DE19926958A1 - Lichtemissions-Halbleiterdiode auf der Basis von Ga (In, AL) P-Verbindungen mit ZnO-Fensterschicht - Google Patents
Lichtemissions-Halbleiterdiode auf der Basis von Ga (In, AL) P-Verbindungen mit ZnO-FensterschichtInfo
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Abstract
Bei einer erfindungsgemäßen Lichtemissions-Halbleiterdiode auf der Basis von Ga(In, Al)P-Verbindungen ist mindestens auf einer Seite einer einen pn-Übergang (2A) aufweisenden LED-Struktur (2) der Diode eine transparente, elektrisch leitende Kontaktierungsschicht (3) aus dotiertem Zinkoxid (ZnO) aufgebracht. Diese erlaubt sowohl einerseits aufgrund ihrer hohen Bandlücke eine gute optische Transparenz für die emittierte Laserstrahlung als auch andererseits eine gute elektrische Kontaktierung der LED-Struktur (2).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtemissions-Halblei
terdiode auf der Basis von Ga(In, Al)P-Verbindungen nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere bezieht sich
die vorliegende Erfindung auf eine solche Lichtemissions-
Halbleiterdiode, die eine Lichtaustrittsschicht aus Zinkoxid
(ZnO) aufweist.
Die Lichtauskopplung aus Lichtemissions-Halbleiterdioden
hängt in besonderem Maße von der verwendeten optisch transpa
renten und elektrisch leitenden Deckschicht ab. Die wichtigen
physikalischen Kenngrößen sind hierfür die Energielücke, der
optische Brechungsindex und die elektrische Leitfähigkeit.
Bei Lichtemissions-Halbleiterdioden auf der Basis von InGaAlP
wird üblicherweise auf der Lichtausgangsseite des pn-Über
gangs eine 10-20 µm dicke hochdotierte GaP-Schicht aufge
bracht. Im allgemeinen weist eine solche Schicht eine für die
elektrische Kontaktierung ausreichende elektrische Leitfähig
keit und eine für die Lichtauskopplung ausreichende optische
Transparenz auf. Bei Lichtwellenlängen von etwa 565 nm oder
weniger ist jedoch aufgrund der Bandlücke von GaP mit einer
verstärkten Absorption in der hochdotiertem GaP-Fenster
schicht zu rechnen.
Die GaP-Schicht kann jedoch nicht ohne weiteres dünner ge
macht werden, da sich dies nachteilig auf die elektrischen
Kontaktierungseigenschaften der Schicht auswirkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,
eine Lichtemissions-Halbleiterdiode auf der Basis von Ga(In,
Al)P-Verbindungen anzugeben, mit welcher die Lichtausbeute
gesteigert werden kann.
Bei einer erfindungsgemäßen Lichtemissions-Halbleiterdiode
auf der Basis von Ga(In, Al)P-Verbindungen ist mindestens auf
einer Seite einer einen pn-Übergang aufweisenden LED-Struktur
der Diode eine transparente, elektrisch leitende Kontaktie
rungsschicht aus dotiertem Zinkoxid (ZnO) aufgebracht. Eine
erfindungsgemäße Lichtemissions-Halbleiterdiode kann aus bi
nären, ternären oder guaternären III-V-Verbindungen zusammen
gesetzt sein, welche durch die Elemente Indium und/oder Gal
lium und/oder Aluminium aus der III. Hauptgruppe sowie das
Element Phosphor aus der V. Hauptgruppe gebildet sind.
Wahlweise können auf einer Seite des pn-Übergangs oder auf
beiden Seiten ZnO-Schichten aufgebracht werden. Diese minde
stens eine Schicht kann durch MOVPE (metallorganische Gaspha
senabscheidung), MBE (Molekularstrahlepitaxie) oder durch ei
nen Sputter-Prozeß aufgebracht werden. In vorteilhafter Weise
wird die ZnO-Schicht durch denselben Kristallwachstumsprozeß
hergestellt, durch den auch die Laserdiode gefertigt wurde.
Die Schichtdicke, die Transparenz und die Dotierung der ZnO-
Schicht können in einem weiten Bereich für eine optimale
Lichtauskopplung und elektrische Kontaktierung der LEDs so
wohl n- als auch p-seitig angepaßt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei
spielen in den Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeich
nungen zeigen:
Fig. 1 ein vertikaler Schnitt durch eine Lichtemissions-Halb
leiterdiode gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung;
Fig. 2 ein vertikaler Schnitt durch eine Lichtemissions-Halb
leiterdiode gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung.
In Fig. 2 ist ein grundlegendes Ausführungsbeispiel einer er
findungsgemäßen Lichtemissions-Halbleiterdiode dargestellt.
In diesem wird ein n- oder p-dotiertes GaAs-Substrat 1 be
reitgestellt, auf welches durch ein geeignetes Kristallwachs
tumsverfahren wie MOVPE (metallorganische Gasphasenepitaxie)
oder MBE (Molekularstrahlepitaxie) eine InGaAlP-LED-Struktur
2 mit einem pn-Übergang 2A gitterangepaßt aufgewachsen wird.
Dabei kann sowohl mit einem n-dotierten GaAs-Substrat 1 be
gonnen und einer p-dotierten InGaAlP-Schicht abgeschlossen
werden als auch umgekehrt. Anstelle eines einfachen pn-Über
gangs aus Volumenhalbleitermaterial kann auch eine einfache
oder mehrfache Quantentrogstruktur aus Schichten mit abwech
selnd kleiner und großer Bandlücke vorgesehen sein.
Auf die LED-Struktur 2 wird je nach der gewählten Dotierungs
abfolge eine n- oder p-dotierte Zinkoxid-(ZnO)Deckschicht
oder -Fensterschicht 3 abgeschieden. Aufgrund der Bandlücke
von 3,35 eV von ZnO bei Raumtemperatur ist diese Fenster
schicht 3 für die Wellenlänge der InGaAlP-Laserdiode und für
andere Wellenlängen von Laserdioden des Materialsystems
Ga(In, Al)P transparent. Die Fensterschicht 3 dient gleich
zeitig als elektrische Kontaktierungsschicht für die Laser
diode. Vorteilhaft für die Herstellung ist es, wenn die ZnO-
Schicht mit demselben Kristallwachstumsverfahren wie die La
serdiode, also innerhalb ein- und derselben Kristallwachs
tumsapparatur aufgewachsen werden kann. Die ZnO-Schicht kann
aber auch mit einem anderen Wachstumsverfahren wie beispiels
weise einem Sputter-Prozeß aufgewachsen werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird die ZnO-Schicht
nur einseitig aufgebracht. Auf der gegenüberliegenden Seite
erfolgt die Kontaktierung durch das dotierte GaAs-Substrat.
In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einer er
findungsgemäßen Laserdiode sind demgegenüber auf beiden Sei
ten des pn-Übergangs 2A ZnO-Schichten 31 und 32 aufgebracht.
Die Herstellung einer derartigen Laserdiode kann dadurch her
gestellt werden, daß eine Laserdiode nach Fig. 1 mit der auf
gewachsenen ZnO-Schicht 31 an ein beliebiges Trägersubstrat
5, wie beispielsweise ein Glassubstrat, mit einem vorzugs
weise transparenten Kleber 4 angeklebt wird. Dann wird das
GaAs-Substrat vorzugsweise durch Abätzen entfernt, worauf
eine zweite ZnO-Schicht 32 einer entsprechenden Dotierung an
Stelle des entfernten GaAs-Substrats aufgebracht wird. Somit
befinden sich beidseits der LED-Struktur 2 jeweils p- und n-
dotierte, transparente ZnO-Schichten 31, 32 für die elektri
sche Kontaktierung der Laserdiode.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 kann durch einen transpa
renten Kleber 4 und ein transparentes Trägersubstrat 5 so
ausgeführt sein, daß das durch die LED abgestrahlte Licht
nach allen Seiten emittiert wird. Es kann jedoch auch vorge
sehen sein, daß eine Emission nur nach einer Seite gewünscht
ist. Zu diesem Zweck kann in der Nähe der Grenzfläche der er
sten ZnO-Schicht 31 zu dem Trägersubstrat 5 eine reflektie
rende Schicht angeordnet sein, durch die das von der aktiven
Schicht der LED in Richtung auf das Trägersubstrat 5 abge
strahlte Licht in Richtung auf die Vorderseite, d. h. die
zweite ZnO-Schicht 32 reflektiert wird. Die reflektierende
Schicht könnte beispielsweise durch den Kleber 4 gebildet
werden oder zusätzlich auf die ZnO-Schicht aufgebracht wer
den. Durch eine derartige Ausführungsform, bei der sowohl der
Kleber 4 als auch das Trägersubstrat 5 nicht-transparent aus
geführt sein können, wird auch das rückseitig emittierte
Licht optimal für die gewünschte Vorderseitenemission ausge
nutzt.
Weiterhin kann in beiden Ausführungsbeispielen durch eine
körnige polykristalline Oberflächenstruktur der mindestens
einen ZnQ-Schicht bei unveränderten elektrischen und opti
schen Eigenschaften die Lichtauskopplung der LED weiter ver
bessert werden.
1
GaAs-Substrat
2
LED-Struktur
2
A pn-Übergang
3
ZnO-Fensterschicht
31
erste ZnO-Fensterschicht
32
zweite ZnO-Fensterschicht
4
Kleber
5
Trägersubstrat
Claims (11)
1. Lichtemissions-Halbleiterdiode auf der Basis von Ga(In,
Al)P-Verbindungen,
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens auf einer Seite einer einen pn-Übergang (2A)
aufweisenden LED-Struktur (2) der Diode eine transparente,
elektrisch leitende Kontaktierungsschicht (3; 31, 32) aus
dotiertem Zinkoxid (ZnO) aufgebracht ist.
2. Lichtemissions-Halbleiterdiode nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die LED-Struktur (2) auf einem GaAs-Substrat (1) aufge
bracht ist und auf ihrer gegenüberliegenden Seite eine
ZnO-Schicht (3) aufgebracht ist.
3. Lichtemissions-Halbleiterdiode nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
auf beiden Seiten der LED-Struktur (2) jeweils eine ZnO-
Schicht (31, 32) aufgebracht ist.
4. Lichtemissions-Halbleiterdiode nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
auf einer ZnO-Schicht (31) ein gegebenenfalls transparen
tes Trägersubstrat (5) aufgeklebt ist.
5. Lichtemissions-Halbleiterdiode nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Trägersubstrat (5) vermittels eines gegebenenfalls
transparenten Klebers (4) aufgeklebt ist.
6. Lichtemissions-Halbleiterdiode nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Trägersubstrat (5) und der ZnO-Schicht (31)
eine reflektierende Schicht angeordnet ist.
7. Verfahren zur Herstellung einer Lichtemissions-Halbleiter
diode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Ver
fahrensschritten
- - Bereitstellen eines GaAs-Substrats,
- - Aufbringen einer einen pn-Übergang enthaltenden LED-Struk tur auf dem GaAs-Substrat,
- - Aufbringen einer ZnO-Schicht einer entsprechenden Dotie rung auf der LED-Struktur.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die weiteren Verfahrensschritte
- - Entfernen des GaAs-Substrats durch Abätzen oder derglei chen,
- - Aufbringen einer weiteren ZnO-Schicht einer entsprechenden Dotierung an die Stelle des entfernten GaAs-Substrats.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
den weiteren Verfahrensschritt
Aufbringen eines Trägersubstrats auf eine der ZnO-Schich
ten.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die mindestens eine ZnO-Schicht durch einen Sputter-Prozeß
aufgebracht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die mindestens eine ZnO-Schicht durch MOVPE oder MBE auf
gebracht wird.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: OSRAM OPTO SEMICONDUCTORS GMBH, 93049 REGENSBURG, |
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