DE102006046037A1 - LED-Halbleiterkörper und Verwendung eines LED-Halbleiterkörpers - Google Patents

LED-Halbleiterkörper und Verwendung eines LED-Halbleiterkörpers Download PDF

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Abstract

Die Erfindung beschreibt einen LED-Halbleiterkörper (1) mit mindestens einer ersten strahlungserzeugenden aktiven Schicht (31) und mindestens einer zwwobei der LED-Halbleiterkörper (1) einen photonischen Kristall (6) aufweist. Ferner beschreibt die Erfindung die Verwendung eines derartigen LED-Halbleiterkörpers (1).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen LED-Halbleiterkörper sowie Verwendungen eines LED-Halbleiterkörpers.
  • Für Projektionsanwendungen werden Strahlungsquellen mit hoher Leuchtdichte benötigt. Darüber hinaus ist ein Abstrahlwinkel von ≤ 30° erwünscht, da optische Systeme in der Regel eine numerische Apertur ≤ 0,5 aufweisen und somit nur Strahlung innerhalb dieses Abstrahlwinkels genutzt werden kann.
  • In I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174–2176 ist das Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips beschrieben. Ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip ist in guter Näherung ein Lambert'scher Oberflächenstrahler. Zwar ist ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip aufgrund der Abstrahlcharakteristik für Projektionsanwendungen geeignet, jedoch weisen herkömmliche Dünnfilm-Leuchtdioden-Chips meist eine Schichtstruktur mit einer aktiven Schicht auf, deren Strahlungsmenge durch die Stromstärke begrenzt ist. Denn die Stromdichte in der aktiven Schicht sollte eine maximale Stromdichte nicht überschreiten, da anderenfalls die Gefahr besteht, dass übermäßige Alterungseffekte die Lebensdauer des LED-Halbleiterkörpers nachteilig verkürzen.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen LED-Halbleiterkörper mit einer erhöhten Leuchtdichte anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch einen LED-Halbleiterkörper gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verwendungen eines LED-Halbleiterkörpers mit einer erhöhten Leuchtdichte anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch Verwendungen gemäß den Patentansprüchen 31 und 32 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein erfindungsgemäßer LED-Halbleiterkörper umfasst mindestens eine erste strahlungserzeugende aktive Schicht und mindestens eine zweite strahlungserzeugende aktive Schicht und weist ferner einen photonischen Kristall auf.
  • Unter einer aktiven Schicht ist vorliegend ein strahlungserzeugender pn-Übergang zu verstehen. Dieser pn-Übergang kann im einfachsten Fall mittels einer p-leitenden und einer n-leitenden Halbleiterschicht gebildet sein, die unmittelbar aneinandergrenzen. Bevorzugt ist zwischen der gleitenden und der n-leitenden aktiven Schicht die eigentliche strahlungserzeugende Schicht, etwa in Form einer dotierten oder undotierten Quantenschicht, ausgebildet. Die Quantenschicht kann als Einfachquantentopfstuktur (SQW, Single Quantum Well) oder Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, Multiple Quantum Well) oder auch als Quantendraht oder Quantenpunktstruktur ausgeformt sein.
  • Bei herkömmlichen LED-Halbleiterkörpern kann aufgrund eines relativ großen Brechungsindexunterschieds zwischen dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers und dem Umgebungsmedium, beispielsweise Luft, ab einem bestimmten Grenzwinkel Totalreflexion auftreten, was zu einem erheblich geringeren Anteil ausgekoppelter Strahlung führt.
  • Vorteilhafterweise können die durch Totalreflexion verursachten Strahlungsverluste mittels des photonischen Kristalls reduziert werden.
  • Ein aus dem Halbleiterkörper kommender Lichtstrahl wird dann an der Grenzfläche zwischen dem optisch dichteren Halbleitermaterial mit einem Brechungsindex n1 und dem umgebenden optisch dünneren Medium, beispielsweise Luft, mit einem Brechungsindex n2 totalreflektiert, wenn er auf die Grenzfläche unter einem Winkel auftrifft, der größer als oder gleich dem Grenzwinkel ϑ der Totalreflexion ist, wobei gilt: smn(ϑ) = n2/n1.
  • Die Winkelangaben beziehen sich hier auf die Normale der Grenzfläche im Auftreffpunkt des Lichtstrahls.
  • Der für den LED-Halbleiterkörper vorgesehene photonische Kristall kann vorteilhafterweise bewirken, dass ein Teil der Strahlung, der unter einem Winkel gleich oder größer als dem Grenzwinkel ϑ auf den photonischen Kristall auftrifft, derart umgelenkt wird, dass er unter einem Winkel kleiner als dem Grenzwinkel ϑ auf eine Strahlungsauskoppelfläche auftrifft und somit auskoppeln kann.
  • Ferner kann mittels des photonischen Kristalls der ursprüngliche Abstrahlwinkel eingeengt werden.
  • Vorzugsweise umfasst der photonische Kristall eine Mehrzahl von ersten Bereichen mit einem ersten Brechungsindex und eine Mehrzahl von zweiten Bereichen mit einem zweiten Brechungsindex. Besonders bevorzugt sind die Bereiche regelmäßig angeordnet. Die regelmäßige Anordnung kann einem eindimensionalen, zweidimensionalen oder dreidimensionalen Gitter entsprechen. Insbesondere kann der photonische Kristall im Rahmen der Erfindung die Struktur eines zweidimensionalen Gitters aufweisen. Dabei entspricht der Abstand zwischen zwei benachbarten ersten Bereichen beziehungsweise zwei benachbarten zweiten Bereichen der Gitterkonstante. Der photonische Kristall erzielt seine Wirkung am besten, wenn die Gitterkonstante an eine Wellenlänge der von dem Halbleiterkörper erzeugten Strahlung angepasst ist. Vorzugsweise entspricht der Abstand zwischen zwei benachbarten ersten Bereichen beziehungsweise zwei benachbarten zweiten Bereichen ungefähr der Wellenlänge der von dem LED-Halbleiterkörper erzeugten Strahlung. Besonders bevorzugt liegt der Abstand zwischen 10–9 m und 10–6 m.
  • Gemäß einer bevorzugten Variante sind die zweiten Bereiche zusammenhängend. Das heißt, dass jeweils zwei zweite Bereiche insbesondere mehr als einen Berührungspunkt, beispielsweise eine Berührungsfläche, aufweisen. Der Berührungspunkt beziehungsweise die Berührungsfläche sind hierbei nicht als physikalische Bestandteile zu verstehen, sondern ergeben sich aufgrund einer gedachten Unterteilung des photonischen Kristalls in gleich aufgebaute „Kristallzellen".
  • Typischerweise enthält der photonische Kristall ein dielektrisches Material. Gemäß der Erfindung sind die ersten Bereiche besonders bevorzugt gefüllte oder ungefüllte Vertiefungen in einer Halbleiterschicht des LED-Halbleiterkörpers. Die ersten Bereiche können als Vertiefungen in periodischer Anordnung in die Halbleiterschicht eingebracht sein. Alternativ ist es möglich, die ersten Bereiche gitterartig anzuordnen, wobei diese inselartig ausgebildet und durch geeignete Zwischenräume, beispielsweise eine zusammenhängende Vertiefung, voneinander getrennt sind. Die zweite Möglichkeit stellt somit die Inversion der ersten Möglichkeit dar, indem die Bereiche und die Vertiefungen gegeneinander vertauscht sind. In beiden Fällen können vorteilhafterweise die Vertiefungen beziehungsweise Zwischenräume mit einem Füllmaterial, beispielsweise einem Dielektrikum oder einem anderen Halbleitermaterial, gefüllt sein, dessen Brechungsindex sich von dem Brechungsindex des ersten Bereichs unterscheidet. Insbesondere weisen die ersten Bereiche eine Breite und/oder Tiefe zwischen 100nm und 500nm auf.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die erste und die zweite aktive Schicht in vertikaler Richtung übereinander angeordnet. Vorteilhafterweise stehen bei einem LED-Halbleiterkörper mit übereinander angeordneten aktiven Schichten im Vergleich zu herkömmlichen LED-Halbleiterkörpern der eingangs genannten Art zwei oder auch mehr aktive Schichten gleichzeitig zur Strahlungserzeugung zur Verfügung, so dass die erzeugte Strahlungsmenge insgesamt bzw. die Leuchtdichte vorteilhaft erhöht ist. Die Leuchtdichte ist die optische Leistung pro Emissionsfläche des Halbleiterkörpers und Raumwinkelelement.
  • Vorzugsweise erzeugen die erste und die zweite aktive Schicht Strahlung gleicher Wellenlänge. Dies ist insbesondere in Kombination mit einer Reflexionsschicht, die wie nachfolgend beschrieben zur Reflexion der von den aktiven Schichten erzeugten Strahlung vorgesehen ist, von Vorteil. Denn im Gegensatz zu aktiven Schichten, die Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen erzeugen, hat hierbei die Absorption von reflektierter Strahlung durch die jeweils andere aktive Schicht auf die emittierte Gesamtstrahlung keine nachteilige Auswirkung.
  • Weiterhin können die erste und die zweite aktive Schicht in dem Halbleiterkörper monolithisch integriert sein. Dadurch entfällt der Herstellungsschritt des Verbindens des ersten Schichtstapels mit dem zweiten Schichtstapel, beispielsweise mittels Bonden.
  • Zweckmäßigerweise ist der LED-Halbleiterkörper auf einem Trägerelement angeordnet. Bevorzugt wird hierzu ein elektrisch leitfähiges Trägerelement verwendet. Dies ermöglicht die Ausbildung eines vertikal leitfähigen Bauelements, bei dem der Stromfluss im Wesentlichen in vertikaler Richtung verläuft. Derartige Bauelemente zeichnen sich durch eine vergleichsweise homogene Stromverteilung innerhalb des LED-Halbleiterkörpers aus. Zur Kontaktierung ist zweckmäßigerweise auf einer dem LED-Halbleiterkörper abgewandten Seite des leitfähigen Trägerelements ein Rückseitenkontakt angeordnet.
  • Vorzugsweise ist das Trägerelement verschieden von einem Aufwachssubstrat für den LED-Halbleiterkörper. Besonders bevorzugt ist das Aufwachssubstrat von dem Halbleiterkörper entfernt. Der Halbleiterkörper ist insbesondere ein Dünnfilm-Halbleiterkörper.
  • Ein Dünnfilm-Halbleiterkörper zeichnet sich insbesondere durch mindestens eines der folgenden charakteristischen Merkmale aus:
    • – an einer zu einem Trägerelement hin gewandten ersten Hauptfläche einer strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
    • – die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μm auf; und
    • – die Epitaxieschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
  • Ein Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174–2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
  • Ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip ist in guter Näherung ein Lambert'scher Oberflächenstrahler und eignet sich insbesondere für Scheinwerfer- und Projektionsanwendungen.
  • Bei dem als Dünnfilm-Halbleiterkörper ausgebildeten LED-Halbleiterkörper ist die Intensität ausgekoppelter Strahlung pro Leuchtfläche insbesondere innerhalb eines engen Abstrahlwinkels vorteilhaft erhöht.
  • Je nach Materialsystem kann die Entfernung des Aufwachssubstrats mechanisch, thermisch oder mittels eines Laserabhebeverfahrens erfolgen. Dünnfilm-Halbleiterkörper zeichnen sich durch eine vorteilhafte geringe Vorwärtsspannung und eine hohe Effizienz bei der Strahlungserzeugung aus. Weiterhin sind Dünnfilm-Halbleiterkörper hinsichtlich der Auswahl des Trägerelements nicht durch die für die Epitaxie notwendigen Randbedingungen limitiert, so dass die Trägerelemente beispielsweise hinsichtlich ihrer thermischen Leitfähigkeit oder auch ihrer Kosten optimiert sein können.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen dem LED-Halbleiterkörper und dem Trägerelement eine Reflexionsschicht zur Reflexion der im LED-Halbleiterkörper erzeugten Strahlung in Richtung des photonischen Kristalls angeordnet. Vorteilhafterweise kann dadurch die Leuchtdichte zusätzlich erhöht werden.
  • Bei einem erfindungsgemäßen LED-Halbleiterkörper enthält die Reflexionsschicht vorzugsweise ein Metall. Besonders bevorzugt enthält die Reflexionsschicht mindestens eines der Materialien Au, Zn und Ag. Die Reflexionsschicht kann als eine metallische Schicht oder ein Verbund einer metallischen Schicht und einer TCO (Transparent Conductive Oxide) -Schicht ausgebildet sein, wobei die TCO-Schicht beispielsweise Indiumoxid, Zinnoxid, Indiumzinnoxid (ITO) oder Zinkoxid enthalten kann. Ferner kann die Reflexionsschicht als ein Verbund einer metallischen Schicht und einer strukturierten Schicht ausgebildet sein, wobei die strukturierte Schicht insbesondere ein elektrisch isolierendes Material, beispielsweise Siliziumnitrid oder Siliziumoxid, enthält und insbesondere Öffnungen aufweist, die vorzugsweise mit dem Material der metallischen Schicht gefüllt sind. Bei den genannten Varianten weist die Reflexionsschicht darüber hinaus eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit auf, so dass durch die Reflexionsschicht hindurch ein Strom fließen kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der photonische Kristall auf einer dem Trägerelement abgewandten Seite des LED-Halbleiterkörpers angeordnet. Der photonische Kristall kann neben der optischen Funktion eine elektrische Funktion übernehmen und derart beschaffen sein, dass er zur Stromaufweitung dient.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist der photonische Kristall zwischen der Reflexionsschicht und dem LED-Halbleiterkörper angeordnet. Auch in diesem Fall kann der photonische Kristall zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften im LED-Halbleiterkörper beitragen.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des LED-Halbleiterkörpers ist zwischen der ersten und der zweiten aktiven Schicht ein Tunnelübergang ausgebildet. Dieser Tunnelübergang dient als elektrische Verbindung zwischen der ersten und zweiten aktiven Schicht. Beispielsweise kann ein solcher Tunnelübergang mittels einer hochdotierten Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer hochdotierten Schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet sein. Besonders bevorzugt sind die erste und die zweite aktive Schicht gleichsinnig angeordnet, so dass also deren pn-Übergänge eine pn-pn- bzw. np-np-Strukur bilden, wobei die pn-Übergänge mittels des dazwischenliegenden Tunnelübergangs elektrisch in Serie geschaltet sind. Es können im Rahmen der vorliegenden Erfindung in ähnlicher Weise auch drei oder mehr aktive Schichten in einem LED-Halbleiterkörper vertikal übereinander angeordnet sein, die in entsprechender Weise durch jeweils einen zwischen zwei benachbarten aktiven Schichten gebildeten Tunnelübergang verbunden sind.
  • Bei einer alternativen Variante sind die pn-Übergänge der ersten und der zweiten aktiven Schicht gegensinnig zueinander ausgebildet, so dass also eine pn-np- bzw. np-pn-Struktur entsteht. Hierbei können die aktiven Schichten parallel verschaltet sein.
  • Der LED-Halbleiterkörper, vorzugsweise eine der beiden aktiven Schichten oder beide aktive Schichten, kann ein auf Phosphid basierendes Verbindungshalbleitermaterial enthalten. Das Verbindungshalbleitermaterial weist insbesondere die Zusammensetzung AlnGamIn1-n-mP, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist.
  • Alternativ kann der LED-Halbleiterkörper, vorzugsweise eine der beiden aktiven Schichten oder beide aktive Schichten, ein auf Arsenid basierendes Verbindungshalbleitermaterial enthalten. Das Verbindungshalbleitermaterial weist insbesondere die Zusammensetzung AlnGamIn1-n-mAs, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist.
  • Entsprechend einer weiteren Möglichkeit kann der LED-Halbleiterkörper, vorzugsweise eine der beiden aktiven Schichten oder beide aktive Schichten, ein auf Nitrid basierendes Verbindungshalbleitermaterial enthalten. Das Verbindungshalbleitermaterial weist insbesondere die Zusammensetzung AlnGamIn1-n-mN, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist.
  • Der LED-Halbleiterkörper emittiert Strahlung vorzugsweise in vertikaler Richtung.
  • Bei dem erfindungsgemäßen LED-Halbleiterkörper kann ein Abstrahlwinkel α ≤ 30° erzielt werden. Der LED-Halbleiterkörper mit einem derartig engen Abstrahlwinkel ist insbesondere für Projektionsanwendungen geeignet.
  • Der erfindungsgemäße LED-Halbleiterkörper findet vorzugsweise als Strahlungsquelle in einem strahlungsemittierenden Bauelement Verwendung. Sowohl das strahlungsemittierende Bauelement als auch der LED-Halbleiterkörper sind für Projektionsanwendungen besonders geeignet.
  • Weitere Merkmale, Vorzüge und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus dem in Verbindung mit der Figur nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel.
  • Die Figur zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen LED-Halbleiterkörpers.
  • Der in der Figur dargestellte LED-Halbleiterkörper 1 weist drei strahlungserzeugende aktive Schichten 31, 32 und 33 auf, die in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind, das heißt senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schichten 31, 32 und 33. Die aktiven Schichten 31, 32 und 33 gehören jeweils zu einem Schichtenstapel I, II und III. Die Schichtenstapel I, II und III weisen darüber hinaus jeweils eine Schicht 21, 22, 23 eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine Schicht 41, 42, 43 eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf. Typischerweise sind die aktiven Schichten 31, 32 und 33 jeweils zwischen der Schicht 21, 22, 23 des ersten Leitfähigkeitstyps und der Schicht 41, 42, 43 des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet.
  • Die Schichtenstapel I und II sowie die Schichtenstapel II und III sind mittels eines Tunnelübergangs 5 miteinander verbunden. Beispielsweise kann der Tunnelübergang 5 eine hochdotierte Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps und eine hochdotierte Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen. Auf diese Weise kann ein effizienter Tunnelübergang mit einem im Betrieb geringen elektrischen Übergangswiderstand ausgebildet sein.
  • Durch die Anordnung der drei aktiven Schichten 31, 32 und 33 in dem LED-Halbleiterkörper 1 wird vorteilhafterweise die insgesamt erzeugte Strahlungsmenge erhöht. Da sich die Abmessungen des LED-Halbleiterkörpers 1 gegenüber einem LED-Halbleiterkörper mit nur einer einzigen aktiven Schicht nur unmaßgeblich ändern und insbesondere die Leuchtfläche des LED-Halbleiterkörpers 1 von der Zahl der aktiven Schichten unabhängig ist, wird weitergehend auch die Leuchtdichte vorteilhaft erhöht.
  • Der Halbleiterkörper 1 ist auf einem Trägerelement 9 aufgebracht. Zwischen dem Trägerelement 9 und dem Halbleiterkörper 1 ist bevorzugterweise eine Reflexionsschicht 8 angeordnet. Besonders bevorzugt sind sowohl die Reflexionsschicht 8 als auch das Trägerelement 9 elektrisch leitend. Weitergehend ist das Trägerelement 9 auf einer dem Halbleiterkörper 1 abgewandten Seite mit einem Rückseitenkontakt 11 versehen. Entsprechend ist auf einer dem Trägerelement 9 gegenüberliegenden Seite des LED-Halbleiterkörpers 1 ein Vorderseitenkontakt 10 ausgebildet. Somit wird ein vertikal leitfähiges Bauelement gebildet, das sich durch eine vergleichsweise homogene Stromverteilung innerhalb des LED-Halbleiterkörpers auszeichnet.
  • Der LED-Halbleiterkörper 1 wird auf einem gesonderten Aufwachssubstrat aufgewachsen und nachfolgend auf das Trägerelement 9 montiert, beispielsweise mittels Löten, Bonden oder Kleben, wobei vorzugsweise das Aufwachssubstrat von dem LED-Halbleiterkörper abgelöst ist. Die Reflexionsschicht 8 kann beispielsweise als ein Bragg-Spiegel, eine metallische Schicht oder ein Verbund einer metallischen Schicht und einer TCO-Schicht ausgebildet sein, wobei die TCO-Schicht beispielsweise Indiumzinnoxid- oder Zinkoxid enthalten kann. Ferner kann die Reflexionsschicht 8 als ein Verbund einer metallischen Schicht und einer strukturierten Schicht ausgebildet sein, wobei die strukturierte Schicht insbesondere ein elektrisch isolierendes Material, beispielsweise Siliziumnitrid oder Siliziumoxid, enthält und insbesondere Öffnungen aufweist, die vorzugsweise mit dem Material der metallischen Schicht gefüllt sind. Strahlungsanteile, die in Richtung des Trägerelements 9 emittiert werden, können somit in Richtung einer Strahlungsauskoppelseite reflektiert werden.
  • Auf der Strahlungsauskopplungsseite weist der LED-Halbleiterkörper 1 zur Erhöhung der Strahlungsausbeute beziehungsweise der Leuchtdichte einen photonischen Kristall 6 auf. Der photonische Kristall 6 weist erste Bereiche 6a mit einem ersten Brechungsindex und zweite Bereiche 6b mit einem zweiten Brechungsindex auf. Während die zweiten Bereiche 6b vorzugsweise aus einem für den Halbleiterkörper 1 verwendeten Halbleitermaterial gebildet sind, sind die Bereiche 6a als Vertiefungen in eine der Schicht 43 des zweiten Leitfähigkeitstyps nachgeordneten Halbleiterschicht eingebracht. Die Vertiefungen können ungefüllt beziehungsweise mit Luft gefüllt sein oder alternativ mit einem Füllmaterial gefüllt sein, das insbesondere einen von dem Halbleitermaterial verschiedenen Brechungsindex aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die zweiten Bereiche 6b zusammenhängend. Ferner sind die ersten Bereiche 6a von den zweiten Bereichen 6b umgeben. Die ersten Bereiche 6a sind zylinderförmig ausgebildet. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Form festgelegt. Die ersten Bereiche 6a sind in der Halbleiterschicht regelmäßig angeordnet, sodass sich aufgrund dieser Anordnung ein zweidimensionales Gitter ergibt.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand des Ausführungsbeispiels beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder dem Ausführungsbeispiel angegeben ist.

Claims (32)

  1. LED-Halbleiterkörper (1) mit mindestens einer ersten strahlungserzeugenden aktiven Schicht (31) und mindestens einer zweiten strahlungserzeugenden aktiven Schicht (32), wobei der LED-Halbleiterkörper (1) einen photonischen Kristall (6) aufweist.
  2. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 1, wobei der photonische Kristall (6) eine Mehrzahl von ersten Bereichen (6a) mit einem ersten Brechungsindex und eine Mehrzahl von zweiten Bereichen (6b) mit einem zweiten Brechungsindex aufweist.
  3. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 2, wobei die Bereiche (6a, 6b) regelmäßig angeordnet sind.
  4. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Bereiche (6a, 6b) ein eindimensionales, zweidimensionales oder dreidimensionales Gitter bilden.
  5. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die zweiten Bereiche (6b) zusammenhängend sind.
  6. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die ersten Bereiche (6a) von den zweiten Bereichen (6b) umgeben sind.
  7. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die ersten Bereiche (6a) gefüllte oder ungefüllte Vertiefungen in einer Halbleiterschicht des LED-Halbleiterkörpers (1) sind.
  8. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 7, wobei die ersten Bereiche (6a) eine Breite und/oder Tiefe zwischen 100nm und 500nm aufweisen.
  9. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste (31) und die zweite (32) aktive Schicht Strahlung gleicher Wellenlänge erzeugen.
  10. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste (31) und die zweite (32) aktive Schicht in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind.
  11. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste (31) und die zweite aktive (32) Schicht in dem Halbleiterkörper (1) monolithisch integriert sind.
  12. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der LED-Halbleiterkörper (1) auf einem Trägerelement (9) angeordnet ist.
  13. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 12, wobei das Trägerelement (9) elektrisch leitend ist.
  14. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Trägerelement (9) verschieden ist von einem Aufwachssubstrat für den LED-Halbleiterkörper (1).
  15. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 14, wobei das Aufwachssubstrat von dem Halbleiterkörper (1) entfernt ist.
  16. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei zwischen dem LED-Halbleiterkörper (1) und dem Trägerelement (9) eine Reflexionsschicht (8) zur Reflexion der im LED-Halbleiterkörper (1) erzeugten Strahlung in Richtung des photonischen Kristalls (6) angeordnet ist.
  17. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 16, wobei die Reflexionsschicht (8) mindestens eines der Materialien Au, Zn und Ag enthält.
  18. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Reflexionsschicht (8) ein TCO enthält.
  19. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Reflexionsschicht (8) elektrisch leitend ist.
  20. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 16, wobei die Reflexionsschicht (8) SiN enthält.
  21. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei der photonische Kristall (6) auf einer dem Trägerelement (9) abgewandten Seite des LED-Halbleiterkörpers (1) angeordnet ist.
  22. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei der photonische Kristall (6) zwischen der Reflexionsschicht (8) und dem LED-Halbleiterkörper (1) angeordnet ist.
  23. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der ersten (31) und der zweiten aktiven Schicht (32) ein Tunnelübergang (5) ausgebildet ist.
  24. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 23, wobei der Tunnelübergang (5) mittels einer hochdotierten Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer hochdotierten Schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet ist.
  25. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper (1), vorzugsweise eine der beiden aktiven Schichten (31, 32) oder beide aktive Schichten (31, 32), AlnGamIn1-n-mP enthalten, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1.
  26. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei der Halbleiterkörper (1), vorzugsweise eine der beiden aktiven Schichten (31, 32) oder beide aktive Schichten (31, 32), AlnGamIn1-n-mAs enthalten, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1.
  27. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei der Halbleiterkörper (1), vorzugsweise eine der beiden aktiven Schichten (31, 32) oder beide aktive Schichten (31, 32), AlnGamIn1-n-mN enthalten, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1.
  28. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper (1) in vertikaler Richtung Strahlung emittiert.
  29. LED-Halbleiterkörper (1) nach Anspruch 28, wobei der Abstrahlwinkel α ≤ 30° ist.
  30. LED-Halbleiterkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der LED-Halbleiterkörper (1) ein Dünnfilm-Halbleiterkörper ist.
  31. Verwendung eines LED-Halbleiterkörpers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 30 für ein strahlungsemittierendes Bauelement.
  32. Verwendung eines LED-Halbleiterkörpers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 30 für Projektionsanwendungen.
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