DE112011104913T5

DE112011104913T5 - Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE112011104913T5
Application number: DE112011104913T
Authority: DE
Inventors: Min-Hsun Hsieh; Hung-Chih Yang; Ming-Chi Hsu
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2013-12-24
Also published as: CN103339747A; KR101550117B1; KR20140030135A; JP5763789B2; JP2014507069A; US20130334555A1; WO2012109797A1

Abstract

Eine optoelektronische Vorrichtung weist auf: ein Substrat; und einen Übergangsstapel, der auf dem Substrat gebildet ist, der eine erste Übergangsschicht, die auf dem Substrat gebildet ist, mit einer ersten hohlen Komponente, die innerhalb der ersten Übergangsschicht gebildet ist und eine zweite Übergangsschicht aufweist, die auf der ersten Übergangsschicht gebildet ist, mit einer zweiten hohlen Komponente, die innerhalb der zweite Übergangsschicht gebildet ist, wobei die erste hohle Komponente und die zweite hohle Komponente jeweils ein Volumen haben, und das Volumen der ersten hohlen Komponente von dem der zweiten hohlen Komponente verschieden ist, und das Material des Übergangsstapels mindestens zwei Elemente aufweist.

Description

Hintergrund
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine optoelektronische Vorrichtung mit einem Übergangsstapel, der zwischen der Halbleiterschicht und dem Substrat gebildet ist.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Die Lichtstrahlungstheorie von lichtemittierenden Dioden (LED) ist es, Licht zu generieren, wenn Elektronen und Löcher in einem aktiven Bereich zwischen dem n-Typ Halbleiter und dem p-Typ Halbleiter rekombinieren. Weil die Lichtstrahlungstheorie von LED verschieden von Glühlicht ist, das den Glühdraht aufheizt, wird die LED eine „kalte” Lichtquelle genannt.
Außerdem ist die LED nachhaltiger, langlebiger, leicht und handlich, hat weniger Energieverbrauch und wird daher als eine neue Lichtquelle für die Beleuchtungsmärkte angesehen. Die LED ist bei vielen Anwendungen anwendbar, wie in Ampeln, Hintergrundlichtmodulen, Straßenlampen und medizinischen Instrumenten, und ersetzt allmählich die traditionellen Lichtquellen.
Zusammenfassung der Offenbarung
Eine optoelektronische Vorrichtung weist auf: ein Substrat; und einen Übergangsstapel, der auf dem Substrat gebildet ist, der eine erste Übergangsschicht aufweist, die auf dem Substrat gebildet ist, mit einer ersten hohlen Komponente, die innerhalb der ersten Übergangsschicht gebildet ist, und eine zweite Übergangsschicht, die auf der ersten Übergangsschicht gebildet ist, mit einer zweiten hohlen Komponente, die innerhalb der zweiten Übergangsschicht gebildet ist, wobei die erste hohle Komponente und die zweite hohle Komponente jeweils ein Volumen haben, und das Volumen der ersten hohlen Komponente verschieden ist von dem der zweiten hohlen Komponente, und das Material des Übergangsstapels mindestens zwei Elemente aufweist.
Kurze Beschreibung der Figuren
1A–1B stellen die Theorie einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar;
2A–2F stellen einen Prozessablauf eines Verfahrens zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar;
3A–3C stellen die Struktur der optoelektronischen Vorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar; und
4A–5B stellen Rasterelektronenmikroskop(SEM)-Bilder gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
Hauptelemente

Substrat 101, Übergangsstapel 102, Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeits-Typs 103, aktive Schicht 104, Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeits-Typs 105, Elektroden 106, 107.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Offenbarung beschreibt eine optoelektronische Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der optoelektronischen Vorrichtung. Um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu erhalten, wird auf die folgende Beschreibung und die Darstellungen aus 1 bis 5B Bezug genommen.
Wenn Licht von dem Medium mit höherem Brechungsindex in das Medium mit niedrigerem Brechungsindex übertragen wird, sinkt die Lichtausbeuteeffizienz aufgrund des Unterschieds im Brechungsindex. In dieser Anmeldung wird ein Übergangsstapel mit graduellem Brechungsindex bereitgestellt, um die Lichtausbeuteeffizienz zu erhöhen. 1A–1B stellen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Übergangsstapel mit Hohlräumen dar. Wie in 1A gezeigt, ist eine Mehrzahl der Hohlräume p innerhalb des Übergangsstapels 102 gebildet. Durch Einstellen des Volumens oder der Dichte der Hohlräume p in dem Übergangsstapel 102, wird die Lichtausbeuteeffizienz drastisch erhöht. Der Brechungsindex (n) kann durch die folgende Formel eingestellt werden: n(z) = 1·m + 2,4·(1 – m), wobei das Element z die Kristallwachstumsrichtung des Übergangsstapels ist, und das Element m die Dichte der Hohlräume ist. 1B stellt das Diagramm der Dichte der Hohlräume aufgetragen auf den Brechungsindex des Übergangsstapels dar. Wenn zum Beispiel das Material des Übergangsstapels 102 GaN ist, kann durch Einstellen der Dichte der Hohlräume des Übergangsstapels 102, der Brechungsindex des Übergangsstapels 102 von n = 2,5 in n = 11,9 geändert werden.
Durch die oben dargestellte Theorie, stellen 2A bis 2F einen Prozessablauf des Verfahrens zum Herstellen der optoelektronischen Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. 2A–2B stellen ein Substrat 101 mit einer Normallinienrichtung N und einer ersten Hauptoberfläche 1011 dar. Eine erste Übergangsschicht 1021 ist auf der ersten Oberfläche 1011 des Substrats 101 gebildet.
2B stellt eine zweite Übergangsschicht 1022 dar, die auf der ersten Übergangsschicht 1021 gebildet ist, wobei die erste Übergangsschicht 1021 und die zweite Übergangsschicht 1022 ein Übergangsstapel 102 sein können.
Im Folgenden kann der Übergangsstapel 201 geätzt werden durch elektrochemisches Ätzen, anisotropes Ätzen, z. B. Trockenätzen von induktiv gekoppeltem Plasma, ICP, oder Nassätzen mit einer wässrigen Lösung mit mindestens einer aus NaOH, H₂C₂O₄, H₃PO₄ und H₂SO₄ Lösung oder ihren Mischungen, um mindestens eine erste hohle Komponente p1 in der ersten Übergangsschicht 1021 und mindestens eine zweite hohle Komponente p2 in der zweiten Übergangsschicht 1022 zu bilden. Die erste hohle Komponente p1 und die zweiten hohle Komponente p2 können Poren sein, Hohlräume, Bobrungen, Nadellöcher oder mindestens zwei erste hohle Komponenten p1 oder mindestens zwei zweite hohle Komponenten p1, die zu einer porösen Struktur verbunden sein können. Die Herstellungsverfahren sind auch in der TW-Anmeldung Nr. TW099132135 , TW099137445 und TW099142035 beschrieben und sind auch dem vorliegenden Bevollmächtigen zuzuschreiben und sind hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingebunden.
In dieser Ausführungsform, sind die Breite der ersten hohlen Komponente p1 und der zweiten hohlen Komponente p2 als die größte Abmessung der ersten hohlen Komponente p1 und der zweiten hohlen Komponente p2 definiert, die senkrecht zu der Normallinienrichtung N des Substrats 101 steht. In einer Ausführungsform sind die Breite der ersten hohlen Komponente p1 und der zweiten hohlen Komponente p2 verschieden. In einer anderen Ausführungsform ist die Breite der ersten hohlen Komponente p1 größer als die Breite der zweiten hohlen Komponente p2.
In dieser Ausführungsform sind die Dichte der ersten hohlen Komponente p1 und die Dichte der zweiten hohlen Komponente p2 verschieden. In einer anderen Ausführungsform ist die Dichte der ersten hohlen Komponente p1 größer als die Dichte der zweiten hohlen Komponente p2.
In dieser Ausführungsform enthält das Material des Übergangsstapels 102 ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die Ga, Al, In, As, P, N und Si enthält.
In einer Ausführungsform können die erste hohle Komponente p1 und die zweite hohle Komponente p2 Poren, Hohlräume, Bohrungen, Nadellöcher sein, und die Breite der ersten hohlen Komponente p1 oder der zweiten hohlen Komponente p2 kann 10 nm–2000 nm, 100 nm–2000 nm, 300 nm–2000 nm, 500 nm–2000 nm, 800 nm–2000 nm, 1000 nm–2000 nm, 1300 nm–2000 nm, 1500 nm–2000 nm oder 1800 nm–2000 nm sein. In einer Ausführungsform ist die Breite W der hohlen Komponente p1, die dem Substrat nahe ist, größer als die Breite der hohlen Komponente p1, die der zweiten Übergangsschicht 1022 nahe ist.
In einer anderen Ausführungsform können die erste hohle Komponenten p1 oder die zweite hohle Komponenten p2 Mehrfach-Hohlräume oder poröse Strukturen sein. Die Durchschnittsbreite der Mehrzahl der ersten hohlen Komponenten p1 oder der zweiten hohlen Komponenten p2 kann 10 nm–2000 nm, 100 nm–2000 nm, 300 nm–2000 nm, 500 nm–2000 nm, 800 nm–2000 nm, 1000 nm–2000 nm, 1300 nm–2000 nm, 1500 nm–2000 nm oder 1800 nm–2000 nm sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Durchschnittsabstand D der Mehrzahl der ersten hohlen Komponenten p1 oder der zweiten hohlen Komponenten p2 10 nm–2000 nm, 100 nm–2000 nm, 300 nm–2000 nm, 500 nm–2000 nm, 800 nm–2000 nm, 1000 nm–2000 nm, 1300 nm–2000 nm, 1500 nm–2000 nm oder 1800 nm–2000 nm sein.
Die Porosität Φ der Mehrzahl von den ersten hohlen Komponenten p1 oder den zweiten hohlen Komponenten p2 kann als das Gesamtvolumen der ersten hohlen Komponente (oder der zweiten hohlen Komponente) V_V geteilt durch das Gesamtvolumen V_T der ersten Übergangsschicht 1021 (oder der zweiten Übergangsschicht 1022)
definiert sein. In einer Ausführungsform kann die Porosität Φ der Mehrzahl von den ersten hohlen Komponenten p1 oder den zweiten hohlen Komponenten p2 5%–90%, 10%–90%, 20%–90%, 30%–90%, 40%–90%, 50%–90%, 60%–90%, 70%–90% oder 80%–90% sein.
Im Folgenden stellt 2C eine andere Ausführungsform dar, die offenbart, dass die Mehrzahl von ersten hohlen Komponenten p1 eine regelmäßige Raster-Struktur sein kann. Zum Beispiel hat die Mehrzahl der ersten hohlen Komponenten p1 dieselbe Größe und bildet eine erste photonische Kristallstruktur. Die Mehrzahl von zweiten hohlen Komponenten p2 kann auch eine regelmäßige Raster-Struktur sein. Zum Beispiel hat die Mehrzahl von zweiten hohlen Komponenten dieselbe Größe und bildet eine zweite photonische Kristallstruktur. In dieser Ausführungsform kann die Spannung gelöst werden und die Reflektion und Streuung des Lichts können durch die erste photonische Kristallstruktur und die zweite photonische Kristallstruktur erhöht werden. In einer anderen Ausführungsform sind die Breite der Mehrzahl der ersten hohlen Komponenten p1 und der Mehrzahl der zweiten hohlen Komponenten p2 verschieden. In einer anderen Ausführungsform ist die Breite der Mehrzahl der ersten hohlen Komponenten p1 größer als die Breite der Mehrzahl der zweiten hohlen Komponenten p2.
Im Folgenden stellt 2D eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps 103, eine aktive Schicht 104 und eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps 105 dar, die nacheinander auf der zweiten Übergangsschicht 1022 gebildet sind.
Schließlich stellt 2E zwei Elektroden 106, 107 dar, die jeweils auf der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps 105 und dem Substrat 101 gebildet sind, um eine optoelektronische Vorrichtung 100 des Vertikal-Typs zu bilden.
In einer Ausführungsform stellt 2F einen Teil der aktiven Schicht 104 und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfehigkeitstyps 105 dar, die geätzt sind, um einen Teil der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeits-Typs 103 freizulegen. Zwei Elektroden 106, 107 sind jeweils auf der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeits-Typs 105 und der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps 103 gebildet, um eine optoelektronische Vorrichtung 100' des Horizontal-Typs zu bilden. Das Material der Elektroden 106, 107 kann Cr, Ti, Ni, Pt, Cu, Au, Al oder Ag sein.
Die Mehrzahl der ersten hohlen Komponenten p1 oder der zweiten hohlen Komponenten p2 innerhalb der ersten Übergangsschicht 1021 oder der zweiten Übergangsschicht 1022 sind Leerräume oder Kavitäten, die einen Brechungsindex haben und als Luftlinsen wirken können. Aufgrund des Unterschieds des Brechungsindex der Mehrzahl der ersten hohlen Komponenten p1 oder der zweiten hohlen Komponenten p2 und der Halbleiterschicht, z. B. ist der Brechungsindex der Halbleiterschicht 2–3, und der Brechungsindex von Luft ist 1, ändert der Lichtübergang in die Mehrzahl der ersten hohlen Komponenten p1 oder der zweiten hohlen Komponenten p2 seine Emittierrichtung zur Außenseite der optoelektronischen Vorrichtung 100 und erhöht die Lichtemissionseffizienz. Außerdem kann die Mehrzahl von ersten hohlen Komponenten p1 oder der zweiten hohlen Komponenten p2 ein Streuungszentrum sein, um die Richtung des Photons zu ändern und die Totalreflektion zu verringern. Durch das Erhöhen der Porosität der ersten hohlen Komponenten p1 oder der zweiten hohlen Komponenten p2 verstärkt sich der oben erwähnte Effekt. Außerdem wird in einer anderen Ausführungsform das folgende epitaktische Wachstum einfacher und die epitaktische Qualität wird verbessert, weil die Breite der ersten hohlen Komponente p1 größer ist als die Breite der zweiten hohlen Komponente p2.
In einer anderen Ausführungsform kann der Übergangsstapel 102 eine N-Typ dotierte Schicht sein und die erste hohle Komponente p1 und die zweite hohle Komponente p2 sind durch elektrochemisches Ätzen gebildet. Weil das Volumen oder die Dichte der hohlen Komponenten in den Übergangsstapeln 102 durch elektrochemisches Ätzen gebildet ist, gilt bezogen auf die Dotierkonzentration bei der gleichen elektrochemischen Ätz-Bedingung, je niedriger die Dotierkonzentration der Übergangsstapel 102 ist, um so kleiner ist das Volumen oder niedriger ist die Dichte der hohlen Komponenten in den Übergangsstapeln 102. Durch Einstellen der Dotierkonzentration der ersten Übergangsschicht 1021 und der zweiten Übergangsschicht 1022 in den Übergangsstapel 102, werden daher die erste hohle Komponente p1 und die zweite hohle Komponente p2 mit verschiedenem Volumen und verschiedener Dichte gebildet. In einer Ausführungsform kann die Dotierkonzentration der Übergangsstapel 102 10¹⁵–10¹⁹ cm^–3 10¹⁶–10¹⁹ cm^–3 , 10¹⁷–10¹⁹ cm^–3 10¹⁸–10¹⁹ cm^–3 , 5 × 10¹³–10¹⁹ cm^–3, 5 × 10¹⁷–10¹⁹ cm^–3, oder 5 × 10¹⁷–10¹⁸ cm^–3 sein.
In einer anderen Ausführungsform ist eine Verbindungsschicht (nicht gezeigt) auf der zweiten Übergangsschicht 1022 gebildet, wobei die Verbindungsschicht eine unbeabsichtigt dotierte Schicht oder eine undotierte Schicht ist. Die Bildungstemperatur der Verbindungsschicht kann 800–1200°C sein, und der Druck kann 100–700 mbar sein, wobei die Einstellung auf der Porosität und des Volumens der hohlen Komponente des Übergangsstapels 102 basiert, um sich durch laterales Wachstum zu verbinden, so dass die Breite oder die Dichte der hohlen Komponente, die näher an der Grenzfläche des Übergangsstapels 102 und der Verbindungsschicht ist, verringert ist, und die Verbindungsschicht fortlaufend gebildet werden kann.
3A–3C stellen ein Prozessverlauf eines Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. 3A–3B stellen den Übergangsstapel 102 dar, der ferner eine dritte Übergangsschicht 1023 und/oder eine vierte Übergangsschicht 1024 umfasst. 3C stellt dar, dass der Übergangsstapel 102n Schichten von Übergangsschichten 1021~102n aufweist, um die Lichtausbeuteeffizienz zu erhöhen, und die Spannung gemäß der tatsächlichen Gestaltung der optoelektronischen Vorrichtung 100 zu lösen. In der Ausführungsform kann jede Übergangsschicht in dem Übergangsstapel 102 mindestens eine hohle Komponente haben, wie z. B. eine Pore, einen Hohlraum, eine Bohrung, ein Nadelloch, mindestens zwei hohle Komponenten, die mit der Porenstruktur verbunden sein können. Das Herstellungsverfahren, das Material, die Abmessung oder andere Merkmale sind die gleichen wie bei der oben erwähnten Ausführungsform.
3A stellt dar, dass mindestens eine erste hohle Komponente p1 in der ersten Übergangsschicht 1021 gebildet ist, mindestens eine zweite hohle Komponente p2 in der zweiten Übergangsschicht 1022 gebildet ist und mindestens eine dritte hohle Komponente p3 in der dritten Übergangsschicht 1023 gebildet ist. In einer Ausführungsform können das Volumen der ersten hohlen Komponente p1, der zweiten hohlen Komponente p2 und der dritten hohlen Komponente p3 gleich oder verschieden sein. In einer anderen Ausführungsform kann bei der Breite oder der Dichte der ersten hohlen Komponente p1, der zweiten hohlen Komponente p2 und der dritten hohlen Komponente p3, p1 > p2 > p3 gelten. In einer anderen Ausführungsform kann bei der Breite oder der Dichte der ersten hohlen Komponente p1, der zweiten hohlen Komponente p2 und der dritten hohlen Komponente p3 p1 > p2 und p3 > p2 gelten. In einer anderen Ausführungsform kann bei der Breite oder der Dichte der ersten hohlen Komponente p1, der zweiten hohlen Komponente p2 und der dritten hohlen Komponente p3 p1 < p2, p3 < p2 gelten.
4A–5B stellt Rasterelektronenmikroskop (SEM)-Bilder des Übergangsstapels 102 der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. 4A stellt einen Übergangsstapel 102 dar, der eine erste Übergangsschicht 1021, eine zweite Übergangsschicht 1022 und eine dritte Übergangsschicht 1023 umfasst, und wobei die Breite oder die Dichte der zweiten hohlen Komponente p2 kleiner ist als die Breite oder die Dichte der ersten hohlen Komponenten p1 und der dritten hohlen Komponenten p3. 4B stellt eine Draufsicht des Übergangsstapels 102 dar. Der Durchschnittsabstand der Mehrzahl der dritten hohlen Komponenten p3 in der dritten Übergangsschicht 1023 ist 20–100 nm. In dieser Ausführungsform kann durch Einstellen der Breite oder der Dichte der ersten hohlen Komponente p1, der zweiten hohlen Komponente p2 und der dritten hohlen Komponente p3 der Brechungsindex des Übergangsstapels 102 geändert werden, und der Übergangsstapel 102 kann als ein DBR (distributed Bragg reflector – Bragg-Spiegel) verwendet werden.
5A–5B zeigt Rasterelektronenmikroskop (SEM)-Bilder des Übergangsstapels 102 einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 5A stellt einen Übergangsstapel 102 dar, der eine erste Übergangsschicht 1021, eine zweite Übergangsschicht 1022 und eine dritte Übergangsschicht 1023 umfasst, und wobei die Breite oder die Dichte der zweiten hohlen Komponente p2 größer ist als die Breite oder die Dichte der ersten hohlen Komponente p1 und der dritten hohlen Komponente p3. 5B zeigt die Draufsicht des Übergangsstapels 102. Der Durchschnittsabstand der Mehrzahl der dritten hohlen Komponenten p3 in der dritten Übergangsschicht 1023 ist 20–100 nm. In dieser Ausführungsform kann durch Einstellen der Breite oder der Dichte der ersten hohlen Komponente p1, der zweiten hohlen Komponente p2 und der dritten hohlen Komponente p3 der Brechungsindex des Übergangsstapels 102 verändert werden und der Übergangsstapel 102 kann als DBR (distributed Bragg reflector – Bragg-Spiegel) verwendet werden.
Insbesondere weist die optoelektronische Vorrichtung 100 eine lichtemittierende Diode (LED), eine Fotodiode, einen Fotowiderstand, eine Laserdiode, einen Infrarotstrahler, eine organische lichtemittierende Diode und eine Solarzelle auf. Das Substrat 101 kann eine Wachstums- oder Träger-Basis haben. Das Material des Substrats 101 weist ein elektrisch leitendes Substrat auf, ein elektrisch isolierendes Substrat, ein transparentes Substrat oder ein lichtundurchlässiges Substrat auf. Das Material des elektrisch leitfähigen Substrats kann Metall sein, z. B. Ge, GaAs, InP, SiC, Si, LiAIO₂, ZnO, GaN, AlN und Metalle. Das Material des transparenten Substrats kann ausgewählt werden aus Saphir (Al₂O₃), LiAlO₂, ZnO, GaN, Glas, Diamant, CVD Diamant, diamantartiger Kohlenstoff (DLC), Spinell (MgAl₂O₃), SiO oder LiGaO₂.
Die erste Halbleiterschicht 103 und die zweite Halbleiterschicht 105 sind in Elektrizität, Polarität oder Dopant verschieden, oder es werden verschiedene Halbleitermaterialien verwendet zum Bereitstellen von Elektronen und Löchern, wobei das Halbleitermaterial eine Einzelhalbleitermaterialschicht oder Mehrfachhalbleitermaterialschichten sein kann. Die Polarität kann mit zwei von p-Typ, n-Typ und i-Typ ausgewählt werden. Die aktive Schicht 102 ist zwischen der ersten Halbleiterschicht 103 und der zweiten Halbleiterschicht 105 angeordnet, wo jeweils die elektrische Energie und die Lichtenergie konvertiert werden kann oder stimulierend konvertiert werden kann. Die Vorrichtungen die die elektrische Energie in Lichtenergie konvertieren oder stimulierend konvertieren können, können lichtemittierende Dioden, Flüssigkristallanzeigen und organische lichtemittierende Dioden sein. Die Vorrichtungen, die die Lichtenergie in elektrische Energie konvertieren oder stimulierend konvertieren können, können Solarzellen oder optoelektronische Dioden sein. Das Material der ersten Halbleiterschicht 103, der aktiven Schicht 104 und der zweiten Halbleiterschicht 105 weist Ga, Al, In, As, P, N, Si und Kombinationen davon auf.
Die optoelektronische Vorrichtung 100 einer anderen Ausführungsform der Anmeldung ist eine lichtemittierende Diode, deren Lichtspektrum durch Ändern der wesentlichen physikalischen oder chemischen Faktoren der Einzelhalbleitermaterialschicht oder der Mehrfachhalbleitermaterialschichten eingestellt werden kann. Das Material der Einzelhalbleitermaterialschicht oder der Mehrfachhalbleitermaterialschichten kann Aluminiumgalliumindiumphosphid (AlGaInP) Serienmaterial, Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN) Serienmaterial oder ZnO Serienmaterial beinhalten. Die Struktur der aktiven Schicht 103 kann eine Einzel-Heterostruktur (SH), eine Doppel-Heterostruktur (DH), eine Doppelseiten-Doppel-Heterostruktur (DDH) oder eine Multi-Quantum-Well (MQW) sein, wobei die Wellenlänge des Lichts, das von der aktiven Schicht 103 emittiert wird, durch Einstellen der Nummer der Paare von MQW geändert werden kann.
In einer Ausführungsform der Anmeldung kann wahlweise eine Pufferschicht (nicht gezeigt) zwischen die erste Halbleiterschicht 103 und den Übergangsstapel 102 oder zwischen den Übergangsstapel 102 und das Substrat 101 angeordnet werden. Die Pufferschicht ist zwischen den zwei Materialsystemen, um das Materialsystem des Substrats 101 in das Materialsystem der ersten Halbleiterschicht 103 übergehen zu lassen. Für die Struktur der lichtemittierenden Diode, wird die Pufferschicht verwendet, um das Kristallungleichgewicht zwischen den zwei Materialien zu reduzieren. Auf der anderen Seite weist die Pufferschicht eine Einzellage, Mehrfachlagen oder eine Struktur auf, die zwei Materialien oder zwei separate Strukturen aufweist. Das Material der Pufferschicht kann ausgewählt werden aus organischem Material, anorganischem Material, Metall oder Halbleitermaterial. Die Struktur der Pufferschicht kann eine Reflektorschicht, eine wärmeleitende Schicht, eine elektrisch leitende Schicht, eine ohmsche Kontaktschicht, eine Antideformationsschicht, eine Spannungslöseschicht, eine Bindeschicht, eine Wellenlängenkonvertierungsschicht oder eine mechanisch fixierende Struktur sein.
Eine Kontaktschicht (nicht gezeigt) kann wahlweise auf der zweiten Halbleiterschicht 105 gebildet sein. Die Kontaktschicht ist auf der Seite der zweiten Halbleiterschicht 105, die von der aktiven Schicht 104 abgewandt ist, angeordnet. Insbesondere kann die Kontaktschicht eine optische Schicht, eine elektrische Schicht oder eine Kombination daraus sein. Die optische Schicht kann die Strahlung oder das Licht beim Verlassen oder Eintreten in die aktive Schicht 104 verändern, wobei die optische Schicht verändern kann aber nicht auf die Frequenz, die Wellenlänger, die Intensität, die Flussdicht, die Effizienz, die Farbtemperatur, den Wiedergabeindex, das Lichtfeld, den Blickwinkel beschränkt ist. Die elektrische Schicht kann den Wert, die Dichte, die Spannungsverteilung, den Widerstand, den Strom oder die Kapazität von zwei relativen Seiten der Kontaktschicht verändern. Das Material der Kontaktschicht umfasst Oxide, wie z. B. leitende Oxide, transparente Oxide und Oxide mit einer Transparenz über 50%, Metalle, wie z. B. transparente Metalle und Metalle mit einer Transparenz über 50%, organische Materialien, anorganische Materialien, fluoreszierende Materialien, Keramik, Halbleitermaterialien und dotierte Halbleitermaterialien. In manchen Anwendungen kann das Material der Kontaktschicht ausgewählt werden aus InTiO, CdSnO, SbSnO, InZnO, ZnAlO oder ZnSnO. Wenn das Material der Kontaktschicht transparentes Material ist, ist die Dicke der Kontaktschicht in einem Bereich von 0,005 μm–0,6 μm.
Obwohl die obigen Figuren und Darstellungen individuell zu den spezifischen Ausführungsformen gehören, können die Elemente, das Praxisverfahren, die Gestaltungsprinzipien und die technische Theorie Bezug zueinander haben, ausgetauscht, eingebunden, zusammengestellt und nebengeordnet werden, außer sie stehen sich entgegen, sind inkompatibel oder es ist schwer sie in der Praxis zusammenzusetzen.
Obwohl die vorliegende Anmeldung oben erklärt wurde, gibt es keine Beschränkung des Umfangs, der Praxisabläufe, der verwendeten Materialien oder der verwendeten Verfahren. Jegliche Modifikation oder Ausgestaltung entfernt sich nicht von deren Geist oder Umfang.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

TW 099132135 [0013]
TW 099137445 [0013]
TW 099142035 [0013]

Claims

Optoelektronische Vorrichtung, die aufweist: – ein Substrat; und – einen Übergangsstapel, der auf einem Substrat gebildet ist, der eine erste Übergangsschicht, die auf dem Substrat gebildet ist, mit einer ersten hohlen Komponente, die innerhalb der ersten Übergangsschicht gebildet ist und eine zweite Übergangsschicht aufweist, die auf der ersten Übergangsschicht gebildet ist, mit einer zweiten hohlen Komponente, die innerhalb der zweiten Übergangsschicht gebildet ist, wobei die erste hohle Komponente und die zweite hohle Komponente jeweils eine Breite und eine Dichte haben, und die Breite oder die Dichte der ersten hohlen Komponente verschieden von Breite oder Dichte der zweiten hohlen Komponente ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Mehrzahl erster hohler Komponenten und eine Mehrzahl zweiter hohler Komponenten aufweist, die in der optoelektronischen Vorrichtung gebildet sind und wobei mindestens zwei erste hohle Komponenten und mindestens zwei zweite hohle Komponenten verbunden werden können und eine poröse Struktur oder eine Mehrzahl poröser Strukturen bilden können; oder wobei die ersten hohlen Komponenten und die zweiten hohlen Komponenten ein regelmäßiges Raster sein können, wobei der Durchschnittsabstand der ersten hohlen Komponenten und der zweiten hohlen Komponenten 10 nm–2000 nm sein kann und die Porosität der ersten hohlen Komponenten und der zweiten hohlen Komponenten 5–90% sein kann.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeits-Typs, eine aktive Schicht und eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeits-Typs umfasst, die auf dem Übergangsstapel gebildet sind.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Material des Übergangsstapels, der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeits-Typs, der aktiven Schicht und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeits-Typs ein oder mehr als ein Element enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Ga, In, As, P und N oder deren Kombination besteht.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Breite oder die Dichte der ersten hohlen Komponenten größer sind als die Breite oder die Dichte der zweiten hohlen Komponenten.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Übergangsstapel eine n-Typ dotierte Schicht ist mit der Dotierungskonzentration von 10¹⁵–10¹⁹ cm^–3 und/oder die Dotierkonzentration der ersten Übergangsschicht von der Dotierkonzentration der zweiten Übergangsschicht verschieden ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die ersten hohlen Komponenten und die zweiten hohlen Komponenten eine photonische Kristallstruktur sind
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Verbindungsschicht aufweist, die auf dem Übergangsstapel gebildet ist und wobei die Verbindungsschicht eine unabsichtlich dotierte Schicht oder eine undotierte Schicht ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Übergangsstapel ferner eine dritte Übergangsschicht aufweist, die auf der zweiten Übergangsschicht gebildet ist, mit einer dritten hohlen Komponente, die innerhalb der dritten Übergangsschicht gebildet ist, wobei die dritte hohle Komponente eine Breite und eine Dichte hat und die Breite oder die Dichte der dritten hohlen Komponente von der Breite oder der Dichte der ersten hohlen Komponente und der Breite oder der Dichte der zweiten hohlen Komponente verschieden ist.
Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung die aufweist: – Bereitstellen eines Substrats; – Bilden einer ersten Übergangsschicht auf dem Substrat; – Bilden mindestens einer ersten hohlen Komponente innerhalb der ersten Übergangsschicht; – Bilden einer zweiten Übergangsschicht auf der ersten Übergangsschicht; und – Bilden mindestens einer zweiten hohlen Komponente innerhalb der zweiten Übergangsschicht, wobei die erste hohle Komponente und die zweite hohle Komponente jeweils eine Breite und eine Dichte haben, und die Breite oder die Dichte der ersten hohlen Komponente von der Breite oder der Dichte der zweiten hohlen Komponente verschieden ist.
Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die erste hohle Komponente und die zweite hohle Komponente durch elektrochemisches Ätzen, Trockenätzen oder anisotropes Nassätzen gebildet werden.
Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung nach Anspruch 10, das ferner das Bilden einer Mehrzahl von ersten hohlen Komponenten und einer Mehrzahl von zweiten hohlen Komponenten in der optoelektronischen Vorrichtung aufweist, und wobei mindestens zwei erste hohle Komponenten und mindestens zwei zweite hohle Komponenten verbunden werden können und eine poröse Struktur oder eine Mehrzahl poröser Strukturen bilden können; oder wobei die ersten hohlen Komponenten und die zweiten hohlen Komponenten ein regelmäßiges Raster sein können, wobei der Durchschnittsabstand der ersten hohlen Komponenten und der zweiten hohlen Komponenten 10 nm–2000 nm sein kann und die Porosität der ersten hohlen Komponenten und der zweiten hohlen Komponenten 5–90% sein kann.
Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung nach Anspruch 10, das ferner das Bilden einer Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeits-Typs, einer aktiven Schicht und einer Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeits-Typs auf dem Übergangsstapel und dem Material des Übergangsstapels aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Material der Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeits-Typs, der aktiven Schicht und der Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeits-Typs, ein Element oder mehrere Elemente enthält, das/die aus der Gruppe von Al, Ga, In, As, P und N oder deren Kombination ausgewählt ist.
Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Breite oder die Dichte der ersten hohlen Komponenten größer ist als die Breite oder die Dichte der zweiten hohlen Komponenten
Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die erste hohle Komponente und die zweite Komponente durch elektrochemisches Ätzen gebildet werden, und der Übergangsstapel eine n-Typ dotierte Schicht ist mit der Dotierkonzentration von 10¹⁵–10¹⁹ cm^–3 und die Dotierkonzentration der ersten Übergangsschicht von der der Dotierkonzentration der zweiten Übergangsschicht verschieden ist.
Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die ersten hohlen Komponenten und die zweiten hohlen Komponenten photonische Kristallstrukturen sind.
Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung nach Anspruch 10, die ferner eine Verbindungsschicht aufweist, die auf dem Übergangsstapel gebildet ist, und wobei die Übergangsschicht eine unabsichtlich dotierte Schicht oder eine undotierte Schicht ist.
Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Übergangsstapel ferner eine dritte Übergangsschicht aufweist, die auf der zweiten Übergangsschicht gebildet ist mit einer dritten hohlen Komponente, die innerhalb der dritten Übergangsschicht gebildet ist, wobei die dritte hohle Komponente eine Breite hat, und die Breite als die größte Abmessung der dritten hohlen Komponente definiert ist, die parallel zu dem Substrat ist, und wobei die Breite oder die Dichte der der dritten hohlen Komponente von der Breite oder der Dichte der ersten hohlen Komponente und der Breite oder der Dichte der zweiten hohlen Komponente verschieden ist.