DE19901917A1 - Lichtemittierendes Diodenelement - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein lichtemittierendes Diodenelement.
Als Beispiele für ein herkömmliches lichtemittierendes Diodenelement, im Anschluß als
LED-Element bezeichnet, sind auf Nitridverbindungen basierende, blaufarbige LED-
Elemente bekannt, die eine lichtemittierende Schicht aus GaN und/oder InGaN aufweisen.
Fig. 1 ist eine Vorderansicht, im Teillängsschnitt, die den Aufbau eines bekannten LED-
Elements 10 dieses Typs zeigt. Demgemäß ist auf einem Saphir-Substrat 1 eine Niedrigtem
peratur-Puffer-Schicht 2 aus GaN ausgebildet. Eine n-leitende Schicht 3 ist auf der GaN-
Puffer-Schicht 2 ausgebildet. Die n-leitende Schicht 3 weist einen laminaren Schichtaufbau
eines Halbleiters aus einer GaN-Verbindung auf, der, beispielsweise, eine n-leitende GaN-
Stromdiffusionsschicht und eine AlGaN-Überzugsschicht enthält. Die Tieftemperatur-Puffer-
Schicht 2 aus GaN dient dem Verbessern der Kristallqualität des Halbleiters der darauf ausge
bildeten n-leitenden Schicht 3.
Eine aktive Schicht 4, die, beispielsweise, aus einem auf einer InGaN-Verbindung basieren
den Halbleiter ausgebildet ist, bildet eine lichtemittierende Schicht. Eine p-leitende Schicht 5
ist auf der aktiven Schicht 4 ausgebildet. Die p-leitende Schicht 5 weist einen laminaren Auf
bau auf der Basis eines Halbleiters aus einer GaN-Verbindung auf, der, beispielsweise, eine
p-leitende GaN-Stromdiffusionsschicht und eine AlGaN-Überzugsschicht enthält. Diese auf
einer GaN-Verbindung basierende Halbleiterschichtabfolge, die die n-leitende Schicht 3, die
aktive Schicht 4, die als eine lichtemittierende Schicht fungiert, und die p-leitende Schicht
enthält, ist auf das Saphir-Substrat 1 auflaminiert.
Ein Stromdiffusionsfilm 6 aus einem geeignet elektrisch leitenden Material ist auf der
p-leitenden Schicht 5 eben aufgebracht, um einen uniformen Strom der lichtemittierenden
Schicht 4 zuführen zu können. Eine Elektrode 7 auf der n-leitenden Seite ist auf der Oberflä
che der n-leitenden Schicht 3 ausgebildet. Eine Elektrode 8 auf der p-leitenden Seite ist auf
der Oberfläche des Stromdiffusionsfilms 6 ausgebildet. Das LED-Element 10 dieses Typs ist
auf einen Schaltkreis auf der Seite des Saphir-Substrats 1 aufgebracht, so daß Abgabelicht E
von der lichtemittierenden Schicht 4 auf der Seite des Stromdiffusionsfilms 6 emittiert wird.
Eine gegebene Verkabelung ist also auf dem Schaltkreis-Substrat aus gebildet, und Leiten ei
nes Stroms durch die Elektroden 7 und 8 auf der n- bzw. p-leitenden Seite des LED-Elements
10 bewirkt, daß das Ausgabelicht E von dem LED-Element 10 über den Stromdiffusionsfilm
6 emittiert wird, wie in Fig. 1 gezeigt.
Auf diese Weise ist ein herkömmliches LED-Element 10 auf einem Schaltkreis mit einer er
wünschten Verkabelung auf dem Saphir-Substrat 1 aufgebracht, so daß das Ausgabelicht E
über den Stromdiffusionsfilm 6 emittiert wird. Jedoch ist der Lichttransmissionsfaktor des
Stromdiffusionsfilms 6, der aus einem geeignet elektrisch leitenden Material ausgebildet ist,
in der Größenordnung von 50 bis 60% maximal. 40 bis 50% des emittierten Lichts geht so
mit verloren, wenn das Ausgabelicht E, das von der lichtemittierenden Schicht 4 emittiert
wird, durch den Stromdiffusionsfilm 6 transmittiert wird. Die Lichtemissionseffizienz der
bekannten LED-Elemente 10 ist daher nachteiligerweise herabgesenkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein LED-Element mit einer gegenüber dem
Stand der Technik verbesserten Lichtemissionseffizienz zu liefern, bei dem insbesondere das
Ausgabelicht von einer lichtemittierenden Schicht im wesentlichen ohne Verluste nach außen
abgegeben wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein LED-Element gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Ansprüche 2 bis 4 beschreiben bevorzugte Ausfühlungsformen des erfindungsgemäßen
LED-Elements.
Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch Bereitstellen
eines LED-Elements mit einem Saphir-Substrat, einem Film aus einer auf GaN basierenden
halbleitenden Verbindung, der eine lichtemittierende Schicht bildet, die auf das Substrat
auflaminiert ist, und einem Stromdiffusionsfilm, der auf der Halbleiterschicht ausgebildet ist,
wobei der Stromdiffusionsfilm aus einem elektrisch leitenden Metallfilm ausgebildet ist, der
einen hohen Reflexionsfaktor für Licht aufweist, und durch Aufbringen des LED-Elements
auf einen Schaltkreis das Ausgabelicht der lichtemittierenden Schicht von der Saphir-
Substrat-Seite zusammen mit dem Licht emittiert wird, das von dem Stromdiffusionsfilm re
flektiert wird.
Es wird also erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein LED-Element auf einen Schaltkreis aufzu
bringen, so daß ein Teil des Ausgabelichts der lichtemittierenden Schicht von dem Stromdif
fusionsfilm reflektiert und dann von der Saphir-Substrat-Seite emittiert wird. Daher wird der
Stromdiffusionsfilm, der gemäß dem Stand der Technik die Lichtemissionseffizienz der licht
emittierenden Schicht herabsetzt, als Mittel zum Erhöhen der Intensität des Ausgabelichts
verwendet. Es hat sich gezeigt, daß so die Emissionseffizienz eines erfindungsgemäßen LED-
Elements erheblich gegenüber der gemäß dem Stand der Technik verbessert ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei
bung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen
erläutert ist. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Vorderansicht, im Teillängsschnitt, eines bekannten LED-Elements;
Fig. 2 eine Vorderansicht, im Teillängsschnitt, eines LED-Elements der vorliegenden
Erfindung; und
Fig. 3 eine Ansicht eines lichtemittierenden Bauteils, das auf einem Schaltkreis ge
mäß der gegenwärtigen Erfindung aufgebracht ist.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 2 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail
beschrieben. Danach umfaßt ein LED-Element 11 gemäß der vorliegenden Erfindung im we
sentlichen die gleichen Bauelemente wie mit Bezug auf Fig. 1 im Zusammenhang mit dem
Stand der Technik beschrieben, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen
sind. Erfindungsgemäß ist jedoch der Stromdiffusionsfilm 6 aus einem Metall ausgebildet,
das eine elektrische Leitfähigkeit und einen hohen Reflexionsfaktor aufweist. Ein Metall, das
solche Charakteristiken aufweist, kann Al, Ni, Ti, Pt oder dergleichen enthalten. Der Strom
diffusionsfilm 6, der aus einem dieser Metalle hergestellt ist, ist eben auf die p-leitende Über
zugsschicht 5 aufgebracht.
Das LED-Element 11 der vorliegenden Erfindung ist auf eine Leiterplatine mit Leitungen 12,
13 derart aufgebracht, daß das Ausgabelicht bzw. Emissionslicht E von der lichtemittierenden
Schicht 4 auf der Seite, des Saphir-Substrats 1 emittiert wird. Beim Aufbringen des LED-
Elements 11 auf die Leitungen 12, 13 wird die Seite des LED-Elements 11, auf der die Elek
troden 7 und 8 der n- bzw. p-leitenden Seite ausgebildet sind, auf die Leiterplatine oder ein
metallisiertes, verdrahtetes Isolationssubstrat unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen
Materials als Verbindungsmaterial aufgeprägt, wie in Fig. 3 gezeigt. Ein derartiges Aufbrin
gen des LED-Elements 11 auf die Leitungen 12, 13 ermöglicht es, daß ein Teil des Ausgabe
lichts als Emissionslicht E direkt von dem LED-Element 11 über das Saphir-Substrat 1 emit
tiert und ein weiterer Teil des Ausgabelichts durch Reflexion an dem Stromdiffusionsfilm 6
als Reflexionslicht R reflektiert wird, so daß das resultierende Gesamtlicht aus Emissionslicht
E und Reflexionslicht R von dem Saphir-Substrat 1 abgeben wird.
Beim Aufbringen des LED-Elements 11 auf die Leitungen 12, 13 wird erfindungsgemäß vor
teilhafterweise ausgenutzt, daß das Saphir-Substrat 1 Lichttransmissionscharakteristiken auf
weist, die bislang nicht genutzt wurden, da das Saphier-Substrat 1 bislang auf der Seite ange
ordnet worden ist, die der Seite gegenüberliegt, auf der das Ausgabelicht E der lichtemittie
renden Schicht emittiert wird. Das LED-Element 11 ist also auf den Leitungen 12, 13 so auf
gebracht, daß das Ausgabelicht E der lichtemittierenden Schicht 4 von dem Saphir-Substrat 1
emittiert wird.
Damit die lichtemittierende Schicht 4 mit einem gleichmäßigen Strom in dem LED-Element
11 beliefert wird, ist der Stromdiffusionsfilm 6 auf der p-leitenden Überzugsschicht 5 ausge
bildet worden. Bei der vorliegenden Erfindung wird zudem der Stromdiffusionsfilm 6 aus
einem Metall ausgebildet, das ein hohes Reflexionsvermögen für Licht aufweist, so daß er als
ein Reflektor für Ausgabelicht von dem lichtemittierenden Schicht 4 verwendet werden kann.
In Übereinstimmung mit der vorliegende Erfindung ist das LED-Element 11 auf den Leitun
gen 12, 13 derart aufgebracht, daß Ausgabelicht E der lichtemittierenden Schicht 4, die zwi
schen dem Saphir-Substrat 1 und dem Stromdiffusionsfilm 6 ausgebildet ist, von der Saphir-
Substrat-Seite aus emittiert wird, und Ausgabelicht E der lichtemittierenden Schicht 4 von
dem Stromdiffusionsfilm 6 reflektiert wird, da der Stromdiffusionsfilm 6 aus einem Metall
ausgebildet wird, das einen hohen Reflexionsfaktor für Licht aufweist, und dann von dem
Saphir-Substrat 1 als Reflexionslicht R emittiert wird. Mit anderen Worten liegt der Kern der
Erfindung darin, den Stromdiffusionsfilm 6, der bislang das Ausgabelicht E von dem LED-
Element in seiner Intensität verringert hat, als Mittel zum Erhöhen der Intensität beim Emit
tieren von Licht zu verwenden.
Da das LED-Element 11 auf den Leitungen 12, 13 aufgebracht ist, so daß Ausgabelicht E der
lichtemittierenden Schicht 4 von dem Stromdiffusionsfilm 6 reflektiert und von der Saphir-
Substrat-Seite emittiert wird, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wie zuvor
beschrieben, kann der Stromdiffusionsfilm 6 in Abwendung vom Stand der Technik zur Er
höhung der Intensität des Ausgabelichts E um das Reflexionslicht R verwendet werden. Die
Lumineszenzeffizienz des erfindungsgemäßen LED-Elements wird also durch Hinzufügen
von Reflexionslicht R erheblich erhöht.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offen
barten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombi
nation für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen we
sentlich sein.
1
Saphir-Substrat
2
GaN-Puffer-Schicht
3
n-leitende Schicht
4
aktive Schicht
5
p-leitende Schicht
6
Stromdiffusionsfilm
7
Elektrode der n-leitenden Seite
8
Elektrode der p-leitenden Seite
10
LED-Element
11
LED-Element
12
Leitung
13
Leitung
E Emissionslicht
R Reflexionslicht
E Emissionslicht
R Reflexionslicht
Claims (4)
1. Lichtemittierendes Diodenelement, mit
einem Film aus einer auf GaN basierenden halbleitenden Verbindung, wobei der Film eine lichtemittierende Schicht (4) bildet, die auf ein Saphir-Substrat (1) auflaminiert ist, und
einem darauf ausgebildeten Stromdiffusionsfilm (6), der aus einem elektrisch lei tenden Metallfilm hergestellt ist, der einen hohen Reflexionsfaktor für Licht auf weist.
einem Film aus einer auf GaN basierenden halbleitenden Verbindung, wobei der Film eine lichtemittierende Schicht (4) bildet, die auf ein Saphir-Substrat (1) auflaminiert ist, und
einem darauf ausgebildeten Stromdiffusionsfilm (6), der aus einem elektrisch lei tenden Metallfilm hergestellt ist, der einen hohen Reflexionsfaktor für Licht auf weist.
2. Lichtemittierendes Diodenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das lichtemittierende Diodenelement (11) auf einen Schaltkreis (12, 13) aufge
bracht ist, so daß Ausgabelicht E der lichtemittierenden Schicht (4) von der Sa
phir-Substrat-Seite aus zusammen mit von dem Stromdiffusionsfilm (6) reflek
tierten Licht R abgegeben wird.
3. Lichtemittierendes Diodenelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß
der Stromdiffusionsfilm (6) aus einem Metall ausgebildet ist, ausgewählt aus einer
Gruppe, die Al, Ni, Ti und Pt umfaßt.
4. Lichtemittierendes Diodenelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
auf das Saphir-Substrat (1) eine Tieftemperatur-Puffer-Schicht (2), umfassend GaN, ausgebildet ist,
auf der Tieftemperatur-Puffer-Schicht (2) eine n-leitende Schicht (3) ausgebildet ist,
auf der n-leitenden Schicht (3) die aktive lichtemittierende Schicht (4) ausgebildet ist,
auf der aktiven Schicht (4) eine p-leitende Schicht (5) ausgebildet ist,
auf der p-leitenden Schicht (5) der Stromdiffusionsfilm (6) ausgebildet ist,
eine Elektrode (7) auf der n-leitenden Seite des beschichteten Saphir-Substrats (1) angeordnet ist,
eine Elektrode (8) auf der p-leitenden Seite des beschichteten Saphir-Substrats (1) angeordnet ist, und
die Elektroden (7, 8) einen Schaltkreis (12, 13) kontaktieren.
auf das Saphir-Substrat (1) eine Tieftemperatur-Puffer-Schicht (2), umfassend GaN, ausgebildet ist,
auf der Tieftemperatur-Puffer-Schicht (2) eine n-leitende Schicht (3) ausgebildet ist,
auf der n-leitenden Schicht (3) die aktive lichtemittierende Schicht (4) ausgebildet ist,
auf der aktiven Schicht (4) eine p-leitende Schicht (5) ausgebildet ist,
auf der p-leitenden Schicht (5) der Stromdiffusionsfilm (6) ausgebildet ist,
eine Elektrode (7) auf der n-leitenden Seite des beschichteten Saphir-Substrats (1) angeordnet ist,
eine Elektrode (8) auf der p-leitenden Seite des beschichteten Saphir-Substrats (1) angeordnet ist, und
die Elektroden (7, 8) einen Schaltkreis (12, 13) kontaktieren.
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