DE102013103605A1 - Optoelectronic component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit einer Halbleiterschichtenfolge (105, 205). Die Halbleiterschichtenfolge (105, 205) weist eine auf wenigstens einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial basierende optoelektronisch aktive Zone (112, 212), und eine auf wenigstens einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial basierende Schicht (111, 211) auf. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauelements.The invention relates to an optoelectronic component having a semiconductor layer sequence (105, 205). The semiconductor layer sequence (105, 205) has an optoelectronically active zone (112, 212) based on at least one III-V compound semiconductor material, and a layer (111, 211) based on at least one II-VI compound semiconductor material. The invention further relates to a method for producing such a component.
Description
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement mit einer Halbleiterschichtenfolge, welche eine optoelektronisch aktive Zone aufweist.The invention relates to an optoelectronic component having a semiconductor layer sequence which has an optoelectronically active zone.
Bekannte optoelektronische Bauelemente sind basierend auf III-V-Verbindungshalbleitermaterialien ausgebildet, also Verbindungen mit chemischen Elementen der 3. und 5. Hauptgruppe des Periodensystems. Hierunter fallen zum Beispiel Leuchtdioden (Light Emitting Diode, LED). Diese Bauelemente weisen eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone zum Erzeugen einer Lichtstrahlung auf, welche III-V-Materialien wie zum Beispiel InGaAlP, AlGaAs und/oder GaAs umfassen kann. Die Schichtenfolge weist beidseitig der aktiven Zone angeordnete Stromaufweitungsschichten auf, um eine homogene Stromdichteverteilung zu erzielen. Eine vorderseitige Stromaufweitungsschicht kann zum Beispiel aus dem III-V-Verbindungshalbleiter InAlP ausgebildet sein.Known optoelectronic components are formed based on III-V compound semiconductor materials, ie compounds with chemical elements of the 3rd and 5th main group of the periodic table. These include, for example, light-emitting diodes (LED). These devices have a semiconductor layer sequence with an active zone for generating a light radiation, which may include III-V materials such as InGaAlP, AlGaAs and / or GaAs. The layer sequence has current spreading layers arranged on both sides of the active zone in order to achieve a homogeneous current density distribution. For example, a front side current spreading layer may be formed of the III-V compound semiconductor InAlP.
Die Leistungsfähigkeit herkömmlicher Leuchtdioden ist durch unterschiedliche Effekte begrenzt. Eine Beeinträchtigung kann von einem hohen Ausbreitungswiderstand der III-V-basierten Stromaufweitungsschichten herrühren. Ein weiterer Nachteil ist eine geringe Extraktionseffizienz.The performance of conventional light-emitting diodes is limited by different effects. Impairment may result from high propagation resistance of the III-V based current spreading layers. Another disadvantage is low extraction efficiency.
Eine derzeit angewendete Methode zum Verbessern der Leistungsfähigkeit von Leuchtdioden besteht darin, die Stromaufweitungsschichten mit einer hohen Dotierung auszubilden. Eine zu hohe Dotierung hat jedoch eine Verringerung der Ladungsträgerbeweglichkeit und damit Erhöhung des Widerstands zur Folge. Maßnahmen zum Verbessern der Extraktionseffizienz sind zum Beispiel das Ausbilden der Halbleiterschichtenfolge mit einer Oberflächenstruktur, und der Einsatz einer Linse aus einem Material mit hohem Brechungsindex. Hierdurch kann die Lichtauskopplung aus der Halbleiterschichtenfolge begünstigt werden. Eine Totalreflexion innerhalb der Halbleiterschichtenfolge führt jedoch weiterhin zu einer Reduzierung der Extraktionseffizienz. One currently used method of improving the performance of light-emitting diodes is to form the current spreading layers with a high doping. However, too high a doping results in a reduction of the charge carrier mobility and thus an increase of the resistance. Measures for improving the extraction efficiency are, for example, forming the semiconductor layer sequence having a surface structure, and using a lens made of a material having a high refractive index. As a result, the light extraction from the semiconductor layer sequence can be promoted. However, a total reflection within the semiconductor layer sequence continues to lead to a reduction of the extraction efficiency.
Weitere III-V-Verbindungshalbleiter aufweisende Bauelemente sind Solarzellen. Diese Bauelemente weisen eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone auf, mit deren Hilfe durch Absorption erzeugte Ladungsträger zur Gewinnung elektrischer Energie getrennt werden können. Die aktive Zone befindet sich in einem Übergangsbereich einer Basis und eines Emitters. Um eine Rekombination von Minoritätsladungsträgern an der oberen Grenzfläche des Emitters zu begrenzen, ist angrenzend an den Emitter eine Fensterschicht zur Oberflächenpassivierung vorgesehen. Diese Schicht ist aus einem III-V-Verbindungshalbleiter wie zum Beispiel InAlP ausgebildet.Further devices having III-V compound semiconductors are solar cells. These components have a semiconductor layer sequence with an active zone, by means of which charge carriers generated by absorption can be separated to obtain electrical energy. The active zone is located in a transition region of a base and an emitter. In order to limit recombination of minority carriers at the upper interface of the emitter, a window layer for surface passivation is provided adjacent to the emitter. This layer is formed of a III-V compound semiconductor such as InAlP.
Ein Nachteil von Solarzellen ist eine hohe Absorption von Lichtstrahlung in der III-V-basierten Fensterschicht, wodurch dieser Strahlungsanteil für die Erzeugung elektrischer Energie verloren geht. Nachteilig sind ferner eine geringe Querleitfähigkeit bzw. ein hoher Ausbreitungswiderstand, sowie ein hoher Brechungsindex der Fensterschicht, was eine hohe Reflexion von Lichtstrahlung zur Folge hat. Des Weiteren liegt ein geringer Valenzbandoffset zwischen der Fensterschicht und dem Emitter vor, wodurch die Passivierung unzureichend ist.A disadvantage of solar cells is a high absorption of light radiation in the III-V-based window layer, whereby this proportion of radiation is lost for the generation of electrical energy. Another disadvantage is a low transverse conductivity or a high propagation resistance, and a high refractive index of the window layer, which has a high reflection of light radiation result. Furthermore, there is a small valence band offset between the window layer and the emitter, whereby the passivation is insufficient.
Eine derzeit angewendete Methode zum Verbessern der Effizienz von Solarzellen besteht darin, die InAlP-Fensterschicht mit einem hohen Aluminiumanteil und mit einer hohen Dotierung auszubilden. Ein zu hoher Aluminiumanteil führt jedoch zu mechanischen Spannungen, hervorgerufen durch eine Gitterfehlanpassung zwischen der Fensterschicht und darunterliegender Schichten, welche beispielsweise auf einem GaAs- oder Ge-Gitter basieren. Eine zu hohe Dotierung hat eine Verringerung der Ladungsträgerbeweglichkeit und eine Erhöhung des Leitungsbandoffsets zwischen der Fensterschicht und dem Emitter zur Folge, was zu einer Verringerung des über die Fensterschicht transportierbaren Stroms führt.A currently used method for improving the efficiency of solar cells is to form the InAlP window layer with a high aluminum content and with a high doping. However, an aluminum content that is too high leads to mechanical stresses, caused by a lattice mismatch between the window layer and underlying layers, which are based for example on a GaAs or Ge grid. Excessive doping results in a decrease in carrier mobility and an increase in conduction band offset between the window layer and the emitter, resulting in a reduction in the current that can be transported across the window layer.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung für ein verbessertes optoelektronisches Bauelement anzugeben.The object of the present invention is to provide a solution for an improved optoelectronic component.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is solved by the features of the independent claims. Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein optoelektronisches Bauelement mit einer Halbleiterschichtenfolge vorgeschlagen. Die Halbleiterschichtenfolge weist eine optoelektronisch aktive Zone auf, welche auf wenigstens einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial basiert. Die Halbleiterschichtenfolge weist des Weiteren eine auf wenigstens einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial basierende Schicht auf.According to one aspect of the invention, an optoelectronic component with a semiconductor layer sequence is proposed. The semiconductor layer sequence has an optoelectronically active zone which is based on at least one III-V compound semiconductor material. The semiconductor layer sequence further comprises a layer based on at least one II-VI compound semiconductor material.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines solchen optoelektronischen Bauelements vorgeschlagen. In dem Verfahren wird eine Halbleiterschichtenfolge ausgebildet, welche eine auf wenigstens einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial basierende optoelektronisch aktive Zone, und eine auf wenigstens einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial basierende Schicht aufweist. According to a further aspect of the invention, a method for producing such an optoelectronic component is proposed. In the method, a semiconductor layer sequence is formed which has an opto-electronically active zone based on at least one III-V compound semiconductor material, and a layer based on at least one II-VI compound semiconductor material.
Bei dem optoelektronischen Bauelement basiert die aktive Zone auf wenigstens einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial, also auf einer, oder auch mehreren unterschiedlichen Verbindungen mit chemischen Elementen der 3. und 5. Hauptgruppe des Periodensystems. Bei dem Bauelement kann insbesondere ein die aktive Zone umfassender Bereich der Halbleiterschichtenfolge in dieser Art und Weise ausgebildet sein. In dieser Hinsicht können auch weitere Teilbereiche bzw. Schichten der Halbleiterschichtenfolge ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial aufweisen. Dadurch können die aktive Zone und andere Bereiche der Halbeiterschichtenfolge mit einer hohen Zuverlässigkeit und Effizienz ihre jeweilige Funktion ausüben. Die II-VI-basierte Schicht, welche auf wenigstens einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial basiert, also auf einer oder mehreren unterschiedlichen Verbindungen mit chemischen Elementen der 2. und 6. Hauptgruppe des Periodensystems, bietet die Möglichkeit, elektrische und/oder optische Nachteile, insbesondere die bei bekannten Bauelementen auftretenden Beeinträchtigungen, zu verhindern oder zumindest einzuschränken.In the case of the optoelectronic component, the active zone is based on at least one III-V compound semiconductor material, that is, on one or more different compounds with chemical elements of the third and fifth main groups of the periodic table. In particular, an area of the semiconductor layer sequence encompassing the active zone may be formed in this way in the component. In this regard, further subregions or layers of the semiconductor layer sequence may also comprise a III-V compound semiconductor material. This allows the active zone and other areas of the semiconductor layer sequence to perform their respective functions with high reliability and efficiency. The II-VI-based layer, which is based on at least one II-VI compound semiconductor material, ie on one or more different compounds with chemical elements of the second and sixth main group of the periodic table, offers the possibility of electrical and / or optical disadvantages, in particular, to prevent or at least limit the impairments that occur with known components.
In einer möglichen Ausführungsform ist das optoelektronische Bauelement eine Leuchtdiode, insbesondere ein Leuchtdiodenchip. In dieser Ausgestaltung ist die optoelektronisch aktive Zone dazu ausgebildet, eine Lichtstrahlung zu erzeugen. Die aktive Zone kann zum Beispiel eine Quantentopfstruktur, insbesondere eine Mehrfachquantentopfstruktur aufweisen. Für das optoelektronische Bauelement in Form der Leuchtdiode können die im Folgenden beschriebenen weiteren Ausgestaltungen in Betracht kommen.In one possible embodiment, the optoelectronic component is a light-emitting diode, in particular a light-emitting diode chip. In this embodiment, the optoelectronically active zone is designed to generate a light radiation. The active zone may, for example, have a quantum well structure, in particular a multiple quantum well structure. For the optoelectronic component in the form of the light emitting diode, the further embodiments described below can be considered.
In einer weiteren Ausführungsform ist die II-VI-basierte Schicht eine Stromaufweitungsschicht. Die Stromaufweitungsschicht kann zum Beispiel n-dotiert sein. Mit Hilfe der Stromaufweitungsschicht kann eine homogene Stromdichteverteilung im Betrieb des optoelektronischen Bauelements erreicht werden. Die II-VI-basierte Stromaufweitungsschicht kann mit einer hohen Dotierung bzw. mit einer Dotierdichte ausgebildet werden, wobei im Vergleich zu einer herkömmlichen III-V-basierten Stromaufweitungsschicht ein geringerer Schicht- und damit Ausbreitungswiderstand vorliegen kann. Auf diese Weise kann das als Leuchtdiode ausgebildete Bauelement eine geringere Durchlassspannung und damit höhere Effizienz aufweisen.In another embodiment, the II-VI based layer is a current spreading layer. The current spreading layer may be n-doped, for example. With the aid of the current spreading layer, a homogeneous current density distribution can be achieved during operation of the optoelectronic component. The II-VI-based current spreading layer can be formed with a high doping or with a doping density, whereby compared with a conventional III-V-based current spreading layer a lower layer and thus propagation resistance can be present. In this way, the device designed as a light-emitting diode can have a lower forward voltage and thus higher efficiency.
In einer weiteren Ausführungsform ist die II-VI-basierte Schicht im Bereich einer Vorderseite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Das optoelektronische Bauelement weist des Weiteren eine vorderseitige, insbesondere metallische Kontaktstruktur auf, welche mit der II-VI-basierten Schicht verbunden ist. Über die Vorderseite kann die im Betrieb des Bauelements erzeugte Lichtstrahlung abgegeben werden (Lichtaustrittsseite). Mit Hilfe der II-VI-basierten Schicht kann ein effektiver elektrischer Kontakt zwischen der Kontaktstruktur und der Halbleiterschichtenfolge hergestellt sein.In a further embodiment, the II-VI-based layer is arranged in the region of a front side of the semiconductor layer sequence. The optoelectronic component furthermore has a front-side, in particular metallic contact structure, which is connected to the II-VI-based layer. The light radiation generated during operation of the component can be emitted via the front side (light exit side). With the aid of the II-VI-based layer, an effective electrical contact between the contact structure and the semiconductor layer sequence can be produced.
Die Verwendung der II-VI-basierten Schicht bietet ferner die Möglichkeit, die hierauf angeordnete Kontaktstruktur aus einem Material auszubilden, welche keine bzw. eine zu vernachlässigende Absorption von Lichtstrahlung hervorruft. Ein Beispiel ist eine Kontaktstruktur aus TiPtAu, welche auf einem II-VI-Halbleitermaterial eine gute Haftung besitzt.The use of the II-VI-based layer also offers the possibility of forming the contact structure arranged thereon from a material which causes no or negligible absorption of light radiation. An example is a TiPtAu contact structure which has good adhesion to II-VI semiconductor material.
Die II-VI-basierte Schicht ermöglicht des Weiteren, eine Strahlungsreflexion innerhalb der Halbleiterschichtenfolge zu reduzieren. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die II-VI-basierte Schicht an die strahlungserzeugende aktive Zone angrenzt oder in einem Abstand zu der aktiven Zone angeordnet ist, welcher höchstens mehrere zehn Nanometer, vorzugsweise höchstens vierzig Nanometer, beträgt. Durch diese Ausgestaltung ist eine kleine(re) in diesem Bereich auftretende Reflexion bzw. Mehrfachreflexion von Lichtstrahlung, und damit Absorption und Reabsorption von Lichtstrahlung in der aktiven Zone, möglich. Dabei wird ausgenutzt, dass die II-VI-basierte Schicht einen geringeren Brechungsindex aufweisen kann als eine III-V-basierte Schicht, wodurch im Bereich einer Grenzfläche der aktiven Zone ein größerer kritischer Winkel für eine Totalreflexion vorliegen kann. Hiermit verbunden ist eine höhere Extraktionseffizienz. The II-VI-based layer also makes it possible to reduce a radiation reflection within the semiconductor layer sequence. In this connection, according to a further embodiment, it is provided that the II-VI-based layer is adjacent to the radiation-generating active zone or at a distance from the active zone which is at most several tens of nanometers, preferably at most forty nanometers. With this embodiment, a small (re) occurring in this area reflection or multiple reflection of light radiation, and thus absorption and reabsorption of light radiation in the active zone, possible. It is exploited that the II-VI-based layer may have a lower refractive index than a III-V-based layer, whereby in the region of an interface of the active zone may have a larger critical angle for total reflection. This is associated with a higher extraction efficiency.
Der geringere Brechungsindex der II-VI-basierten Schicht ermöglicht ferner, eine an einer Vorderseite der Halbleiterschichtenfolge auftretende Strahlungsreflexion zu reduzieren. The lower refractive index of the II-VI-based layer also makes it possible to reduce a radiation reflection occurring at a front side of the semiconductor layer sequence.
Dadurch ist in gleicher Weise eine Verbesserung der Extraktionseffizienz möglich. As a result, an improvement in the extraction efficiency is possible in the same way.
In einer weiteren Ausführungsform ist das optoelektronische Bauelement eine Solarzelle. In dieser Ausgestaltung dient die III-V-basierte optoelektronisch aktive Zone dazu, eine Trennung von durch Absorption erzeugten Ladungsträgerpaaren (Elektron-Loch-Paare) hervorzurufen, so dass elektrische Energie gewonnen werden kann. In a further embodiment, the optoelectronic component is a solar cell. In this embodiment, the III-V-based optoelectronically active zone serves to cause a separation of charge carrier pairs (electron-hole pairs) generated by absorption, so that electrical energy can be obtained.
Bei der Solarzelle ist die aktive Zone eine Raumladungszone, deren elektrisches Feld die Ladungsträgertrennung bewirkt. Die Raumladungszone befindet sich im Übergangsbereich von Schichten mit unterschiedlicher Dotierung, welche auch als Basis und Emitter bezeichnet werden. Dabei kann beispielsweise ein p-n-Übergang, ein p-i-n-Übergang, oder auch ein Heteroübergang vorliegen. Die Basis kann beispielsweise p-dotiert, und der Emitter kann n-dotiert sein. Die die aktive Zone bildenden bzw. bereitstellenden Schichten sind III-V-basiert und weisen ein, oder unterschiedliche III-V-Verbindungshalbleitermaterialien auf. In the solar cell, the active zone is a space charge zone whose electric field causes the charge carrier separation. The space charge zone is located in the transition region of layers with different doping, which are also referred to as base and emitter. In this case, for example, a p-n junction, a p-i-n junction, or a heterojunction may be present. For example, the base may be p-doped, and the emitter may be n-doped. The active zone forming layers are III-V based and have one or different III-V compound semiconductor materials.
Die Solarzelle kann eine Mehrfachsolarzelle, beispielsweise eine Dreifachsolarzelle (Tripelzelle) sein. Hierbei umfasst die Halbleiterschichtenfolge mehrere (bzw. drei) Teilzellen, welche jeweils eine eigene aktive Zone aufweisen. Die Teilzellen können zur Nutzung unterschiedlicher Spektralbereiche der Lichtstrahlung ausgebildet sein. Zu diesem Zweck können die einzelnen Teilzellen aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein.The solar cell may be a multiple solar cell, for example a triple solar cell (triple cell). In this case, the semiconductor layer sequence comprises a plurality of (or three) sub-cells, each of which has its own active zone. The subcells can be designed to use different spectral ranges of the light radiation. For this purpose, the individual sub-cells may be formed of different materials.
Für das optoelektronische Bauelement in Form der Solarzelle können des Weiteren die im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen in Betracht kommen.Furthermore, the embodiments described below can be considered for the optoelectronic component in the form of the solar cell.
In einer weiteren Ausführungsform ist die II-VI-basierte Schicht eine im Bereich einer Vorderseite der Halbleiterschichtenfolge angeordnete Fensterschicht, welche mit einem Emitter der Halbleiterschichtenfolge verbunden ist. Die Vorderseite ist diejenige Seite, welche im Betrieb der Solarzelle der Lichtstrahlung zugewandt ist. Bei einer Mehrfachsolarzelle können der Emitter und die hierauf angeordnete Fensterschicht Bestandteile einer oberen Teilzelle der Mehrfachsolarzelle sein. Die Fensterschicht weist die gleiche Art von Dotierung auf wie der Emitter, beispielsweise eine n-Dotierung. In a further embodiment, the II-VI-based layer is a window layer arranged in the region of a front side of the semiconductor layer sequence, which is connected to an emitter of the semiconductor layer sequence. The front side is the side which faces the light radiation during operation of the solar cell. In a multiple solar cell, the emitter and the window layer arranged thereon can be components of an upper part cell of the multiple solar cell. The window layer has the same type of doping as the emitter, for example an n-type doping.
Die Fensterschicht dient zur Oberflächenpassivierung des Emitters, um eine möglichst geringe Rekombinationsgeschwindigkeit von Minoritätsladungsträgern bzw. Löchern in dem Emitter zu bewirken. Bei der II-VI-basierten Fensterschicht kann dieser Effekt im Vergleich zu einer herkömmlichen III-V-basierten Fensterschicht stärker ausgeprägt sein. Hierdurch kann eine größere Anzahl an Minoritätsladungsträgern des Emitters aufgesammelt und dadurch für die Energiegewinnung genutzt werden.The window layer serves for the surface passivation of the emitter, in order to bring about the lowest possible recombination speed of minority carriers or holes in the emitter. In the II-VI based window layer, this effect may be more pronounced compared to a conventional III-V based window layer. In this way, a larger number of minority carriers of the emitter can be collected and thereby used for energy.
Die bessere Passivierung ist unter anderem auf einen großen bzw. größeren Valenzbandoffset zwischen der II-VI-basierten Fensterschicht und dem III-V-basierten Emitter zurückzuführen. Auf diese Weise ist eine kleinere Rekombinationsgeschwindigkeit von Minoritätsladungsträgern möglich. Der größere Valenzbandoffset führt des Weiteren zu einer größeren Energiebarriere für Minoritätsladungsträger, wodurch ein kleinerer Minoritätsladungsträger-Leckstrom aus dem Emitter in die Fensterschicht vorliegt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die II-VI-basierte Ausgestaltung der Fensterschicht keine Erhöhung des Leitungsbandoffsets zwischen dem Emitter und der Fensterschicht zur Folge hat oder der Leitungsbandoffset sogar kleiner ist. Dadurch wird der Transport von Majoritätsladungsträgern bzw. Elektronen aus dem Emitter in die Fensterschicht begünstigt.The better passivation is due, among other things, to a large or larger valence band offset between the II-VI based window layer and the III-V based emitter. In this way, a smaller recombination of minority carriers is possible. The larger valence band offset further results in a larger energy barrier for minority carriers, which results in a smaller minority carrier leakage current from the emitter into the window layer. Another advantage is that the II-VI based configuration of the window layer does not result in an increase in conduction band offset between the emitter and the window layer, or the conduction band offset is even smaller. This promotes the transport of majority charge carriers or electrons from the emitter into the window layer.
Die II-VI-basierte Fensterschicht kann des Weiteren im Vergleich zu einer III-V-basierten Fensterschicht eine größere Bandlücke aufweisen, was zu einer geringeren Absorption von Lichtstrahlung führt. Die geringere Absorption macht es ferner möglich, die II-VI-basierte Schicht mit einer großen Dicke auszubilden, so dass eine optimale Passivierung erzielbar ist. Die II-VI-basierte Fensterschicht kann darüber hinaus einen geringeren Brechungsindex aufweisen als eine III-V-basierte Schicht, was eine geringere Reflexion von Lichtstrahlung an der Vorderseite der Solarzelle zur Folge hat.Further, the II-VI based window layer may have a larger bandgap compared to a III-V based window layer, resulting in lower absorption of light radiation. The lower absorption also makes it possible to form the II-VI-based layer with a large thickness, so that optimum passivation can be achieved. The II-VI based window layer may also have a lower refractive index than a III-V based layer, resulting in less reflection of light radiation at the front of the solar cell.
Möglich ist ferner, die II-VI-basierte Fensterschicht mit einer hohen Dotierung bzw. mit einer hohen Dotierdichte auszubilden, wodurch eine weitere Verbesserung in Bezug auf die Passivierung erreicht werden kann. Die große Bandlücke und die hohe Dotierung können eine große Bandverbiegung zwischen der Fensterschicht und dem Emitter bewirken, wodurch eine Bewegung von Minoritätsladungsträgern des Emitters in Richtung der aktiven Zone begünstigt werden kann. Des Weiteren kann die Kombination aus Fensterschicht und Emitter einen geringen Schicht- und Ausbreitungswiderstand besitzen. Dadurch kann eine Stromverteilung, d.h. eine Verteilung von Majoritätsladungsträgern bzw. Elektronen, was bei herkömmlichen Solarzellen im Wesentlichen über den Emitter stattfindet, in größerem Umfang über die Fensterschicht erfolgen. Der Emitter kann daher mit einer geringeren Dotierung ausgebildet werden, was eine geringere Rekombination in dem Emitter, und ein verbessertes Aufsammeln bzw. Bewegen von Minoritätsladungsträgern in Richtung der aktiven Zone zur Folge hat. It is also possible to form the II-VI-based window layer with a high doping or with a high doping density, whereby a further improvement with respect to the passivation can be achieved. The large band gap and the high doping can cause a large band bending between the window layer and the emitter, whereby a movement of minority carriers of the emitter in the direction of the active zone can be promoted. Furthermore, the combination of window layer and emitter can have a low layer and propagation resistance. As a result, a distribution of current, ie a distribution of majority charge carriers or electrons, which in conventional solar cells takes place essentially via the emitter, can take place to a greater extent over the window layer. The emitter can therefore be formed with a lower doping, resulting in less recombination in the Emitter, and results in improved collection of minority carriers in the direction of the active zone.
In einer weiteren Ausführungsform weist das als Solarzelle ausgebildete Bauelement eine vorderseitige Kontaktstruktur auf, welche mit der II-VI-basierten Schicht verbunden ist. Die vorderseitige Kontaktstruktur kann zum Beispiel gitterförmig angeordnete Kontaktfinger und hieran angrenzend größere Kontaktabschnitte, auch als Busbars bezeichnet, umfassen. Die Verwendung eines II-VI-Halbleitermaterials ermöglicht eine hohe Dotierung und damit das Vorliegen eines geringen Ausbreitungswiderstands in der II-VI-basierten Schicht. Auf diese Weise ist die Möglichkeit gegeben, die Solarzelle im Vergleich zu einer herkömmlichen Solarzelle mit einer geringeren Anzahl und weiter voneinander beabstandet angeordneten Kontaktfingern auszubilden. Eine Folge hiervon ist eine geringere Abschattung im Bereich der Vorderseite und damit eine höhere Effizienz der Solarzelle. In a further embodiment, the component formed as a solar cell has a front-side contact structure, which is connected to the II-VI-based layer. The front-side contact structure may comprise, for example, lattice-shaped contact fingers and adjoining larger contact sections, also referred to as busbars. The use of a II-VI semiconductor material allows high doping and thus the presence of a low propagation resistance in the II-VI-based layer. In this way, there is the possibility of forming the solar cell in comparison to a conventional solar cell with a smaller number and spaced from each other arranged contact fingers. A consequence of this is a lower shading in the area of the front and thus a higher efficiency of the solar cell.
Eine Solarzelle weist in der Regel eine Antireflexionsschicht an der Vorderseite auf, um das Auftreten einer Strahlungsreflexion zu verhindern bzw. zu unterdrücken. Die Antireflexionsschicht kann mehrschichtig aus mehreren übereinander angeordneten Teilschichten unterschiedlicher Brechungsindizes ausgebildet sein, wodurch ein stufenweiser Übergang des Brechungsindex möglich ist.A solar cell usually has an antireflection layer on the front side to prevent or suppress the occurrence of radiation reflection. The antireflection layer may be formed of a plurality of layers of different refractive indices arranged on top of each other, whereby a gradual transition of the refractive index is possible.
In diesem Zusammenhang ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das als Solarzelle ausgebildete Bauelement eine Antireflexionsschicht aufweist, und dass die II-VI-basierte Schicht eine Teilschicht der Antireflexionsschicht ist. Diese Funktion wird durch den geringeren Brechungsindex der II-VI-basierten Schicht ermöglicht. Die II-VI-basierte Schicht kann zu diesem Zweck eine entsprechend angepasste Dicke aufweisen. Durch das Einbeziehen der II-VI-basierten Schicht zum Hervorrufen einer Antireflexionswirkung kann eine Teilschicht aus einem absorbierenden Material wie zum Beispiel TiOx, welche bei einer herkömmlichen Antireflexionsschicht zum Einsatz kommt, entfallen. Dies ermöglicht, neben einer Kostenersparnis, eine höhere Effizienz der Solarzelle.In this context, according to a further embodiment, it is provided that the component formed as a solar cell has an antireflection layer, and that the II-VI-based layer is a partial layer of the antireflection layer. This function is made possible by the lower refractive index of the II-VI based layer. The II-VI based layer may have a suitably adjusted thickness for this purpose. By incorporating the II-VI based layer to produce an antireflection effect, a sublayer of an absorbing material such as TiOx used in a conventional antireflection layer can be eliminated. This allows, in addition to a cost savings, a higher efficiency of the solar cell.
In einer weiteren Ausführungsform des als Solarzelle ausgebildeten Bauelements weist die II-VI-basierte Schicht eine strukturierte Form auf und bildet eine Antireflexionsschicht. In dieser Ausführungsform wird die vergleichsweise geringe Strahlungsabsorption der II-VI-basierten Schicht ausgenutzt. Die II-VI-basierte Schicht kann infolgedessen mit einer großen Schichtdicke, und daher mit einer antireflektiv wirkenden Struktur ausgebildet werden. Hierdurch kann ein stetiger Übergang des Brechungsindex bereitgestellt werden, was ein effektives Unterdrücken einer Strahlungsreflexion ermöglicht.In a further embodiment of the component designed as a solar cell, the II-VI-based layer has a structured form and forms an antireflection layer. In this embodiment, the comparatively low radiation absorption of the II-VI-based layer is utilized. As a result, the II-VI based layer can be formed with a large film thickness, and therefore with an antireflective structure. Thereby, a steady transition of the refractive index can be provided, which enables effective suppression of radiation reflection.
Dies ist insbesondere bei einer weiteren Ausführungsform der Fall, in welcher die II-VI-basierte Schicht eine Mottenaugenstruktur aufweist.This is the case in particular in a further embodiment in which the II-VI-based layer has a moth-eye structure.
Für das optoelektronische Bauelement, welches insbesondere als Leuchtdiode oder als Solarzelle ausgebildet sein kann, können weitere Ausgestaltungen in Betracht kommen. Beispielsweise kann die II-VI-basierte Schicht n-leitend sein.For the optoelectronic component, which may be designed in particular as a light-emitting diode or as a solar cell, further embodiments may be considered. For example, the II-VI based layer may be n-type.
In einer weiteren Ausführungsform weist die II-VI-basierte Schicht ein Halbleitermaterial auf, welches die chemischen Elemente Zink und Selen umfasst. Anders ausgedrückt, ist die Schicht Zinkselenid- bzw. ZnSe-basiert. Auf diese Weise können oben beschriebene Vorteile mit einer hohen Zuverlässigkeit und Effektivität erreicht werden. Auch ist es möglich, ein ZnSe-basiertes Material herstellungstechnisch mit III-V-Halbleitermaterialien zu kombinieren.In another embodiment, the II-VI based layer comprises a semiconductor material comprising the chemical elements zinc and selenium. In other words, the layer is zinc selenide or ZnSe based. In this way, advantages described above can be achieved with high reliability and effectiveness. It is also possible to combine a ZnSe-based material manufacturing technology with III-V semiconductor materials.
Das Herstellen der Halbleiterschichenfolge des optoelektronischen Bauelements kann zum Beispiel mit Hilfe eines Epitaxieprozesses, insbesondere mit Hilfe einer metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (Metal-Organic Chemical Vapour Deposition, MOCVD) erfolgen. Hierbei kann die II-VI-basierte Schicht zusammen mit anderen III-V-basierten Teilbereichen der Halbleiterschichtenfolge epitaktisch aufgewachsen werden. The semiconductor string sequence of the optoelectronic component can be produced, for example, by means of an epitaxy process, in particular by means of an organometallic chemical vapor deposition (MOCVD). Here, the II-VI-based layer can be epitaxially grown together with other III-V-based portions of the semiconductor layer sequence.
Alternativ ist es möglich, zunächst III-V-basierte Teilbereiche der Halbleiterschichtenfolge in einem Epitaxieprozess aufzuwachsen, und das Ausbilden der II-VI-basierten Schicht im Rahmen eines separaten nachgelagerten Epitaxieprozesses durchzuführen. Auf diese Weise ist es möglich, das Aufwachsen der II-VI-basierten Schicht bei Temperaturen durchzuführen, welche geringer sind als Temperaturen beim Aufwachsen von III-V-Halbleitermaterialien. Dadurch kann eine bei höheren Temperaturen gegebenenfalls auftretende Beeinträchtigung der II-VI-basierten Schicht vermieden werden. Alternatively, it is possible first to grow III-V-based portions of the semiconductor layer sequence in an epitaxial process, and to perform the formation of the II-VI-based layer in a separate downstream epitaxy process. In this way it is possible to carry out the growth of the II-VI-based layer at temperatures which are lower than temperatures in the growth of III-V semiconductor materials. As a result, an impairment of the II-VI-based layer which may occur at higher temperatures can be avoided.
Eine weitere Alternative besteht darin, die II-VI-basierte Schicht mit Hilfe eines anderen, insbesondere kostengünstigeren Prozesses wie zum Beispiel eines Sputterprozesses auszubilden. Dieser andere Prozess kann ebenfalls nach dem Herstellen von III-V-basierten Teilbereichen der Halbleiterschichtenfolge durchgeführt werden, um eine temperaturbedingte Beeinträchtigung der II-VI-basierten Schicht zu vermeiden. Die zuvor erzeugten III-V-basierten Teilbereiche können hierbei mit Hilfe eines Epitaxieprozesses ausgebildet werden. Another alternative is to form the II-VI based layer using another, more cost effective, process, such as a sputtering process. This other process may also be performed after producing III-V based portions of the semiconductor layer sequence to avoid temperature degradation of the II-VI based layer. The previously generated III-V-based subregions can in this case be formed with the aid of an epitaxy process.
In einer weiteren Ausführungsform weist die II-VI-basierte Schicht ein ternäres Verbindungshalbleitermaterial auf. In Betracht kommt insbesondere ein ZnSe-basiertes Halbleitermaterial, welches als zusätzliches Element beispielsweise Beryllium oder Schwefel umfasst. Hierdurch kann ein gitterangepasstes Aufwachsen, beispielsweise auf einem zum Ausbilden der Halbleiterschichtenfolge eingesetzten Epitaxiesubstrat aus zum Beispiel GaAs oder Ge, oder auf einer Schicht eines III-V-Verbindungshalbleiters, beispielsweise InGaAlP, ermöglicht werden.In another embodiment, the II-VI based layer comprises a ternary compound semiconductor material. Particularly suitable is a ZnSe-based semiconductor material which comprises, for example, beryllium or sulfur as an additional element. As a result, lattice-matched growth, for example on an epitaxial substrate made of, for example, GaAs or Ge, used for forming the semiconductor layer sequence, or on a layer of a III-V compound semiconductor, for example InGaAlP, can be made possible.
In einer weiteren Ausführungsform weist die II-VI-basierte Schicht ein quaternäres Verbindungshalbleitermaterial auf. In Betracht kommt insbesondere ein ZnSe-basiertes Halbleitermaterial, bei dem als zusätzliche Elemente beispielsweise Beryllium, Magnesium oder Schwefel zum Einsatz kommen. Mögliche Beispiele quaternärer Verbindungshalbleitermaterialien sind MgZnSSe und BeMgZnSe. Quaternäre Verbindungshalbleitermaterialien können eine relativ große Bandlücke und einen relativ kleinen Brechungsindex aufweisen. Hierdurch können, neben einem gitterangepassten Aufwachsen, oben genannte Vorteile gegebenenfalls noch besser verwirklicht werden.In another embodiment, the II-VI based layer comprises a quaternary compound semiconductor material. Particularly suitable is a ZnSe-based semiconductor material in which, for example, beryllium, magnesium or sulfur are used as additional elements. Possible examples of quaternary compound semiconductor materials are MgZnSSe and BeMgZnSe. Quaternary compound semiconductor materials can have a relatively large bandgap and a relatively small refractive index. As a result, in addition to a lattice-matched growth, the above-mentioned advantages may be even better realized.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.The above-explained and / or reproduced in the dependent claims advantageous embodiments and refinements of the invention can - except for example in cases of clear dependencies or incompatible alternatives - individually or in any combination with each other are used.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they will be achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of exemplary embodiments, which will be described in more detail in conjunction with the schematic drawings. Show it:
Anhand der folgenden schematischen Figuren werden Ausführungsformen möglicher optoelektronischer Bauelemente beschrieben. Die Bauelemente weisen eine Halbleiterschichtenfolge mit einer optoelektronisch aktiven Zone auf. Die Halbleiterschichtenfolge ist basierend auf unterschiedlichen Materialsystemen ausgebildet. Zum Einsatz kommen ein oder mehrere III-V-Verbindungshalbleitermaterialien und ein oder mehrere II-VI-Verbindungshalbleitermaterialien, also Materialien mit Elementen der 3. und 5. Hauptgruppe und mit Elementen der 2. und 6. Hauptgruppe des Periodensystems. Embodiments of possible optoelectronic components will be described with reference to the following schematic figures. The components have a semiconductor layer sequence with an optoelectronically active zone. The semiconductor layer sequence is formed based on different material systems. One or more III-V compound semiconductor materials and one or more are used several II-VI compound semiconductor materials, ie materials with elements of the 3rd and 5th main group and elements of the 2nd and 6th main group of the periodic table.
Die hier verwendete Formulierung „III-V-basiert“ für eine Schicht oder einen Bereich bedeutet, dass diese Schicht oder dieser Bereich aus einem oder auch mehreren unterschiedlichen III-V-Verbindungshalbleitermaterialien ausgebildet ist. Bei Verwendung unterschiedlicher III-V-Halbleitermaterialien können diese beispielsweise in verschiedenen Teilbereichen bzw. Teilschichten vorgesehen sein. In gleicher Weise bedeutet die Formulierung „II-VI-basiert“ für eine Schicht, dass diese Schicht aus einem oder auch mehreren unterschiedlichen II-VI-Verbindungshalbleitermaterialien ausgebildet ist. Bei Verwendung unterschiedlicher II-VI-Halbleitermaterialien können diese beispielsweise in verschiedenen Teilbereichen bzw. Teilschichten vorgesehen sein.As used herein, the term "III-V based" for a layer or region means that this layer or region is formed from one or more different III-V compound semiconductor materials. When using different III-V semiconductor materials, these may be provided, for example, in different partial areas or partial layers. Likewise, the phrase "II-VI based" for a layer means that this layer is formed of one or more different II-VI compound semiconductor materials. When using different II-VI semiconductor materials, these may be provided, for example, in different partial regions or partial layers.
Bei den beschriebenen Bauelementen ist die aktive Zone in einem III-V-basierten Bereich der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Der Einsatz (wenigstens) eines II-VI-Verbindungshalbleitermaterials ist für eine Schicht
Die beschriebenen Bauelemente können mit Hilfe von aus der Halbleitertechnik und aus der Fertigung optoelektronischer Bauelemente bekannter Prozesse, sowie unter Verwendung üblicher Materialien hergestellt werden, so dass hierauf nur teilweise eingegangen wird. In gleicher Weise können die Bauelemente neben gezeigten und beschriebenen Strukturen weitere Komponenten, Strukturen und/oder Schichten umfassen. Auch können in den Figuren gezeigte und beschriebene Schichten aus mehreren Teilschichten aufgebaut sein. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Figuren nicht maßstabsgetreu sind. In dieser Hinsicht können in den Figuren gezeigte Komponenten und Strukturen zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein.The components described can be produced with the aid of processes known from semiconductor technology and from the production of optoelectronic components of known processes, as well as using conventional materials, so that this is only partially addressed. In the same way, the components, in addition to structures shown and described, may comprise further components, structures and / or layers. Also, layers shown and described in the figures may be constructed of several sublayers. It is further noted that the figures are not to scale. In this regard, components and structures shown in the figures may be exaggerated or oversized for clarity.
Bei dem Leuchtdiodenchip
In einer alternativen Ausgestaltung kann die aktive Zone
Die III-V-basierte p-leitende Halbleiterschicht
Die n-leitende Halbleiterschicht
Neben der Halbleiterschichtenfolge
Die Halbleiterschichtenfolge
Das Trägersubstrat
An der Vorderseite weist die Halbleiterschichtenfolge
Im Betrieb des Leuchtdiodenchips
In
Diese Funktion der Stromaufweitungsschicht
Zum Sicherstellen einer homogenen Stromdichteverteilung wird die n-leitende Stromaufweitungsschicht
Zur Veranschaulichung dieses Vorteils sind in der folgenden Tabelle Werte einer Ladungsträgerkonzentration C, einer Ladungsträgerbeweglichkeit M, des Produkts aus Konzentration C und Beweglichkeit M, und eines Schicht- bzw. Flächenwiderstands R für eine n-dotierte Schicht aus InAlP, und für zwei unterschiedlich hoch dotierte n-leitende ZnSe-basierte Schichten gezeigt:
Bei einer hohen Dotierung der ZnSe-basierten Schicht (letzte Zeile der Tabelle) liegt gegenüber der InAlP-Schicht bei etwa gleicher Beweglichkeit M eine um eine Größenordnung höhere Konzentration C vor. Der Widerstand R ist hierbei gegenüber der InAlP-Schicht etwa um den Faktor 1/30 reduziert. With a high doping of the ZnSe-based layer (last line of the table) is compared to the InAlP layer at about the same mobility M by an order of magnitude higher concentration C before. The resistance R is reduced by about a factor of 1/30 compared to the InAlP layer.
Die II-VI-basierte Stromaufweitungsschicht
Diesem Effekt liegt zugrunde, dass die II-VI-basierte Stromaufweitungsschicht
Dieser Vorteil kann mit einer hohen Zuverlässigkeit für den Fall erzielt werden, dass die II-VI-basierte Stromaufweitungsschicht
Der kleine(re) Brechungsindex der II-VI-basierten Stromaufweitungsschicht
Zur Veranschaulichung zeigt die folgende Tabelle für die Materialien InAlP und ZnSe, bei einer Lichtstrahlung mit einer Wellenlänge W von 615nm, Werte des Brechungsindex n, und des kritischen Winkels A, bezogen auf eine Grenzfläche des jeweiligen Materials mit den beispielhaften Materialien Luft und Silikon:
ZnSe besitzt einen kleineren Brechungsindex n, was größere kritische Winkel A zur Folge hat. ZnSe has a smaller refractive index n, which results in larger critical angles A.
Ein weiterer Vorteil, den die II-VI-basierte Stromaufweitungsschicht
Der Vorderseitenkontakt
Die II-VI- bzw. ZnSe-basierte Stromaufweitungsschicht
Möglich ist ferner ein separates epitaktisches Aufwachsen der II-VI-basierten Stromaufweitungsschicht
Alternativ ist es auch möglich, die II-VI-basierte Stromaufweitungsschicht
Vorzugsweise wird die ZnSe-basierte Stromaufweitungsschicht
Bei dem Leuchtdiodenchip
In einem alternativen Verfahren zur Herstellung des Leuchtdiodenchips
Die n-leitende ZnSe-basierte Stromaufweitungsschicht
Möglich ist jedoch auch eine Ausgestaltung, in welcher die ZnSe-basierte Stromaufweitungssschicht
Ein weiterer Vorteil einer Ausgestaltung der Stromaufweitungsschicht
Die Stromaufweitungsschicht
Die Verwendung einer II-VI-basierten n-leitenden Stromaufweitungsschicht
Hierunter fallen zum Beispiel auch Leuchtdiodenchips, bei denen im Rahmen der Herstellung kein Transfer-Prozess durchgeführt, und infolgedessen das zum Aufwachsen verwendete Epitaxiesubstrat gleichzeitig als Trägersubstrat dient. In dieser Hinsicht kann die Halbleiterschichtenfolge
II-VI-Verbindungshalbleitermaterialien können auch bei anderen optoelektronischen Bauelementen zum Einsatz kommen. Anhand der folgenden Figuren wird dies am Beispiel einer Solarzelle aufgezeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass in Bezug auf Details, welche sich auf gleichartige oder übereinstimmende Komponenten und Merkmale, mögliche Vorteile, usw. beziehen, und welche gegebenenfalls in analoger Weise zur Anwendung kommen können, auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen wird.II-VI compound semiconductor materials can also be used in other optoelectronic devices. Based on the following figures, this is shown using the example of a solar cell. It should be understood that reference is made to the foregoing with respect to details relating to like or consistent components and features, possible advantages, and the like, which may be otherwise applied by analogy.
Die Mehrfachsolarzelle
Jede der Teilzellen
Die Oberzelle
Aufgrund der unterschiedlichen Art von Dotierung von Basis
Die Basis
Die auf dem Emitter
Die beiden anderen Teilzellen
Die Halbleiterschichtenfolge
Im Bereich der Vorderseite kommt eine auf der Fensterschicht
Bei der Mehrfachsolarzelle
Die Oberzelle
Auch die Mittelzelle
Für die II-VI-basierte n-leitende Fensterschicht
Das Herstellen der Halbleiterschichtenfolge
Alternativ kann die II-VI-basierte Fensterschicht
Die ZnSe-basierte Fensterschicht
Der Aufwachsprozess kann auf invertierte oder reguläre Weise auf einem entsprechenden Epitaxiesubstrat durchgeführt werden. Bei einem möglichen invertierten Prozess wird die Halbleiterschichtenfolge
Daher kann zusätzlich noch ein Vereinzelungsprozess durchgeführt werden.Therefore, additionally a singulation process can be performed.
In einem alternativen invertierten Prozess kann ein Ausbilden der II-VI-basierten Fensterschicht
Bei einem regulären Prozess dient das Trägersubstrat
Die ZnSe-basierte Fensterschicht
Die Fensterschicht
Die II-VI-basierte n-leitende Fensterschicht
Dieser Vorteil basiert unter anderem darauf, dass infolge der Verwendung eines II-VI-Verbindungshalbleitermaterials ein größerer Valenzbandoffset zwischen der Fensterschicht
Aufgrund des größeren Valenzbandoffsets zwischen der Fensterschicht
Das Vorliegen des größeren Valenzbandoffsets ist ohne eine Erhöhung des Leitungsbandoffsets zwischen der Fensterschicht
Zur Veranschaulichung sind in der folgenden Tabelle Werte einer Bandlücke Eg, eines Leitungsbandoffsets delta Ec und eines Valenzbandoffsets delta Ev für eine ZnSe-basierte Fensterschicht mit einem Schwefelanteil von sechs Prozent und für eine herkömmliche Fensterschicht aus InAlP gezeigt, wobei der dazugehörige Emitter jeweils aus InGaP ausgebildet ist.
Bei der Ausgestaltung mit der ZnSe-basierten Fensterschicht liegt ein wesentlich größerer Valenzbandoffset, und ein kleinerer Leitungsbandoffset vor.In the embodiment with the ZnSe-based window layer, there is a much larger valence band offset, and a smaller conduction band offset.
Die II-VI-basierte Fensterschicht
Zur Veranschaulichung dieses Aspekts zeigt
ZnSe weist eine Bandlücke von 2.7eV auf, welche größer ist als diejenige von InAlP mit 2.35eV. Die Bandlücke kann noch wesentlich größer sein, indem die Fensterschicht
Die geringere Absorption der II-VI-basierten Fensterschicht
Die Ausgestaltung der n-leitenden Fensterschicht
Bei Vorliegen einer hohen Dotierung kann die II-VI- bzw. ZnSe-basierte Fensterschicht
Zur Veranschaulichung dieses Vorteils sind in der folgenden Tabelle Werte einer Ladungsträgerkonzentration C und einer Ladungsträgerbeweglichkeit M für eine n-dotierte Schicht aus InAlP, und für zwei unterschiedlich hoch dotierte n-leitende ZnSe-basierte Schichten gezeigt:
Bei einer hohen Dotierung der ZnSe-basierten Schicht (letzte Zeile der Tabelle) liegt gegenüber der InAlP-Schicht bei etwa gleicher Beweglichkeit M eine um eine Größenordnung höhere Konzentration C vor. With a high doping of the ZnSe-based layer (last line of the table) is compared to the InAlP layer at about the same mobility M by an order of magnitude higher concentration C before.
Bei einer hohen Dotierung der II-VI-basierten Fensterschicht
Die hohe Dotierung der II-VI-basierten Fensterschicht
Das Vorliegen eines geringen Ausbreitungswiderstands ermöglicht ferner eine vorteilhaftere Ausgestaltung der vorderseitigen Kontaktstruktur
Im Betrieb der Solarzelle
Bei der Mehrfachsolarzelle
Ein weiterer Vorteil der II-VI-basierten Fensterschicht
Der kleinere Brechungsindex der II-VI- bzw. ZnSe-basierten Fensterschicht
Bei der Mehrfachsolarzelle
Der vergleichsweise geringe Brechungsindex der II-VI-basierten Fensterschicht
Die oben beschriebene, durch Verwendung eines II-VI-Verbindungshalbleitermaterials ermöglichte geringe Absorption (infolge einer großen Bandlücke) kann des Weiteren dazu genutzt werden, die Fensterschicht
Zur Veranschaulichung zeigt
Die in
Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen bzw. Kombinationen von Merkmalen umfassen können. Beispielsweise können anstelle der oben angegebenen Materialien andere Materialien verwendet werden, und können obige Zahlenangaben durch andere Angaben ersetzt werden.The embodiments explained with reference to the figures represent preferred or exemplary embodiments of the invention. In addition to the described and illustrated embodiments, further embodiments are conceivable which show further modifications or combinations of features may include. For example, other materials may be used in place of the materials listed above, and the above figures may be replaced by other data.
Es ist möglich, dass die gezeigten und beschriebenen optoelektronischen Bauelemente
In Bezug auf den Leuchtdiodenchip
In Bezug auf Solarzellen bestehen mögliche Abwandlungen darin, diese mit einer anderen Anzahl an Teilzellen oder lediglich mit einer einzelnen aktiven Zone
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.While the invention has been further illustrated and described in detail by way of preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Leuchtdiodenchip LED chip
- 105105
- Halbleiterschichtenfolge Semiconductor layer sequence
- 111111
- Stromaufweitungsschicht Current spreading layer
- 112112
- Aktive Zone Active zone
- 113113
- Halbleiterschicht Semiconductor layer
- 117117
- Oberflächenstruktur surface structure
- 121121
- Kontaktschicht contact layer
- 125125
- Passivierungsschicht passivation
- 126126
- Abschnitt section
- 131131
- Metallische Schicht Metallic layer
- 135135
- Verbindungsschicht link layer
- 140140
- Trägersubstrat carrier substrate
- 150150
- Passivierungsschicht passivation
- 161161
- Vorderseitenkontakt Front contact
- 162162
- Rückseitenkontakt Back contact
- 171171
- Stromfluss current flow
- 181, 182181, 182
- Emissionskegel emission cone
- 200200
- Solarzelle solar cell
- 205205
- Halbleiterschichtenfolge Semiconductor layer sequence
- 210210
- Teilzelle / Oberzelle Subcell / Upper cell
- 211211
- Fensterschicht window layer
- 212212
- aktive Zone active zone
- 213213
- Emitter emitter
- 214214
- Basis Base
- 215215
- Schicht layer
- 220220
- Teilzelle / Mittelzelle Partial cell / middle cell
- 230230
- Teilzelle / Unterzelle Subcell / subcell
- 240240
- Trägersubstrat carrier substrate
- 251, 252251, 252
- Verbindungsschicht link layer
- 260260
- Vorderseitige Kontaktstruktur Front contact structure
- 261, 262261, 262
- Schicht layer
- 265265
- Kontaktfinger contact fingers
- 266266
- Busbar busbar
- 267267
- Bereich Area
- 270270
- Rückseitenkontakt Back contact
- 280280
- Antireflexionsschicht Antireflection coating
- 281281
- Antireflexionsschicht / Teilschicht Antireflection layer / partial layer
- 285285
- Mottenaugenstruktur Moth-eye structure
- 300300
- Lichtstrahlung light radiation
- 310310
- Messdiagramm IQE Measurement diagram IQE
- 315315
- Absenkung lowering
- 321, 321321, 321
- Verlauf Brechungsindex Course refractive index
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013103605.8A DE102013103605A1 (en) | 2013-04-10 | 2013-04-10 | Optoelectronic component |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013103605.8A DE102013103605A1 (en) | 2013-04-10 | 2013-04-10 | Optoelectronic component |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=51618196
Family Applications (1)
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DE102013103605.8A Withdrawn DE102013103605A1 (en) | 2013-04-10 | 2013-04-10 | Optoelectronic component |
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---|---|
DE (1) | DE102013103605A1 (en) |
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---|---|---|---|---|
DE102017114467A1 (en) * | 2017-06-29 | 2019-01-03 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Semiconductor chip with transparent current spreading layer |
DE102020126442A1 (en) | 2020-10-08 | 2022-04-14 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | OPTOELECTRONIC DEVICE WITH A CONTACT LAYER AND A NOISE LAYER OVERLAY, AND METHOD OF MANUFACTURE |
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2013
- 2013-04-10 DE DE102013103605.8A patent/DE102013103605A1/en not_active Withdrawn
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