DE102008017812A1

DE102008017812A1 - Lichtemissionsbauteil

Info

Publication number: DE102008017812A1
Application number: DE102008017812A
Authority: DE
Inventors: Ting-Yang Lin; Shih-Kuo Lai; Chen Ou
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2007-04-09
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2028-04-09
Also published as: US7705344B2; TWI360891B; TW200841485A; DE102008017812B4; DE102008064927B3; US20080246018A1; JP2008263196A; JP5388469B2

Abstract

Ein Lichtemissionsbauteil (30) ist mit Folgendem versehen: einer Halbleiterschicht (33; 43) vom n-Typ; einer Halbleiterschicht (34; 44) vom p-Typ und einer aktiven Mehrfachquantentrog(MQW)schicht (35; 45) zwischen den Halbleiterschichten vom n-Typ und vom p-Typ, mit einem ersten Bereich (35Ai; 45Ai) nahe der Halbleiterschicht vom n-Typ, einem zweiten Bereich (35Bi; 45Bi) nahe der Halbleiterschicht vom p-Typ sowie einem dritten Bereich (35Ci; 45Ci) zwischen dem ersten und zweiten Bereich; wobei der erste und der zweite Bereich mit Dotierstoffen vom n-Typ dotiert sind und der dritte Bereich undotiert ist oder mit Dotierstoffen vom n-Typ mit einer Konzentration unter derjenigen im ersten und zweiten Bereich dotiert ist. Aufgrund des Profils der Dotierung vom n-Typ in der aktiven MQW-Schicht ist die Lichteffizienz des Lichtemissionsbauteils verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lichtemissionsbauteil, genauer gesagt eine Leuchtdiode mit einer aktiven Mehrfachquantentrogschicht.
Leuchtdioden (LEDs) sind wichtige Festkörperbauteile, die elektrischen Strom in Licht wandeln. Sie verfügen über eine aktive Schicht aus einem Halbleitermaterial zwischen zwei entgegengesetzt dotierten Schichten, von denen die eine vom p-Typ und die andere vom n-Typ ist. Zwischen elektrischen Kontakten auf den dotierten Schichten fließt ein Steuerstrom, der dafür sorgt, dass Elektronen und Löcher aus den dotierten Schichten in die aktive Schicht injiziert werden. Diese Elektronen und Löcher rekombinieren dann unter Erzeugung von Licht, das omnidirektional aus der aktiven Schicht abgestrahlt wird und aus allen Flächen der LED austritt. Im Allgemeinen ist die aktive Schicht entweder eine Einfachquantentrogschicht (SQW = Single-Quantum-Well) oder eine Mehrfachquantentrogschicht (MQW = Multi-Quantum-Well). Es ist zu erwarten, dass eine aktive MQW-Schicht zu besseren Bauteileeigenschaften, wie höheren Ausgangsleistungen, im Vergleich zu einer aktiven SQW-Schicht führt, da sie aufgrund der Polarität der Minibänderstruktur Licht effizient bei kleinem Strom emittieren kann.
Die 1 ist ein schematischer Schnitt durch eine herkömmliche LED mit aktiver MQW-Schicht für gute Effizienz und hohe Ausgangsleistung. Dieses Lichtemissionsbauteil 10 verfügt über die genannte aktive MQW-Schicht 15 zwischen einer Nitridhalbleiterschicht 14 vom p-Typ und einer Nitridhalbleiterschicht 13 vom n-Typ. Alle Barriereschichten der aktiven MQW-Schicht 15 sind, mit Ausnahme der Barriereschicht, benachbart zur Nitridhalbleiterschicht 14 vom p-Typ, mit Dotierstoffen vom n-Typ dotiert.
In der 2 ist ein schematischer Schnitt durch eine weitere herkömmliche LED 20 dargestellt. Dieses Lichtemissionsbauteil 20 verfügt über eine aktive MQW-Schicht 25, die zwischen einer Nitridhalbleiterschicht 24 vom p-Typ und einer Nitridhalbleiterschicht 23 vom n-Typ liegt. Nur einige Barriereschichten nahe der Nitridhalbleiterschicht 23 vom n-Typ sind mit Dotierstoffen vom n-Typ dotiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lichtemissionsbauteil mit hoher Lichteffizienz zu schaffen.
Diese Aufgabe ist durch die Lichtemissionsbauteile gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und 4 gelöst. Die erfindungsgemäßen Lichtemissionsbauteile verfügen über spezielle Dotierprofile, die für die genannte hohe Lichteffizienz sorgen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines ersten herkömmlichen Lichtemissionsbauteils 10.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines zweiten herkömmlichen Lichtemissionsbauteils 20.
3 bis 6 zeigen jeweils eine schematische Schnittansicht einer ersten bis vierten Ausführungsform von Lichtemissionsbauteilen 30, 40, 50 bzw. 60 gemäß der Erfindung.
Das in der 3 dargestellte Lichtemissionsbauteil 30 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung verfügt über ein Substrat 31, eine Pufferschicht 32, eine Nitridhalbleiterschicht 33 vom n-Typ, eine aktive Schicht 35 und eine Nitridhalbleiterschicht 34 vom p-Typ. Die aktive Schicht 35 ist eine aktive Mehrfachquantentrogschicht, die dadurch hergestellt wird, dass mehrere Barriereschichten und Trogschichten abwechselnd aufeinander laminiert werden. Darüber hinaus ist die aktive Schicht 35 in drei Bereiche unterteilt, nämlich einen ersten Bereich 35Ai (i = 1, 2, 3, ...) nahe der Nitridhalbleiterschicht 33 vom n-Typ, einen zweiten Bereich 35Bi (i = 1, 2, 3, ...) nahe der Nitridhalbleiterschicht 34 vom p-Typ sowie einen dritten Bereich 35Ci (i = 1, 2, 3, ...) zwischen dem ersten Bereich 35Ai und dem zweiten Bereich 35Bi. Ferner besteht der erste Bereich 35Ai aus einem Stapel von Schichten, nämlich einer Schicht 35A1, einer Schicht 35A2, einer Schicht 35A3 usw., wobei die Schicht 35A1 benachbart zu an die Nitridhalbleiterschicht 33 vom n-Typ liegt; der zweite Bereich 35Bi besteht aus einem Stapel von Schichten, nämlich einer Schicht 35B1, einer Schicht 35B2, einer Schicht 35B3 usw., wobei die Schicht 35B1 benachbart zu der Nitridhalbleiterschicht 33 vom p-Typ liegt. Außerdem sind die Schichten 35A1, 35A3, 35B1 und 35B3 Barriereschichten, während die Schichten 35A2 und 35B2 Trogschichten sind. Anders gesagt, sind die Schichten mit ungeraden Zahlen Barriereschichten, während die Schichten mit geraden Zahlen Trogschichten sind. Gemäß der Erfindung sind der erste Bereich 35Ai und der zweite Bereich 35Bi (d. h. die Schichten 35A1, 35A2, 35A3, 35B1, 35B2, 35B3) mit Dotierstoffen vom n-Typ dotiert, während der dritte Bereich 35Ci undotiert oder mit den Dotierstoffen vom n-Typ mit einer Konzentration unter derjenigen im ersten Bereich 35Ai und im zweiten Bereich 35Bi ist.
Das in der 4 dargestellte Lichtemissionsbauteil 40 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verfügt über ein Substrat 41, eine Pufferschicht 42, eine Nitridhalbleiterschicht 43 vom n-Typ, eine aktive Schicht 45 und eine Nitridhalbleiterschicht 44 vom p-Typ. Die aktive Schicht 45 ist eine aktive Mehrfachquantentrogschicht, die durch abwechselndes Auflaminieren mehrerer Barriereschichten und Quantentrogschichten hergestellt wurde. Die aktive Schicht 45 ist in drei Bereiche unterteilt, nämlich einen ersten Bereich 45Ai (i = 1, 2, 3, ...) nahe der Nitridhalbleiterschicht 43 vom n-Typ, einen zweiten Bereich 45Bi (i = 1, 2, 3, ...) nahe der Nitridhalbleiterschicht 44 vom p-Typ und einen dritten Bereich 45Ci (i = 1, 2, 3, ...) zwischen dem ersten Bereich 45Ai und dem zweiten Bereich 45Bi. Ferner besteht der erste Bereich 45Ai aus einem Stapel von Schichten, nämlich Schichten 45A1, 45A2, 45A3 usw., wobei die Schicht A1 benachbart zur Nitridhalbleiterschicht 43 vom n-Typ liegt. Der zweite Bereich 45Bi besteht aus einem Stapel von Schichten, nämlich Schichten 45B1, 45B2, 45B3 usw., wobei die Schicht 45B1 benachbart zur Nitridhalbleiterschicht 43 vom p-Typ liegt. Außerdem sind die Schichten 45A1, 45A3, 45B1 und 45B3 Barriereschichten, während die Schichten 45A2 und 45B2 Trogschichten sind. Anders gesagt, sind die Schichten mit ungeraden Zahlen Barriereschichten, und die Schichten mit geraden Zahlen sind Trogschichten. Gemäß der Erfindung sind der erste Bereich 45Ai und der zweite Bereich 45Bi (wie die Schichten 45A1, 45A2, 45A3, 45B2 und 45B3) mit Ausnahme der Schicht 45B1 mit Dotierstoffen vom n-Typ dotiert, und der dritte Bereich 45Ci ist undotiert oder mit Dotierstoffen vom n-Typ mit einer Konzentration unter derjenigen im ersten Bereich 45Ai und im zweiten Bereich 45Bi dotiert.
Das in der 5 dargestellt Lichtemissionsbauteil 50 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung verfügt über ein Substrat 51, eine Pufferschicht 52, eine Nitridhalbleiterschicht 53 vom n-Typ, eine aktive Schicht 55 und eine Nitridhalbleiterschicht 45 vom p-Typ. Die aktive Schicht 55 ist eine aktive Mehrfachquantentrogschicht, die dadurch hergestellt wurde, dass mehrere Barriereschichten und Quantentrogschichten abwechselnd aufeinander laminiert wurden. Darüber hinaus ist die aktive Schicht 55 in drei Bereiche unterteilt, nämlich einen ersten Bereich 55Ai (i = 1, 2, 3, ...) nahe der Nitridhalbleiterschicht 53 vom n-Typ, einen zweiten Bereich 55Bi (i = 1, 2, 3, ...) nahe der Nitridhalbleiterschicht 54 vom p-Typ und einen dritten Bereich 55Ci (i = 1, 2, 3, ...) zwischen dem ersten Bereich 55Ai und dem zweiten Bereich 55Bi. Ferner besteht der erste Bereich 55Ai aus einem Stapel von Schichten, nämlich Schichten 55A1, 55A2, 55A3 usw., wobei die Schicht 55A1 benachbart zur Nitridhalbleiterschicht 53 vom n-Typ liegt; der zweite Bereich 55Bi besteht aus einem Stapel von Schichten, nämlich Schichten 55B1, 55B2, 55B3 usw., wobei die Schicht 55B1 benachbart zur Nitridhalbleiterschicht 53 vom p-Typ liegt. Außerdem sind die Schichten 55A1, 55A3, 55B1 und 55B3 Barriereschichten, während die Schichten 55A2 und 55B2 Trogschichten sind. Anders gesagt, sind die Schichten mit ungeraden Zahlen Barriereschichten, und die Schichten mit geraden Zahlen sind Trogschichten. Gemäß der Erfindung sind die Barriereschichten des ersten Bereichs 55Ai und des zweiten Bereichs 55Bi (wie die Schichten 55A1, 55A3, 55B1 und 55B3) mit Dotierstoffen vom n-Typ dotiert, und der dritte Bereich 55Ci ist undotiert oder mit Dotierstoffen vom n-Typ mit einer Konzentration unter derjenigen im ersten Bereich 55Ai und im zweiten Bereich 55Bi dotiert.
Das in der 6 dargestellte Lichtemissionsbauteil 60 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung verfügt über ein Substrat 61, eine Pufferschicht 62, eine Nitridhalbleiterschicht 63 vom n-Typ, eine aktive Schicht 65 und eine Nitridhalbleiterschicht 64 vom p-Typ. Die aktive Schicht 65 ist eine aktive Mehrfachquantentrogschicht, die durch abwechselndes Aufeinanderlaminieren mehrerer Barriereschichten und Trogschichten hergestellt wurde. Darüber hinaus ist die aktive Schicht 65 in drei Bereiche unterteilt, nämlich einen ersten Bereich 65Ai (i = 1, 2, 3, ...) nahe der Nitridhalbleiterschicht 63 vom n-Typ, einen zweiten Bereich 65Bi (i = 1, 2, 3, ...) nahe der Nitridhalbleiterschicht vom p-Typ sowie einen dritten Bereich 65Ci (i = 1, 2, 3, ...) zwischen dem ersten Bereich 65Ai und dem zweiten Bereich 65Bi. Ferner besteht der erste Bereich 65Ai aus einem Stapel von Schichten, nämlich Schichten 65A1, 65A2, 65A3 usw., wobei die Schicht 65A1 benachbart zur Nitridhalbleiterschicht 63 vom n-Typ liegt; der zweite Bereich 65Bi besteht aus einem Stapel von Schichten, nämlich Schichten 65B1, 65B2, 65B3 usw., wobei die Schicht 65B1 benachbart zur Nitridhalbleiterschicht 63 vom p-Typ liegt. Außerdem sind die Schichten 65A1, 65A3, 65B1 und 65B3 Barriereschichten, während die Schichten 65A2 und 65B2 Trogschichten sind. Anders gesagt, sind die Schichten mit ungeraden Zahlen Barriereschichten, und die Schichten mit geraden Zahlen sind Trogschichten. Gemäß der Erfindung sind die Barriereschichten des ersten Bereichs 65Ai und des zweiten Bereichs 65Bi (wie die Schichten 65A1, 65A3 und 65B3) mit Ausnahme der Schicht 65Bi mit Dotierstoffen vom n-Typ dotiert, und der dritte Bereich 65Ci ist undotiert oder mit Dotierstoffen vom n-Typ mit einer Konzentration unter derjenigen im ersten Bereich 65Ai und im zweiten Bereich 65Bi dotiert.
Die Dotierstoffe vom n-Typ werden aus Silicium (Si), Germanium (Ge), Zinn (Sn), Schwefel (S), Sauerstoff (O) ausgewählt, und die Konzentration derselben liegt in den dotierten Schichten zwischen 5 × 10¹⁶ und 1 × 10¹⁹/cm³. In den undotierten oder schwach dotierten Schichten liegt die Konzentration der Dotierstoffe vom n-Typ unter 1 × 10¹⁷/cm³, wobei dieser Wert auf Diffusion oder Verunreinigungen im Herstellprozess beruht. Die Konzentrationen in den verschiedenen dotierten Schichten sind im Wesentlichen gleich, oder sie sind in den Bereichen näher an den Nitridhalbleiterschichten vom p-Typ oder vom n-Typ höher.

Claims

Lichtemissionsbauteil (30; 40) mit: einer Halbleiterschicht (33; 43) vom n-Typ; einer Halbleiterschicht (34; 44) vom p-Typ und einer aktiven Schicht (35; 45) zwischen den Halbleiterschichten vom n-Typ und vom p-Typ, mit einem ersten Bereich (35Ai; 45Ai) nahe der Halbleiterschicht vom n-Typ, einem zweiten Bereich (35Bi; 453i) nahe der Halbleiterschicht vom p-Typ sowie einem dritten Bereich (35Ci; 45Ci) zwischen dem ersten und zweiten Bereich; wobei der erste und der zweite Bereich mit Dotierstoffen vom n-Typ dotiert sind und der dritte Bereich undotiert ist oder mit Dotierstoffen vom n-Typ mit einer Konzentration unter derjenigen im ersten und zweiten Bereich dotiert ist.
Lichtemissionsbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Dotierstoffe vom n-Typ im ersten und zweiten Bereich im Wesentlichen dieselbe ist.
Lichtemissionsbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Dotierstoffe vom n-Typ im zweiten und ersten Bereich in den Gebieten näher zur Halbleiterschicht vom p-Typ bzw. vom n-Typ höher ist.
Lichtemissionsbauteil (50; 60) mit: einer Halbleiterschicht (53; 63) vom n-Typ; einer Halbleiterschicht (54; 64) vom p-Typ und einer aktiven Schicht (55; 65) zwischen den Halbleiterschichten vom n-Typ und vom p-Typ, mit einem ersten Bereich (55Ai; 65Ai) nahe der Halbleiterschicht vom n-Typ, einem zweiten Bereich (55Bi; 65Bi) nahe der Halbleiterschicht vom p-Typ sowie einem dritten Bereich (55Ci; 65Ci) zwischen dem ersten und zweiten Bereich; wobei die Barriereschichten des ersten und des zweiten Bereichs mit Dotierstoffen vom n-Typ dotiert sind und der dritte Bereich undotiert ist oder mit Dotierstoffen vom n-Typ mit einer Konzentration unter derjenigen im ersten und zweiten Bereich dotiert ist.
Lichtemissionsbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Dotierstoffe in den Barriereschichten vom n-Typ des ersten und zweiten Bereichs im Wesentlichen dieselbe ist.
Lichtemissionsbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Dotierstoffe vom n-Typ in den Barriereschichten des zweiten und ersten Bereichs in den Gebieten näher zur Halbleiterschicht vom p-Typ bzw. vom n-Typ höher ist.
Lichtemissionsbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht vom n-Typ eine Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ ist und die Halbleiterschicht vom p-Typ eine Nitridhalbleiterschicht vom n-Typ ist.
Lichtemissionsbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierstoffe vom n-Typ aus Silicium (Si), Germanium (Ge), Zinn (Sn), Schwefel (S) und Sauerstoff (O) ausgewählt sind.
Lichtemissionsbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Dotierstoffe vom n-Typ im ersten und zweiten Bereich zwischen 5 × 10¹⁶ und 1 × 10¹⁹/cm³ beträgt.
Lichtemissionsbauteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Halbleiterschicht vom p-Typ (44; 64) des zweiten Bereichs (45Bi; 65Bi) benachbarte Barriereschicht (65B1) undotiert ist.