß kann eine Leuchtdiode mit hohem Wirkungsgrad nicht hergestellt werden.
  • Mehrere herkömmliche Techniken bezüglich Leuchtdioden sind veröffentlicht worden, die die Vermeidung der Absorption des Lichtes durch das Substrat betreffen. Jedoch weisen diese herkömmlichen Techniken noch einige Nachteile und Einschränkungen auf. Beispielsweise betrifft das von Sugawara et al. veröffentlichte und in Appl. Phys Lett., Ausgabe 61, 1775-1777 (1992) veröffentlichte Verfahren das Hinzufügen einer verteilten Bragg-Reflektor-Schicht (DBR) zu einem GaAs-Substrat zum Reflektieren des in das GaAs-Substrat eintretenden Lichtes, wodurch das von dem GaAs-Substrat absorbierte Licht vermindert wird. Da die DBR-Schicht jedoch nur wirksam Licht etwa senkrecht zum GaAs-Substrat reflektieren kann, ist der Wirkungsgrad nicht sehr gut.
  • Kish et al. veröffentlichten ein Wafer-gebundenes transparentes Substrat (TS) für eine (AlxGa1-x)0,5In0,5P/GaP Leuchtdiode (Appl. Phys Lett., Ausgabe 64, Nr. 21, 2839 (1994); „Very high-efficiency semiconductor wafer-bonded transparent-substrate (AlxGa1-x)0,5In0,5P/GaP"], wobei die TS-AlGaInP-Leuchtdiode durch Anwachsen einer sehr dicken (etwa 50 μm) p-Typ GaP-Fensterschicht mit dem Verfahren der Hydrid-Dampfphasenepitaxie (HVPE) hergestellt wird. Nach dem Bonden wird das n-Typ GaAs-Substrat selektiv durch Verwendung herkömmlicher chemischer Ätztechniken entfernt. Die freigelegten n-Typ-Schichten werden folglich auf ein n-Typ GaP-Substrat mit einer Dicke von 0,203-0,254 mm gebondet. Die sich ergebende TS-AlGaInP-Leuchtdiode zeigt eine zweifach verbesserte Lichtleistung im Vergleich zu einer AlGaInP-Leuchtdiode mit dem absorbierenden Substrat (AS). Jedoch ist das Herstellungsverfahren der TS-AlGaInP-Leuchtdiode zu kompliziert. Daher ist es schwierig, die TS-AlGaInP-Leuchtdiode mit hohem Durchsatz und geringen Kosten herzustellen.
  • Horng et al. berichteten über eine AlGaInP/Metall/SiO2/Si-Leuchtdiode mit einem Spiegelsubstrat (MS), das durch eine Waferverbundtechnik hergestellt wird [Appl. Phys Lett., Ausgabe 75, Nr. 20, 3054 (1999); „AlGaInP light-emitting diodes with mirror substrates fabricated by wafer bonding"], wobei AuBe/Au als Haftmittel verwendet wird, um das Si-Substrat und die Leuchtdioden-Epischichten zu verbinden. Jedoch beträgt die Leuchtintensität der AlGaInP-MS-Leuchtdiode nur etwa 90 mcd bei einem Injektionsstrom von 20 mA, was 40% geringer als die der TS-AlGaInP-Leuchtdiode ist. Da die p-Elektrode und die n-Elektrode auf derselben Seite ausgebildet sind, kann die Größe des Chips nicht vermindert werden. Daher ist die Chipgröße größer als bei herkömmlichen Leuchtdiodenchips, bei welchen eine p-Elektrode auf einer Seite und eine n-Elektrode auf der anderen Seite ausgebildet ist. Folglich kann dieser Typ von Leuchtdiodenchip den Trend, die Packungsgröße weiter zu miniaturisieren, kaum befriedigen.
  • US 5,724,374 A offenbart eine Blendenöffnung, die einen oxidierten Bereich und ein Halbleitermaterial umfasst. Die Blendenöffnung umfasst: mindestens eine erste Schicht, die in einem seitlich orientierten ersten Bereich oxidiert ist, wobei die erste Schicht innerhalb eines seitlich orientierten zweiten Bereichs modifiziert wird, wobei der zweite Bereich weniger oxidiert ist als der erste Bereich und eine zweite Schicht, die in Kontakt mit der ersten Schicht aufgebracht ist, wobei die zweite Schicht weniger oxidiert ist als die erste Schicht. Die Vorrichtung weist weiterhin eine nicht-planare Grenze mit oberen und unteren Grenzoberflächen und Seitenwänden auf, die die obere und die untere Grenzoberfläche verbinden, wobei die obere Grenzoberfläche als eine obere Oberfläche der zweiten Schicht oberhalb des seitlich orientierten ersten Bereichs definert ist, und die untere Grenzoberfläche als eine Bodenoberfläche des seitlich orientierten zweiten Bereichs definiert ist. Die ersten und zweiten Bereiche definieren die Blendenöffnungen.
  • JP 2000077726 A offenbart ein Halbleiterelement und ein zugehöriges Herstellungsverfahren, wobei ein Leuchtdiodenelement in eine Struktur eingearbeitet ist, bei der jede Schicht, wie z.B. eine Schicht vom n-Typ, eine aktive Schicht, eine Schicht vom p-Typ und eine p-seitige transparente Elektrodenschicht auf einem isolierenden Substrat aufgeschichtet sind, das aus einem Al2O3-Film besteht. Ein Teil der Schicht vom n-Typ ist freigelegt. Ein ohmscher Kontaktbereich, welcher als eine Elektrode verwendet wird, die auf der Seite der Oberfläche eines Halbleiterelements freiliegt, wird sowohl auf der Schicht vom n-Typ als auch auf der Rückseite des Substrats ausgebildet. Ein rückseitiger Verbindungsflächenbereich mit einer Leitfähigkeit wird so ausgebildet, dass er sich über die gesamte Oberfläche der Rückseite des Substrats erstreckt.
  • US 6,064,683 A offenbart eine Leuchtvorrichtung mit einem ersten Spiegel, einer aktiven Schicht, einem zweiten Spiegel und einem Berylium-Implantat, was zu einer peripheren Grenze eines Wellenleiters durch die ersten und zweiten Spiegel, die aktive Schicht und die Fallen ("Trapping")-Schicht führt. Ein p-n-Übergang befindet sich innerhalb des Implantationsbereichs und des Wellenleiters. Die Anschaltspannung ist für den Übergang innerhalb des Wellenleiters geringer als innerhalb des Implantationsbereichs, was zu einer Beschränkung des Stroms innerhalb des Wellenleiters bei einer an die Vorrichtung angelegten Spannung führt, welche höher als die niedrigere Übergangsspannung und niedriger als die höhere Übergangsspannung ist. Die Vorrichtung weist auch eine Elektronenfallen-Schicht zwischen dem ersten Spiegel und der aktiven Schicht auf, und eine Leitschicht, die auf dem zweiten Spiegel angeordnet ist.
  • WO 97/22991 A1 offenbart ein leitfähiges Element mit einer seitlichen Oxidationstrennschicht für die Steuerung eines seitlichen bzw. lateralen Oxidationsprozesses in Halbleitervorrichtungen, wie beispielsweise Lasern, VCSELn und Leuchtdioden. Die Oxidationsschicht wird durch Modifikation einer oder mehrerer Schichten gebildet, die ursprünglich einer Oxidation zugänglich waren. Die Qualität des direkt unterhalb der Oxidationstrennschicht vorhandenen Materials kann bewahrt werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Wie es oben beschrieben ist, weisen die herkömmlichen Leuchtdioden viele Nachteile auf. Daher sieht die vorliegende Erfindung eine Leuchtdiodenstruktur und ein Herstellungsverfahren für dieselbe zum Beseitigen der Nachteile der herkömmlichen Leuchtdioden vor.
  • Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Leuchtdiodenstruktur und ein Herstellungsverfahren derselben vorzusehen. Mit dieser Erfindung wird durch Verwendung einer hoch reflektierenden Bragg-Reflektor-Schicht vermieden, dass emittiertes Licht durch ein Substrat absorbiert wird.
  • Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Leuchtdiodenstruktur und ein Herstellungsverfahren derselben vorzusehen. Die vorliegende Erfindung sieht eine Bragg-Reflektor-Schicht durch Ausbilden einer einen hohen Anteil Aluminium enthaltenden AlGaAs/AlGaInP-Schicht oder einer einen hohen Anteil Aluminium enthaltenden AlGaAs-/einen geringen Anteil Aluminium enthaltenden AlGaAs-Schicht auf dem Substrat vor, bevor die Epitaxialstruktur der Leuchtdiode ausgebildet wird. Da das einen hohen Anteil Aluminium enthaltende AlGaAs leicht oxidiert, kann das einen hohen Anteil Aluminium enthaltende AlGaAs zum Ausbilden eines Oxids mit geringem Brechungsindex oxidiert werden. Folglich ist die Reflektivität und sind die hoch reflektierenden Bereiche der oxidierten Bragg-Reflektor-Schicht viel größer als jene herkömmlicher Bragg-Reflektor-Schichten.
  • Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine Leuchtdiodenstruktur und ein Herstellungsverfahren derselben vorzusehen. Da die oxidierte AlGaAs-Schicht elektrisch isolierend ist, begrenzt die Bragg-Reflektor-Schicht folglich den Strom auf die nicht-oxidierten Bereiche der einen hohen Anteil Aluminium enthaltenden AlGaAs- Schicht. Weiterhin sollte die Dicke der unteren Mantelschicht größer als 0,5 μm sein, um eine gleichmäßige Stromdichte in der aktiven Schicht zu erzielen, wobei die Lichtintensität in diesem Chip gleichmäßig ist und nicht auf den zentralen Bereich beschränkt ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtdioden kann die Lichtintensität drastisch verbessert werden, da das meiste des emittierten Lichtes durch den oxidierten Bragg-Reflektor mit hoher Reflektivität zurück reflektiert werden kann.
  • Die vorgenannten Aufgaben werden durch eine Leuchtdiodenstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Leuchtdiodenstruktur (LED) umfasst:
    ein Substrat mit einer ersten Oberfläche auf einer Seite und einer zweiten Oberfläche auf der anderen Seite, wobei eine erste Elektrode auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist,
    eine auf der zweiten Oberfläche ausgebildete Epitaxialstruktur, wobei die Epitaxialstruktur durch mehrere III-V-Verbindungshalbleiter-Epitaxialschichten ausgebildet ist, einschließlich einer aktiven Schicht und einer Bragg-Reflektor-Schicht, die zwischen der aktiven Schicht und dem Substrat angeordnet ist, wobei die Bragg-Reflektor-Schicht
    zumindest eine erste Halbleiterschicht mit oxidierbarem Halbleitermaterial, wobei ein Abschnitt der zumindest einen ersten Halbleiterschicht zum Ausbilden einer stromisolierenden Schicht oxidiert ist, wobei der oxidierte Abschnitt der wenigstens einen ersten Halbleiterschicht ein Bestandteil des die von der aktiven Schicht emittierte Strahlung reflektierenden Bereichs der Bragg-Reflektor-Schicht ist und wobei ein nicht-oxidierter Abschnitt der wenigstens einen ersten Halbleiterschicht unter einem aktiven Bereich der aktiven Schicht liegt, und
    zumindest eine zweite Halbleiterschicht aufweist, wobei die wenigstens eine zweite Halbleiterschicht und die wenigstens eine erste Halbleiterschicht aufeinander gestapelt sind, und
    eine auf der Epitaxialstruktur ausgebildete zweite Elektrode.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ausbilden einer Leuchtdiode umfasst folgende Schritte:
    Vorsehen eines Substrates,
    Ausbilden einer Epitaxialstruktur auf einer ersten Oberfläche des Substrates, wobei die Epitaxialstruktur durch mehrere III-V-Verbindungshalbleiter-Epitaxialschichten ausgebildet wird, einschließlich einer aktiven Schicht und einer Bragg-Reflektor-Schicht, die zwischen der aktiven Schicht und dem Substrat angeordnet ist, wobei die Bragg-Reflektor-Schicht
    zumindest eine erste Halbleiterschicht mit oxidierbaren Halbleitermaterial, und
    zumindest eine zweite Halbleiterschicht, wobei die wenigstens eine zweite Halbleiterschicht und die wenigstens eine erste Halbleiterschicht aufeinander gestapelt sind, aufweist,
    Ausführen einer Oxidationsbehandlung zum Ausbilden einer hohen Reflektivität und einer Stromisolationsschicht in einem Bereich der wenigstens einen ersten Halbleiterschicht, wobei ein nicht-oxidierter Abschnitt der zumindest einen ersten Halbleiterschicht unter einem aktiven Bereich der aktiven Schicht liegt,
    Ausbilden einer ersten Elektrode auf einer zweiten Oberfläche des Substrates, und Ausbilden einer zweiten Elektrode auf der Epitaxialstruktur.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorgehend erläuterten Aspekte und viele der damit zusammenhängenden Vorteile dieser Erfindung werden einfacher aufgenommen, da diese durch das Studium der folgenden genauen Beschreibung besser verstanden werden, welche Bezug auf die beigefügten Zeichnungen nimmt, worin:
  • 1 ein schematisches Diagramm ist, das eine herkömmliche Struktur einer Leuchtdiode zeigt,
  • 2 ein schematisches Diagramm ist, das eine Epitaxialstruktur einer Leuchtdiodenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 3A und 3B ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht und einer Querschnittsansicht der Leuchtdiode zeigen,
  • 4 die Reflektivität im Abhängigkeit von der auf den Bragg-Reflektor gemäß der vorliegenden Erfindung und gemäß dem Stand der Technik gerichtete Wellenlänge zeigt,
  • 5A und 5B ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Draufsicht und eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V aus 5A zeigen, und
  • 6 die Beziehung zwischen der Reflektivität und einer Paar-Zahl der Bragg-Reflektorschichten gemäß der vorliegenden Erfindung und gemäß dem Stand der Technik zeigt.
  • Genaue Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Die vorliegende Erfindung offenbart eine Leuchtdiodenstruktur und ein Herstellungsverfahren derselben und wird im Detail wie folgt beschrieben:
    Gemäß der vorliegenden Erfindung (siehe 2) ist die Epitaxialstruktur der Leuchtdiode zusammengesetzt aus
    einem n-Typ GaAs-Substrat 20,
    einer Bragg-Reflektor-Schicht 19,
    einer unteren n-Typ (AlxGa1-x)0,5In0,5P-Mantelschicht 16 mit einem Al-Anteil von etwa 0 ≤ x ≤ 0,45,
    einer (AlxGa1-x)0,5In0,5P aktiven Schicht 14 mit einem Al-Anteil von etwa 0 ≤ x ≤ 0,45,
    einer oberen p-Typ (AlxGa1-x)0,5In0,5P-Mantelschicht 12, und
    einer Ohm'schen p-Typ-Kontaktschicht 10.
  • In der obigen Beschreibung ist das Verhältnis des Verbindungshalbleiters, wie zum Beispiel (AlxGa1-x)0,5In0,5P lediglich als Beispiel angegeben, auf das die vorliegende Erfindung nicht beschränkt ist. Die Struktur der AlGaInP aktiven Schicht 14 kann darüber hinaus gemäß der Erfindung eine DH-Struktur oder eine mehrfache Quantenpotentialtopfstruktur (MQW) sein. Die DH-Struktur umfasst eine untere n-Typ (AlxGa1-x)0,5In0,5P-Mantelschicht 16 mit einem Al-Anteil von etwa 0,5 ≤ x ≤ 1, eine aktive (AlxGa1-x)0,5In0,5P-Schicht 14 und eine obere p-Typ (AlxGa1-x)0,5In0,5P-Mantelschicht 12 mit einem Al-Anteil von etwa 0,5 ≤ x ≤ 1, wie es in 1 gezeigt ist.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Bragg-Reflektor-Schicht 19 zwischen dem n-Typ GaAs-Substrat 20 und der unteren Mantelschicht 16 angeordnet. Die Bragg-Reflektor-Schicht 19 umfasst mehrere, in einer aufeinandergeschichteten Struktur ausgebildete AlGaAs/AlGaInP-Schichten mit einem hohen Aluminiumanteil oder mit hohem Aluminiumanteil ausgebildete AlGaAs-/mit geringem Aluminiumanteil ausgebildete AlGaInP-Schichten. Nachdem die Oxidation der Bragg-Reflektor-Schicht ausgeführt worden ist, ist das ausgebildete Oxid ein Isolator mit einem geringen Brechungsindex und der Bragg-Reflektor, wie er gemäß obiger Beschreibung ausgebildet ist, kann das durch die aktive Schicht 14 emittierte Licht reflektieren. Die Dicke einer jeden Schicht kann entsprechend λ/4n ausgebildet werden, wobei λ die Wellenlänge des Lichtes und n der Brechungsindex sind.
  • Die 3A und 3B zeigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht der Leuchtdiode. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Bragg-Reflektor-Schicht 19 drei Paar AlGaAs/AlGaInP-Schichten 19c mit einem hohen Aluminiumanteil. Wegen der Eigenschaft der einfachen Oxidation der AlGaAs-Schichten mit hohem Aluminiumanteil wird die Oxidationsbehandlung auf der AlGaAs-Schicht mit hohem Aluminiumanteil ausgeführt. Hierbei wird die Temperatur in einem Bereich zwischen 300 und 600°C gesteuert. Eine AlxOy-Schicht 19a ist am seitlichen Abschnitt der AlGaAs-Schicht mit hohem Aluminiumanteil bis zum zentralen Abschnitt ausgebildet und ein nicht-oxidierter Bereich 19b der AlGaAs-Schicht mit hohem Aluminiumanteil ist im Zentrum angeordnet. Schließlich werden eine n-Elektrode 40 und eine p-Elektrode 30 auf dem n-Typ GaAs-Substrat 20 und der p-Typ Ohm'schen Kontaktschicht 10 ausgebildet.
  • Nach der Oxidationsbehandlung beträgt der Brechungsindex der AlxOy-Schicht 19a 1,6, der sich somit vom Brechungsindex von AlGaAs mit geringem Aluminiumanteil oder von AlGaInP von etwas mehr als 3 unterscheidet. Folglich kann die durch die Bragg-Reflektor-Schicht 19 reflektierte Wellenlänge fast das gesamte sichtbare Spektrum zwischen 500-800 nm abdecken, wie es in 4 gezeigt ist. Hierdurch kann die Bragg-Reflektor-Schicht 19 fast 100% des durch die aktive Schicht 14 erzeugten emittierten Lichtes reflektieren. Darüber hinaus kann gemäß der elektrischen Isolationseigenschaft der AlxOy-Schicht 19a, die Bragg-Reflektor-Schicht den Strom innerhalb der nicht-oxidierten Bereiche der AlGaAs-Schicht 19b mit hohem Aluminium-Anteil begrenzen. Weil die untere Mantelschicht 16 zwischen der Bragg-Reflektor-Schicht 19 und der aktiven Schicht 14 eingefügt ist, kann die Lichtintensität wesentlich erhöht werden.
  • Wenn der begrenzte Strom durch den entsprechenden Bereich der aktiven Schicht 14 fließt, dann ist die Intensität des durch die aktive Schicht 14 emittierten Lichtes größer als davor. Gemäß den oben beschriebenen Faktoren wird die Lichtintensität durch die vorliegende Erfindung offensichtlich erheblich gesteigert. Die in diesem Ausführungsbeispiel gezeigte Bragg-Reflektor-Schicht ist zwischen dem n-Typ GaAs-Substrat und der unteren Mantelschicht angeordnet, wobei die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist. Die Bragg-Reflektor-Schicht kann auch in der unteren Mantelschicht angeordnet sein.
  • Die 5A und 5B zeigen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Draufsicht der Leuchtdiode und eine Querschnittsansicht der Leuchtdiode entlang der Linie V-V aus 5A. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Bragg-Reflektor-Schicht 19 mehrere Paare Schichten aus AlGaAs/AlGaInP mit hohem Aluminiumanteil oder Schichten 19c aus AlGaAs mit hohem Aluminiumanteil und AlGaAs mit geringem Aluminiumanteil. Zur Verminderung der Oxidationszeit sieht die vorliegende Erfindung eine kreuzförmige Ausnehmung bzw. Kerbe 25 durch Ätzen des n-Typ GaAs-Substrates 20 vor, durch welche die Bragg-Reflektor-Schicht 19 in vier Teile getrennt wird. Folglich können mehrere Reflexionsbereiche des einen hohen Aluminiumanteil enthaltenden AlGaAs während der Oxidationsbehandlung oxidiert werden. Mit einer sorgfältigen Steuerung können mehrere AlxOy-Schichten 19a am seitlichen Bereich der AlGaAs-Schicht mit einem hohen Aluminiumanteil ausgebildet werden, und mehrere nicht oxidierte AlAs-Schichten 19b im Zentrum ausgebildet werden. Schließlich werden eine n-Elektrode 40 und einen p-Elektrode 30 jeweils auf dem n-Typ GaAs-Substrat 20 und der p-Typ Ohm'schen Kontaktschicht 10 ausgebildet. Ferner kann die AlGaInP-Schicht 19c durch eine AlGaAs-Schicht mit geringem Aluminiumanteil zur Ausbildung der Bragg-Reflektor-Schicht 19 ersetzt werden. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels liegt darin, dass jede Zelle in vier Bereiche unterteilt ist, und nur die halbe Oxidationszeit im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel benötigt wird.
  • In 4 ist ein Vergleich zwischen der Bragg-Reflektor-Schicht der vorliegenden Erfindung und gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Die Reflektivität der herkömmlichen eine AlGaInP/AlInP-Schicht aufweisenden Bragg-Reflektor-Schicht beträgt im Wellenlängenbereich von 550-600 nm 80% und ist in den anderen Bereichen schlecht. Andererseits beträgt die Reflektivität der Bragg-Reflektor-Schicht der vorliegenden Erfindung mit einer einen hohen Aluminiumanteil aufweisenden AlGaAs/AlGaInP-Schicht oder einen hohen Aluminiumanteil aufweisenden AlGaAs/einen geringen Aluminiumanteil aufweisenden AlGaInP-Schicht fast 100% im Wellenlängenbereich von 500-800 nm. So weist die Bragg-Reflektor-Schicht der vorliegenden Erfindung eine höhere Reflektivität auf.
  • In 6 ist die Reflektivität und die Anzahl der Paare in der Bragg-Reflektor-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung und diese gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Bei der vorliegenden Erfindung kann mit vier Paaren ein hohen Aluminiumanteil enthaltenden AlGaAs/AlGaInP-Schichten oder einen hohen Aluminiumanteil enthaltenden AlGaAs/einen geringen Aluminiumanteil enthaltenden AlGaInP-Schichten der Bragg-Reflektor-Schicht eine hohe Reflektivität von etwa 100% erhalten werden. Im Gegensatz hierzu kann mit 20 Paaren AlGaInP/AlInP-Schichten des herkömmlichen Bragg-Reflektors nur die schlechte Reflektivität von 80% erhalten werden. Obwohl die Struktur der vorliegenden Bragg-Reflektor-Schicht einfacher ist, wird eine höhere Reflektivität als bei der herkömmlichen Bragg-Reflektor-Schicht erreicht.
  • Wegen der Eigenschaften der Bragg-Reflektor-Schicht nach der vorliegenden Erfindung kann die vorliegende Erfindung nicht nur bei AlGaInP-Leuchtdioden, sondern auch bei allen sichtbares Licht emittierenden Leuchtdioden angewandt werden.
  • Daher ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine Leuchtdiodenstruktur und ein Verfahren zum Herstellen desselben vorzusehen. Folglich kann, indem eine stark reflektierende Bragg-Reflektor-Schicht verwendet wird, verhindert werden, dass emittiertes Licht durch ein Substrat absorbiert wird.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung liegt im Vorsehen einer Leuchtdiodenstruktur und eines Herstellungsverfahrens derselben. Die vorliegende Erfindung sieht eine Bragg-Reflektor-Schicht vor, die einen hohen Aluminiumanteil enthaltende AlGaAs/AlGaInP-Schicht oder einen hohen Aluminiumanteil enthaltende AlGaAs/einen geringen Aluminiumanteil enthaltende AlGaAs-Schicht ist, die auf dem Substrat vor der Epitaxialstruktur der Leuchtdiode ausgebildet wird. Durch die Eigenschaft der einfachen Oxidation des AlGaAs mit hohem Aluminiumanteil und des niedrigen Brechungsindexes des Oxides kann die durch die Bragg-Reflektor-Schicht reflektierende Wellenlänge fast den gesamten Bereich des sichtbaren Spektrums abdecken.
  • Gemäß der elektrischen Isolationseigenschaft des Oxides kann die Bragg-Reflektor-Schicht den Strom zwischen den oxidierten Bereichen der AlGaAs-Schichten mit hohem Aluminiumanteil begrenzen.
  • Folglich weist die Leuchtdiode einen größeren Lichtwirkungsgrad als herkömmliche Leuchtdioden auf.

Claims (11)

  1. Eine Leuchtdiodenstruktur (LED) umfassend: ein Substrat (20) mit einer ersten Oberfläche auf einer Seite und einer zweiten Oberfläche auf der anderen Seite, wobei eine erste Elektrode (40) auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist, eine auf der zweiten Oberfläche ausgebildete Epitaxialstruktur, wobei die Epitaxialstruktur durch mehrere III-V-Verbindungshalbleiter-Epitaxialschichten ausgebildet ist, einschließlich einer aktiven Schicht (14) und einer Bragg-Reflektor-Schicht (19), die zwischen der aktiven Schicht (14) und dem Substrat (20) angeordnet ist, wobei die Bragg-Reflektor-Schicht (19) zumindest eine erste Halbleiterschicht (19a, 19b) mit oxidierbarem Halbleitermaterial, wobei ein Abschnitt (19a) der zumindest einen ersten Halbleiterschicht zum Ausbilden einer stromisolierenden Schicht oxidiert ist, wobei der oxidierte Abschnitt der wenigstens einen ersten Halbleiterschicht (19a, 19b) ein Bestandteil des die von der aktiven Schicht (14) emittierte Strahlung reflektierenden Bereichs der Bragg-Reflektor-Schicht (19) ist und wobei ein nicht-oxidierter Abschnitt der wenigstens einen ersten Halbleiterschicht (19a, 19b) unter einem aktiven Bereich der aktiven Schicht (14) liegt, und zumindest eine zweite Halbleiterschicht (19c) aufweist, wobei die wenigstens eine zweite Halbleiterschicht (19c) und die wenigstens eine erste Halbleiterschicht (19a, 19b) aufeinander gestapelt sind, und eine auf der Epitaxialstruktur ausgebildete zweite Elektrode (30).
  2. Struktur nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine zweite Halbleiterschicht (19c) zumindest eine AlGaInP-Schicht ist.
  3. Struktur nach Anspruch 1, wobei jede der zumindest einen zweiten Halbleiterschicht (19c) und der zumindest einen ersten Halbleiterschicht (19a, 19b) zumindest eine AlGaAs-Schicht ist, und der Aluminiumanteil der zumindest einen zweiten Halbleiterschicht (19c) geringer ist, als derjenige der zumindest einen ersten Halbleiterschicht (19a, 19b).
  4. Struktur nach Anspruch 1, wobei die eine erste Halbleiterschicht (19a, 19b) eine AlGaAs-Schicht und der Aluminiumanteil der zumindest einen ersten Halbleiter-Schicht (19a, 19b) zwischen 40% und 50% liegt.
  5. Struktur nach Anspruch 2, wobei die stromisolierende Schicht (19a) durch Oxidieren zumindest der ersten Halbleiterschicht (19a, 19b) bei einer Temperatur zwischen 300°C und 600°C ausgebildet wird.
  6. Verfahren zum Ausbilden einer Leuchtdiode, umfassend folgende Schritte: Vorsehen eines Substrates (20), Ausbilden einer Epitaxialstruktur auf einer ersten Oberfläche des Substrates (20), wobei die Epitaxialstruktur durch mehrere III-V-Verbindungshalbleiter-Epitaxialschichten ausgebildet wird, einschließlich einer aktiven Schicht (14) und einer Bragg-Reflektor-Schicht (19), die zwischen der aktiven Schicht (14) und dem Substrat (20) angeordnet ist, wobei die Bragg-Reflektor-Schicht (19) zumindest eine erste Halbleiterschicht (19a, 19b) mit oxidierbaren Halbleitermaterial, und zumindest eine zweite Halbleiterschicht (19c), wobei die wenigstens eine zweite Halbleiterschicht (19c) und die wenigstens eine erste Halbleiterschicht (19a, 19b) aufeinander gestapelt sind, aufweist, Ausführen einer Oxidationsbehandlung zum Ausbilden einer hohen Reflektivität und einer Stromisolationsschicht in einem Bereich (19a) der wenigstens einen ersten Halbleiterschicht (19a, 19b), wobei ein nicht-oxidierter Abschnitt der zumindest einen ersten Halbleiterschicht (19a, 19b) unter einem aktiven Bereich der aktiven Schicht (14) liegt, Ausbilden einer ersten Elektrode (40) auf einer zweiten Oberfläche des Substrates (20), und Ausbilden einer zweiten Elektrode (30) auf der Epitaxialstruktur.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Ätzens der Epitaxialstruktur und der Bragg-Reflektor-Schicht zum Freilegen der zumindest einen ersten Halbleiterschicht (19a, 19b) umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die zumindest eine zweite Halbleiterschicht (19c) zumindest eine AlGaInP-Schicht ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei jede der zumindest einen zweiten Halbleiterschicht (19c) und der zumindest einen ersten Halbleiterschicht (19a, 19b) zumindest eine AlGaAs-Schicht und der Aluminiumanteil der zumindest einen zweiten Halbleiterschicht (19c) geringer ist, als derjenige der zumindest einen ersten Halbleiterschicht (19a, 19b).
  10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die zumindest eine erste Halbleiterschicht (19a, 19b) eine AlGaAs-Schicht ist, und der Aluminiumanteil der zumindest einen ersten Halbleiterschicht (19a, 19b) im Bereich von 40% bis 50% liegt.
  11. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Stromisolationsschicht durch Oxidieren der wenigstens einen ersten Halbleiterschicht bei einer Temperatur zwischen 300°C und 600°C ausgebildet wird.
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