DE10224219B4

DE10224219B4 - Lichtemittierendes Halbleiterbauelement mit zumindest teilweise voneinander getrennten Lichterzeugungs- und Lichtauskopplungsbereichen

Info

Publication number: DE10224219B4
Application number: DE10224219A
Authority: DE
Inventors: Ralph Dr. Wirth
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2010-05-27
Anticipated expiration: 2022-06-01
Also published as: US6936853B2; US20040007707A1; JP2004006906A; DE10224219A1

Abstract

Lichtemittierendes Halbleiterbauelement mit
– einem Dünnfilmstapel (30) mit einer aktiven Schicht (34) und
– auf einer Vorderseite (60) und einer Rückseite (62) des Dünnfilmstapels (30) ausgebildeten Vorder- und Rückseitenkontaktstellen (40, 42) zur Stromeinprägung in die aktive Schicht (34),
dadurch gekennzeichnet, dass
– der Dünnfilmstapel (30) einen Lichterzeugungsbereich (50) aufweist, in dem durch Rekombination von Ladungsträgern Photonen erzeugt werden,
– der Dünnfilmstapel (30) einen Lichtauskopplungsbereich (54) aufweist, in dem Licht aus dem Bauelement ausgekoppelt wird, wobei der Lichterzeugungsbereich (50) und der Lichtauskopplungsbereich (54) in der Ebene des Dünnfilmstapels (30) zumindest teilweise voneinander getrennt sind,
– der Dünnfilmstapel (30) in einem Bereich um die Vorderseiten-Kontaktstelle (40) herum eine erste, die aktive Schicht (34) unterbrechende Ausnehmung (38) aufweist, und
– der Dünnfilmstapel (30) in einem Bereich über der Rückseiten-Kontaktstelle (42) eine zweite, die aktive Schicht (34) unterbrechende Ausnehmung (58) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement mit einem Dünnfilmstapel mit einer aktiven Schicht und mit auf einer Vorderseite und einer Rückseite des Dünnfilmstapels ausgebildeten Vorder- und Rückseitenkontaktstellen zur Stromeinprägung in die aktive Schicht.
Eine herkömmliche Dünnfilm-Lumineszenzdiode ist beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP 0 905 797 A2 gezeigt und beschrieben. Das dabei ausgenutzte Dünnfilmprinzip beruht auf internen Vielfachreflexionen, verbunden mit einer internen Streuung der Lichtstrahlen. Dabei bezieht sich die Bezeichnung ”dünn” auf die optische Dicke der Lumineszenzdiode, ist also im Sinn von ”optisch dünn” zu verstehen. Zwischen zwei streuenden Reflexionen soll die Absorption, die ein Lichtstrahl erleidet, möglichst gering sein.
Die externe Effizienz einer Dünnfilm-Lumineszenzdiode kann insbesondere dadurch vermindert sein, daß die aktive Schicht der Lumineszenzdiode selbst eine hohe Absorption für die emittierte Strahlung aufweist. Dies ist beispielsweise bei AlGaInP/GaAs basierenden Lumineszenzdioden im gelben Spektralbereich der Fall. Die Schichtdicke der aktiven Schicht muß oft aus anderen als mit dem Dünnfilmprinzip zusammenhängenden Gründen, etwa zur Steigerung der internen Effizienz, der Temperaturstabilität oder dergleichen, so groß gewählt werden, daß die aktive Schicht selbst eine nennenswerte Absorption aufweist. Beispielsweise kann es bei einer gelben AlGaInP/GaAs Dünnfilm-Lumineszenzdiode erforderlich sein, die Schichtdicke so groß zu wählen, daß die Absorption für einen Durchgang eines Lichtstrahls größer als 10% wird.
Die interne Effizienz einer gelb emittierenden aktiven Schicht aus dem AlGaInP Materialsystems hängt aufgrund der vergleichsweise niedrigen maximalen Barrierenhöhen für Elektronen stark von der Ladungsträgerdichte in der aktiven Schicht und damit von der Schichtdicke ab. 3 zeigt einen empirischen Verlauf 70 der internen Effizienz _Eint einer gelben AlGaInP aktiven Schicht als Funktion der Schichtdicke d.
Der Auskoppelwirkungsgrad E_out bei solchen Schichten, also das Verhältnis der Anzahl der ausgekoppelten Photonen zu der Anzahl der im Halbleiterkristall emittierten Photonen ist in 4 ebenfalls in Abhängigkeit von der Dicke der aktiven Schicht d dargestellt (Kurve 72). Die gezeigten Werte entstammen einer Raytracing-Simulation.
Mit diesen beiden Größen ergibt sich der nutzbare externe Wirkungsgrad E_ext aus einer Multiplikation des Auskoppelwirkungsgrads und des internen Wirkungsgrads, Eext = Eout·Eint.
Die resultierende Abhängigkeit des externen Wirkungsgrads E_ext von der Schichtdicke d ist für eine herkömmliche gelbe Dünnfilm-Lumineszenzdiode in 5 durch die Kurve 74 dargestellt. Da der interne Wirkungsgrad E_int sublinear mit der Schichtdicke ansteigt, und der Auskoppelwirkungsgrad E_out im interessierenden Bereich etwa linear mit der Schichtdicke abfällt, weist der externe Wirkungsgrad E_ext ein Maximum auf, das im gezeigten Beispiel bei einer Dicke der aktiven Schicht von etwa 300 nm liegt. Der bei dieser Schichtdicke maximal erreichbare externe Wirkungsgrad E_ext liegt auf einem relativ niedrigen Niveau von etwa 0,05. Dies entspricht in etwa dem, was mit einer gewöhnlichen, als nicht nach dem Dünnfilmprinzip arbeitenden AlGaInP-Lumineszenzdiode im gelben Spektralbereich ebenfalls erreicht werden kann.
In der Druckschrift JP 07-038146 A ist ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil offenbart.
Die Druckschrift EP 0 905 797 A2 betrifft eine Halbleiterlichtquelle und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen.
In der Druckschrift EP 0 977 280 A2 ist ein strahlungsemittierendes Bauteil mit hoher Effizienz sowie eine Herstellungsmethode für ein solches Bauteil beschrieben.
In der Druckschrift DE 199 47 030 A1 ist eine oberflächenstrukturierte Leuchtdiode mit verbesserter Stromeinkopplung angegeben.
In der Druckschrift DE 2 030 974 A1 ist ein elektrolumineszenter Körper offenbart.
Die Druckschrift DE 199 37 624 A1 betrifft eine Leuchtdiode mit großer Helligkeit.
Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, die Lichtabsorption in gattungsgemäßen lichtemittierenden Halbleiterbauelementen weiter zu reduzieren und so die externe Effizienz des Bauelements zu steigern.
Diese Aufgabe wird durch das lichtemittierende Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 22.
Erfindungsgemäß ist bei einem lichtemittierenden Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art vorgesehen, daß der Dünnfilmstapel einen Lichterzeugungsbereich aufweist, in dem durch Rekombination von Ladungsträgern Photonen erzeugt werden, und einen Lichtauskopplungsbereich aufweist, in dem Licht aus dem Bauelement ausgekoppelt wird, wobei der Licht erzeugungsbereich und der Lichtauskopplungsbereich in der Ebene des Dünnfilmstapels zumindest teilweise voneinander getrennt sind.
Die Erfindung beruht also auf dem Gedanken, durch die Aufhebung der starren Zuordnung von Lichterzeugung und Lichtauskopplung einen Bereich zu schaffen, in dem das erzeugte Licht mit hoher Effizienz ausgekoppelt werden kann. Da in diesem Bereich Restriktionen, die in herkömmlichen Lumineszenzdioden durch die Anforderungen der Lichterzeugung auferlegt werden, weitgehend ausgeklammert bleiben können, läßt sich über die verbesserte Auskopplung eine insgesamt erhöhte externe Effizienz erreichen.
Mit Vorteil ist bei dem erfindungsgemäßen lichtemittierenden Halbleiterbauelement vorgesehen, daß der Lichtauskopplungsbereich einen Bereich enthält, in dem sowohl Licht erzeugt wird, als auch Licht aus dem Bauelement ausgekoppelt wird.
Bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen lichtemittierenden Halbleiterbauelement vorgesehen, daß der Lichtauskopplungsbereich einen Nur-Auskopplungsbereich ohne aktive Schicht enthält, in welchem keine Photonen durch Rekombination von La dungsträgern erzeugt werden. Dadurch kann dieser Nur-Auskopplungsbereich ohne die durch die Lichterzeugung bedingten Einschränkungen, insbesondere ohne die Lichtabsorption durch die aktive Schicht gestaltet werden.
In diesem Zusammenhang kann mit Vorteil vorgesehen sein, daß die zur Vorderseite des Dünnfilmstapels weisende Oberfläche des Nur-Auskopplungsbereichs aufgerauht ist. Die Aufrauhung führt zu einer Streuung und damit zu einer effizienten Auskopplung der im Nur-Auskopplungsbereich propagierenden Lichtstrahlen.
Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn die zur Vorderseite des Dünnfilmstapels weisende Oberfläche des Nur-Auskopplungsbereichs eine Aufrauhung mit unregelmäßiger Struktur aufweist.
In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements ist bevorzugt, daß die zur Vorderseite des Dünnfilmstapels weisende Oberfläche des Nur-Auskopplungsbereichs als Aufrauhung eine regelmäßige Struktur, insbesondere eine regelmäßige Ätzstruktur aufweist. Sowohl eine regelmäßige Struktur als auch eine ”zufällige” Aufrauhung mit unregelmäßiger Struktur werden im Rahmen dieser Erfindung als Aufrauhung bezeichnet. Beide Maßnahmen ermöglichen durch die Lichtstreuung eine wirkungsvolle Auskopplung des in der aktiven Schicht erzeugten Lichts.
Anstelle oder zusätzlich zu der Aufrauhung der zur Vorderseite des Dünnfilmstapels weisenden Oberfläche des Nur-Auskopplungsbereichs kann die zur Rückseite des Dünnfilmstapels weisende Oberfläche des Nur-Auskopplungsbereichs aufgerauht sein.
Auch bei der Rückseiten-Aufrauhung kann es zweckmäßig sein, wenn die zur Rückseite des Dünnfilmstapels weisende Oberfläche des Nur-Auskopplungsbereichs eine Aufrauhung mit unregelmäßiger Struktur aufweist. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, daß die zur Rückseite des Dünnfilmstapels weisende Oberfläche des Nur-Auskopplungsbereichs als Aufrauhung eine regelmäßige Struktur, insbesondere eine regelmäßige Ätzstruktur aufweist.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen lichtemittierenden Halbleiterbauelements ist vorgesehen, daß der Lichterzeugungsbereich von den Kontaktstellen in der Ebene des Dünnfilmstapels räumlich getrennt ist. Das erzeugte Licht kann dadurch weitgehend von den Kontaktstellen ferngehalten werden. Da die Kontaktstellen mit ihrer typischen Reflektivität von nur etwa 30% wesentlich zur Strahlungsabsorption der in dem Dünnfilmstapel propagierenden Strahlung beitragen, wird dadurch der angestrebte Zweck, die Gesamtabsorption zu reduzieren, weiter unterstützt.
Insbesondere kann mit Vorteil vorgesehen sein, daß der Lichterzeugungsbereich von den Kontaktstellen durch Trennbereiche ohne aktive Schicht räumlich getrennt ist.
Der Dünnfilmstapel weist dazu zweckmäßig in einem Bereich um die Vorderseiten-Kontaktstelle herum eine erste, die aktive Schicht unterbrechende Ausnehmung auf.
Alternativ oder zusätzlich kann der Dünnfilmstapel nach der Erfindung in einem Bereich über der Rückseiten-Kontaktstelle eine zweite, die aktive Schicht unterbrechende Ausnehmung aufweisen.
In diesem Zusammenhang ist es bei einem lichtemittierenden Halbleiterbauelement mit Nur-Auskopplungsbereich bevorzugt, wenn der Nur-Auskopplungsbereich den Bereich der zweiten Ausnehmung umfaßt.
Bei dem lichtemittierenden Halbleiterbauelement kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß der Lichterzeugungsbereich mit den Kontaktstellen jeweils über eine Mantelschicht elek trisch verbunden ist. Dadurch wird der elektrische Kontakt für die Stromeinspeisung in die aktive Schicht sichergestellt.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung bildet die den Lichterzeugungsbereich mit der Rückseiten-Kontaktstelle verbindende Mantelschicht im Bereich der zweiten Ausnehmung den Nur-Auskopplungsbereich.
Dabei weist die den Lichterzeugungsbereich mit der Rückseiten-Kontaktstelle verbindende Mantelschicht im Bereich der zweiten Ausnehmung zweckmäßig eine Schichtdicke von etwa 1 μm bis etwa 15 μm, bevorzugt von etwa 2 μm bis etwa 8 μm, besonders bevorzugt von etwa 4 μm auf.
Die aktive Schicht eines lichtemittierenden Halbleiterbauelements weist zweckmäßig eine Schichtdicke von 150 nm bis 1500 nm, insbesondere von etwa 400 nm bis etwa 1000 nm auf.
Mit Vorteil ist die Vorderseiten-Kontaktstelle eines erfindungsgemäßen lichtemittierenden Halbleiterbauelements durch einen zentralen Mittelkontakt gebildet.
Die Rückseiten-Kontaktstelle ist bevorzugt durch einen das Bauelement umlaufenden Kontaktrahmen gebildet.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Bauelements ist die Rückseite des Dünnfilmstapels mit Ausnahme der Fläche der Rückseiten-Kontaktstelle mit einer hochreflektiven Spiegelschicht, insbesondere einer dielektrischen Spiegelschicht versehen.
Der Dünnfilmstapel selbst weist zweckmäßig eine Dicke zwischen 3 μm und 50 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 25 μm auf.
In einer Ausgestaltung des lichtemittierenden Halbleiterbauelements kann der Dünnfilmstapel eine Schichtenfolge auf Ba sis von Al_xGa_yIn_l-x-yP, mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, und x + y ≤ 1, aufweisen. Die Mantelschichten des Dünnfilmstapel können dabei auf Basis von Al_xGa_l-xAs, mit 0 ≤ x ≤ 1 gebildet sein. Zwischen den Mantelschichten kann eine aktive Schicht angeordnet sein, die auf Basis von Al_xGa_yIn_l-x-yP, mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, und x + y ≤ 1, gebildet ist.
Ebenso kann die erfindungsgemäße Anordnung für einen Dünnfilmstapel angewandt werden, der eine Schichtenfolge auf Basis von Al_xGa_l-xAs, mit 0 ≤ x ≤ 1 aufweist, beispielsweise eine im infraroten Spektralbereich emittierende Lumineszenzdiode.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung des Ausführungsbeispiels und den Zeichnungen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es sind jeweils nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Dabei zeigt
1 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines lichtemittierenden Halbleiterbauelements nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf das Halbleiterbauelement von 1;
3 einen empirischen Verlauf des internen Wirkungsgrads E_int einer herkömmlichen gelben AlGaInP aktiven Schicht als Funktion der Schichtdicke d;
4 den berechneten Verlauf des Auskoppelwirkungsgrads E_out einer herkömmlichen gelben AlGaInP-basierten Dünnfilmdiode als Funktion der Dicke d der aktiven Schicht; und
5 den Verlauf des externen Wirkungsgrads E_ext einer herkömmlichen gelben AlGaInP-Dünnfilmdiode und einer erfindungsgemäßen Dünnfilmdiode als Funktion der Dicke d der aktiven Schicht.
1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schnittansicht einer gelben AlGaInP-basierten Dünnfilm-Lumineszenzdiode 10. Die Dünnfilm-Lumineszenzdiode 10 enthält einen Dünnfilmstapel 30, der in an sich bekannter Art und Weise auf einem mit Metallkontakten 22, 24 versehenen leitfähigen Trägersubstrat 20 angebracht ist.
Der Dünnfilmstapel 30 weist im Ausführungsbeispiel eine p-dotierte erste AlGaAs-Mantelschicht 32, eine aktive AlGaInP-Schicht 34 und eine n-dotierte zweite AlGaAs-Mantelschicht 36 auf. Die Leitfähigkeitstypen der ersten und zweiten Mantelschicht können auch vertauscht sein.
Im Ausführungsbeispiel ist der Bereich der Rückseite 62 des Dünnfilmstapels 30 ist mit Ausnahme der später beschriebenen Kontaktstellen 42 mit einem hochreflektiven, nicht einlegierten Spiegel 46 belegt. Dieser kann beispielsweise aus einem Dielektrikum wie SiN, SiO₂ oder dergleichen und einer Metallisierung wie Au, Ag, Al oder dergleichen bestehen.
Ein zentraler Mittenkontakt 40 ist auf der Vorderseite 60 der zweiten Mantelschicht 36 angebracht. Der Mittenkontakt 40 stellt im Ausführungsbeispiel den n-Kontakt der Lumineszenzdiode dar und ist aus einem herkömmlichen für diesen Zweck geeigneten Kontaktmetall gebildet. Die elektrische Kontaktierung der p-Seite erfolgt über die Metallschichten 22 und 24 des leitfähigen Trägersubstrats 20, die ebenfalls aus einem herkömmlichen für diesen Zweck geeigneten Kontaktmetall gebildet sind. Die p-Kontaktschicht des Dünnfilmstapels 30 enthält eine durchgehende Kontaktschicht 44, die mit der auf der Oberseite des Trägersubstrats 20 angebrachten Metallschicht 22 elektrisch verbunden ist. Die Kontaktschicht 44 ist ebenso aus einem herkömmlichen für diesen Zweck geeigneten Kontaktmetall gebildet.
Die Stromeinspeisung in die aktive Schicht 34 erfolgt nicht über die gesamte Fläche der Kontaktschicht 44, sondern lediglich an einer Rückseiten-Kontaktstelle 42. Wie am besten in der Darstellung der 2 zu erkennen, ist die rückseitige Kontaktstelle im Ausführungsbeispiel durch einen am Rand des Bauelements umlaufenden Kontaktrahmen 42 gebildet.
In einem Bereich über dem umlaufenden Kontaktrahmen 42 ist die aktive Schicht 34 und die zweite Mantelschicht 36 entfernt, beispielsweise durch einen Ätzprozeß, wodurch in dem Dünnfilmstapel 30 Ausnehmungen 58 gebildet werden.
Um eine Lichtabsorption an dem zentralen Vorderseiten-Kontakt 40 zu minimieren, ist durch eine Entfernung der aktiven Schicht 34 und der ersten Mantelschicht 32 eine ringförmige Ausnehmung 38 in den Dünnfilmstapel 30 eingebracht. Die aktive Schicht 34 und die erste Mantelschicht 32 können beispielsweise durch einen Ätzprozeß entfernt werden. Durch die beiden Ausnehmungen 38 und 58 ist die Lichterzeugung auf einen Bereich 50 beschränkt, der von den Kontaktstellen 40 und 42 räumlich getrennt ist. Unerwünschte Lichtabsorption an den Kontaktstellen 40, 42 wird dadurch weitgehend vermieden.
Die erste Mantelschicht 32 ist im Bereich der Ausnehmung 58 durch den Ätzprozeß beispielsweise auf eine Schichtdicke von etwa 4 μm verdünnt. Darüber hinaus ist die zur Vorderseite 60 des Dünnfilmstapels 30 weisende Oberfläche 56 der Mantelschicht 32 aufgerauht. Da im Bereich der Ausnehmung 58 die aktive Schicht entfernt wurde, ist die Absorption dort sehr gering und die Auskopplung nach dem Dünnfilmprinzip sehr effektiv, sofern für eine ausreichende Streuung der Lichtstrahlen gesorgt ist. Diese Streuung wird im Ausführungsbeispiel durch die aufgerauhte Oberfläche 56 erzeugt, wobei sowohl eine zufällige, unregelmäßige Aufrauhung, als auch eine re gelmäßige Aufrauhung in Gestalt etwa einer regelmäßigen Ätzstruktur in Betracht kommt.
Im Bereich der Ausnehmung 58 wird Licht aus der Dünnfilm-Lumineszenzdiode 10 lediglich ausgekoppelt. Wegen der entfernten aktiven Schicht findet dort jedoch keine Photonenerzeugung statt, so daß dieser Bereich einen Nur-Auskopplungsbereich 52 der Lumineszenzdiode 10 bildet.
Im Bereich 50 wird durch Rekombination von injizierten Ladungsträgern Licht erzeugt. Ein Teil dieses Lichts wird in den Nur-Auskopplungsbereich 52 geleitet, ein weiterer Teil wird in der aktiven Schicht 34 absorbiert und noch ein weiterer Teil wird über die Vorderseite 60 aus der Lumineszenzdiode ausgekoppelt. Im Bereich 50 findet somit sowohl Lichterzeugung als auch Lichtauskopplung statt. Der Bereich 50 und der Nur-Auskopplungsbereich 52 bilden zusammen einen Lichtauskopplungsbereich 54, aus dem Licht aus der Lumineszenzdiode ausgekoppelt wird. Im zentralen Bereich des Dünnfilmstapels 30 unterhalb des zentralen Mittenkontakts 40 wird weder Licht erzeugt noch ausgekoppelt.
Bei der verbleibenden Schichtdicke der ersten Mantelschicht 32 im Nur-Auskopplungsbereich 52 von etwa 4 μm werden etwa 25% der insgesamt emittierten Strahlung in den nahezu absorptionsfreien Nur-Auskopplungsbereich 52 geführt. Bei einer Auskopplungseffizienz dieser Strahlung von 80% wird der externe Wirkungsgrad E_ext der Lumineszenzdiode mehr als verdoppelt. In 5 ist die Abhängigkeit des externen Wirkungsgrads E_ext einer erfindungsgemäßen Lumineszenzdiode von der der Schichtdicke d der aktiven Schicht gezeigt (Kurve 76). Das Maximum des externen Wirkungsgrads wird verglichen mit einer vergleichbaren herkömmlichen Dünnfilm-Lumineszenzdiode (Kurve 74) bei größeren Werten für die Schichtdicke erreicht, im Ausführungsbeispiel bei einer Schichtdicke von d = 625 nm.
Bei gleicher Gesamtfläche der Lumineszenzdiode kann somit die höhere Ladungsträgerdichte herabgesetzt werden, die durch die Verkleinerung der aktiven Fläche durch die Ausnehmungen 58 entsteht. Die interne Effizienz der Lumineszenzdiode wird somit nicht wesentlich verringert. In dem in 5 dargestellten Verlauf 76 ist dieser Effekt bereits berücksichtigt.
Wie ebenfalls aus 5 ersichtlich, ist der externe Wirkungsgrad in einem breiten Dickenbereich um den Maximalwert sehr hoch. So liegt der externe Wirkungsgrad zwischen einer Schichtdicke von 350 nm und 1000 nm oberhalb von 95% des maximal erreichbaren Wertes.
Alternativ oder zusätzlich zu der Aufrauhung der Oberfläche 56 der ersten Mantelschicht 32 kann eine Aufrauhung auch an der Rückseite 62 des Schichtstapels 30 über der p-seitigen Spiegelschicht 46 eingebracht sein.
Über die genannten Aufrauhungen hinaus können im Rahmen der Erfindung auch die Vorderseite 60 oder die Rückseite 62 aufgerauht sein, um interne Streuprozesse zu erzeugen. Auch können die Flanken der durch die Ausnehmungen 58 entstehenden Mesastruktur abgeschrägt sein.

Claims

Lichtemittierendes Halbleiterbauelement mit – einem Dünnfilmstapel (30) mit einer aktiven Schicht (34) und – auf einer Vorderseite (60) und einer Rückseite (62) des Dünnfilmstapels (30) ausgebildeten Vorder- und Rückseitenkontaktstellen (40, 42) zur Stromeinprägung in die aktive Schicht (34), dadurch gekennzeichnet, dass – der Dünnfilmstapel (30) einen Lichterzeugungsbereich (50) aufweist, in dem durch Rekombination von Ladungsträgern Photonen erzeugt werden, – der Dünnfilmstapel (30) einen Lichtauskopplungsbereich (54) aufweist, in dem Licht aus dem Bauelement ausgekoppelt wird, wobei der Lichterzeugungsbereich (50) und der Lichtauskopplungsbereich (54) in der Ebene des Dünnfilmstapels (30) zumindest teilweise voneinander getrennt sind, – der Dünnfilmstapel (30) in einem Bereich um die Vorderseiten-Kontaktstelle (40) herum eine erste, die aktive Schicht (34) unterbrechende Ausnehmung (38) aufweist, und – der Dünnfilmstapel (30) in einem Bereich über der Rückseiten-Kontaktstelle (42) eine zweite, die aktive Schicht (34) unterbrechende Ausnehmung (58) aufweist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtauskopplungsbereich (54) einen Bereich (50) enthält, in dem sowohl Licht erzeugt wird, als auch Licht aus dem Bauelement ausgekoppelt wird.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtauskopplungsbereich (54) einen Nur-Auskopplungsbereich (52) ohne aktive Schicht enthält, in welchem keine Photonen durch Rekombination von Ladungsträgern erzeugt werden.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Vorderseite (60) des Dünnfilmstapels (30) weisende Oberfläche (56) des Nur-Auskopplungsbereichs (52) aufgerauht ist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Vorderseite (60) des Dünnfilmstapels (30) weisende Oberfläche (56) des Nur-Auskopplungsbereichs (52) eine Aufrauhung mit unregelmäßiger Struktur aufweist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Vorderseite (60) des Dünnfilmstapels (30) weisende Oberfläche (56) des Nur-Auskopplungsbereichs (52) als Aufrauhung eine regelmäßige Struktur, insbesondere eine regelmäßige Ätzstruktur aufweist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Rückseite (62) des Dünnfilmstapels (30) weisende Oberfläche des Nur-Auskopplungsbereichs (52) eine Aufrauhung mit unregelmäßiger Struktur aufweist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Rückseite (62) des Dünnfilmstapels (30) weisende Oberfläche des Nur-Auskopplungsbereichs (52) als Aufrauhung eine regelmäßige Struktur, insbesondere eine regelmäßige Ätzstruktur aufweist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichterzeugungsbereich (50) von den Kontaktstellen (40, 42) in der Ebene des Dünnfilmstapels (30) räumlich getrennt ist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 und nach Anspruch 3 oder einem auf Anspruch 3 rückbezogenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Nur-Auskopplungsbereich (52) den Bereich der zweiten Ausnehmung (58) umfaßt.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichterzeugungsbereich (50) mit den Kontaktstellen (40, 42) jeweils über eine Mantelschicht (32, 36) elektrisch verbunden ist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die den Lichterzeugungsbereich (50) mit der Rückseiten-Kontaktstelle (42) verbindende Mantelschicht (32) im Bereich der zweiten Ausnehmung (58) den Nur-Auskopplungsbereich (52) bildet.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die den Lichterzeugungsbereich (50) mit der Rückseiten-Kontaktstelle (42) verbindende Mantelschicht (32) im Bereich der zweiten Ausnehmung (58) eine Schichtdicke von etwa 1 μm bis etwa 15 μm, bevorzugt von etwa 2 μm bis etwa 8 μm, besonders bevorzugt von etwa 4 μm aufweist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schicht (32) eine Schichtdicke von 150 nm bis 1500 nm, insbesondere von etwa 400 nm bis etwa 1000 nm aufweist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseiten-Kontaktstelle durch einen zentralen Mittelkontakt (40) gebildet ist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseiten-Kontaktstelle durch einen das Bauelement umlaufenden Kontaktrahmen (42) gebildet ist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (62) des Dünnfilmstapels (30) mit Ausnahme der Fläche der Rückseiten-Kontaktstelle (42) mit einer hochreflektiven Spiegelschicht (46), insbesondere einer dielektrischen Spiegelschicht versehen ist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dünnfilmstapel (30) eine Dicke zwischen 3 μm und 50 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 25 μm aufweist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dünnfilmstapel (30) eine Schichtenfolge auf Basis von Al_xGa_yIn_l-x-yP, mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, und x + y ≤ 1, aufweist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschichten (32, 36) des Dünnfilmstapel (30) auf Basis von Al_xGa_l-xAs, mit 0 ≤ x ≤ 1 gebildet sind.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Mantelschichten (32, 36) eine aktive Schicht (34) angeordnet ist, die auf Basis von Al_xGa_yIn_l-x-yP, mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, und x + y ≤ 1, gebildet ist.
Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dünnfilmstapel (30) eine Schichtenfolge auf Basis von Al_xGa_l-xAs, mit 0 ≤ x ≤ 1 aufweist.