WO2016166154A1 - Strahlungsemittierendes halbleiterbauelement - Google Patents

Strahlungsemittierendes halbleiterbauelement Download PDF

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WO2016166154A1
WO2016166154A1 PCT/EP2016/058112 EP2016058112W WO2016166154A1 WO 2016166154 A1 WO2016166154 A1 WO 2016166154A1 EP 2016058112 W EP2016058112 W EP 2016058112W WO 2016166154 A1 WO2016166154 A1 WO 2016166154A1
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electrode surface
wavelength
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Adam Bauer
Andreas LÖFFLER
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Ams Osram International GmbH
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • Radiation-emitting Semiconductor Device A radiation-emitting semiconductor device is described.
  • Wavelength conversion a difficulty in that the wavelength of the converted radiation a
  • One object is a semiconductor device
  • the object is to provide a semiconductor device whose converted radiation has a wavelength which has a low dependence on the operating current and the temperature of the semiconductor device.
  • This object is achieved by a semiconductor component having the features of patent claim 1 and a method according to claim 14, respectively.
  • the radiation-emitting semiconductor component has a first semiconductor layer sequence, a second one
  • the semiconductor layer sequence Semiconductor layer sequence, a first electrode surface and a second electrode surface.
  • the first electrode surface is arranged between the first semiconductor layer sequence and the second semiconductor layer sequence.
  • the second semiconductor layer sequence is between the first
  • the first semiconductor layer sequence comprises a first
  • Semiconductor layer arranged active region, which is designed to generate radiation of a first wavelength.
  • the one generated by the active region is designed to generate radiation of a first wavelength.
  • the second semiconductor layer sequence has a
  • Quantum well structure with a quantum layer structure and a barrier layer structure and is for generating incoherent radiation of a second wavelength by absorbing the radiation of the first wavelength, in particular in the quantum well structure, so for example in the
  • Quantum layer structure or in the barrier layer structure formed.
  • Electrode surface is an electric field in the second semiconductor layer sequence generated.
  • quantum well structure in the present context includes in particular any structure in which
  • quantum well structure does not include information about the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
  • an "active region” is an electrically excitable radiation-generating layer in case of doubt
  • the second semiconductor layer sequence which acts as a reemit layer, is optically pumped, and is preferably electrically inactive during operation. Characterized in that an electric field in the second through the first electrode surface and the second electrode surface
  • Semiconductor layer sequence can be generated, an adjustment of the wavelength of the converted radiation can take place during operation of the semiconductor device.
  • the effects of the operating current flowing through the first semiconductor layer sequence and the temperature of the semiconductor device can take place during operation of the semiconductor device.
  • Semiconductor device can be compensated.
  • the adaptation of the wavelength of the converted radiation can be effected, for example, by a distortion of the energy bands in the quantum layer structure as a result of the quantum-confined strong-effects (QCSE).
  • the QCSE describes the
  • Quantum layer and a change such as a
  • the barrier layer structure has one or a plurality of
  • Quantum layer structure one or a plurality of
  • an alternating arrangement means that in the sequence of barrier and
  • Quantum layers each have a barrier layer on one
  • Quantum layer follows and vice versa.
  • the quantum well structure can thus be considered
  • Single quantum well structure (SQW, single quantum well) or multiple quantum well structure (MQW, multiple quantum well) may be formed, wherein the quantum well or the quantum wells is formed by a quantum layer between two adjacent barrier layers.
  • Wavelength in the quantum layer structure that is generated approximately in the quantum layer or the quantum layers.
  • the optional spatial separation of absorption of the radiation of the first wavelength and generation of the radiation of the second wavelength has the advantage of greater efficiency of the radiation-emitting semiconductor component.
  • the barrier layers are usually
  • Radiation-emitting semiconductor component (in particular the first and / or the second semiconductor layer sequence) on a compound semiconductor material, more preferably on a nitride compound semiconductor material or a phosphide compound semiconductor material.
  • a compound semiconductor material more preferably on a nitride compound semiconductor material or a phosphide compound semiconductor material.
  • nitride compound semiconductors in the present context means that the semiconductor component, preferably the active region and / or the second
  • nitride III / V compound semiconductor material preferably Al n Ga m Ini- n - m N, wherein 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1, preferably with n + 0 and / or m + 0.
  • This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may have one or more dopants as well as additional ingredients that are the characteristic
  • the above formula contains only the essential components of the Crystal lattice (Al, Ga, I n, N), although these may be partially replaced by small amounts of other substances.
  • based on phosphide compound semiconductors means that the semiconductor component, preferably the active region and / or the second
  • a phosphide III / V compound semiconductor material preferably Al n Ga m I ni- n m , where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1 , preferably with n + 0 and / or m + 0.
  • This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may contain one or more dopants as well as additional
  • the above formula includes only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, I n, P), even if these may be partially replaced by small amounts of other substances.
  • Radiation of the first wavelength and radiation of the second wavelength is used.
  • Semiconductor device may also be provided that the radiation of the first wavelength in the second
  • Radiation of the second wavelength is converted so that the radiation-emitting semiconductor component thus in the
  • the active region generates ultraviolet or blue radiation (approximately having a wavelength between 440 nm inclusive and 470 nm inclusive) that is completely in radiation with a second one
  • Wavelength in the visible spectral range for example in the green spectral range, is converted.
  • the active region preferably contains InGaN.
  • the radiation-emitting semiconductor component can be embodied as a thin-film semiconductor component which is free of a growth substrate used for forming the two semiconductor layer sequences.
  • the radiation-emitting semiconductor component can be embodied as a thin-film semiconductor component which is free of a growth substrate used for forming the two semiconductor layer sequences.
  • Semiconductor device may also be provided with a substrate in the form of the growth substrate (also called epitaxial substrate), which may be permeable to the generated radiation of the first and / or the second wavelength.
  • a substrate in the form of the growth substrate also called epitaxial substrate
  • Wavelength is to be converted and / or if predominantly or exclusively radiation of the second wavelength is to occur through the radiation exit surface.
  • the first electrode surface is transparent at least for
  • the second electrode surface can be made transparent at least for radiation of the second wavelength.
  • the first and / or the second electrode surface may contain or consist of a TCO (Transparent Conductive Oxide).
  • TCO Transparent Conductive Oxide
  • Semiconductor layer sequence is electrically inactive during operation of the semiconductor device. This means in particular that through the second semiconductor layer sequence through no
  • Semiconductor layer sequence passing through is at least not sufficient to generate electromagnetic radiation to a significant extent. This will be the
  • the first electrode surface or the second electrode surface is electrically insulated from the second semiconductor layer sequence.
  • means for limiting a second semiconductor layer sequence can be provided between the first electrode surface and the second electrode surface
  • Operation of the semiconductor device is electrically inactive as desired.
  • the same effect can also be achieved or strengthened by, for example, the second
  • Semiconductor layer sequence has a thickness of at least 300 nm, preferably at least 400 nm, in particular at least 500 nm and / or (preferably exclusively) comprises layers of undoped semiconductor material.
  • the first electrode surface and the second electrode surface each contain a doped semiconductor material and have different conductivity types.
  • first semiconductor layer sequence and the second semiconductor layer sequence are on the same
  • Growth substrate are grown.
  • the growth substrate may contain or consist of sapphire.
  • the second semiconductor layer sequence has a multiplicity of V defects on a surface facing the second electrode surface.
  • the second semiconductor layer sequence has a multiplicity of V defects on a surface facing the second electrode surface.
  • the V defects are filled with a doped semiconductor material.
  • a V defect has in a semiconductor material like
  • nitride compound semiconductor material often the form of an open, in the growth direction
  • a V defect may be, for example, in a nitride compound semiconductor material - for example, in a layer based on or from GaN
  • Semiconductor material is - by adjusting the
  • V defects are formed, for example, in the area of thread dislocations that arise, for example, in the heteroepitaxy of a semiconductor material on a growth substrate, which is another
  • Semiconductor layer sequence is electrically conductively connected to the first electrode surface.
  • typically three external contacts are sufficient for the electrical supply of the semiconductor device.
  • a first and a second contact are preferably respectively electrically conductively connected to the first and the second semiconductor layer of the first semiconductor layer sequence and supply the latter with the operating current required for the generation of radiation of the first wavelength. Between the second contact, which coincides with the first
  • Electrode surface is electrically conductively connected, and one electrically connected to the second electrode surface third contact can thus a voltage to the second
  • Electrode surface is electrically isolated. At this
  • Embodiment four external contacts for the electrical supply of the semiconductor device are preferably provided, two for the supply of the first semiconductor layer sequence with that for the generation of radiation of the first
  • Wavelength of the radiation generated in the second semiconductor layer sequence can be modified.
  • Semiconductor layer sequence can be formed separately from each other and subsequently characterized, so that
  • Semiconductor device has the following steps: Generating radiation of a first wavelength in the first semiconductor layer sequence;
  • the radiation of the first wavelength in particular in the quantum well structure, that is to say for example in the quantum layer structure or in the barrier layer structure;
  • Wavelength in the quantum layer structure is the quantum layer structure
  • the second wavelength may be adjusted or adjusted by a voltage applied between the first electrode surface and the second electrode surface.
  • voltage depending on an operating current or a
  • Temperature of the semiconductor device can be controlled or regulated.
  • the voltage can be controlled or regulated so that the (second) wavelength in the
  • Semiconductor device is operated such that the second semiconductor layer sequence is electrically inactive during operation of the semiconductor device. This means in particular that through the second semiconductor layer sequence through no
  • Semiconductor layer sequence passing through is at least not sufficient to generate electromagnetic radiation to a significant extent. This will be the
  • a voltage to be applied to the second semiconductor layer sequence polarity is such that charge carriers are drawn off from the first electrode surface and / or the second electrode surface.
  • Electrode surface and the second electrode surface each containing a doped semiconductor material and having different conductivity types, the voltage can be applied for example in a reverse direction, so that no or only a very small current through the second
  • the voltage applied between the first electrode surface and the second electrode surface is greater than 1 V, preferably greater than 2 V.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a
  • Figures 2 and 3 is a schematic representation of a
  • Figure 4 is a schematic sectional view of a
  • a total of 100 is designated
  • a radiation-emitting semiconductor component in which a growth substrate 50 made of sapphire, a first semiconductor layer sequence 10, a first electrode surface 1, a second semiconductor layer sequence 20 and a second
  • the first semiconductor layer sequence 10 comprises a first
  • the second semiconductor layer 12 and the first electrode 1 (separated by a dashed line in FIG.
  • Reemission layer acts and the radiation of wavelength ⁇ ] _ partially or completely converted into radiation of wavelength X2.
  • Semiconductor layer sequence 20 in Figure 1 this has a quantum well structure 21 with a quantum layer structure 22 and a barrier layer structure 23 on.
  • Quantum layer structure 22 includes a plurality of
  • the quantum well structure 21 is thus formed in this case in the form of a Mehrfachquantentopf Modell (MQW), wherein the quantum layers 24 and the barrier layers 25 are arranged alternately.
  • MQW Mehrfachquantentopf Modell
  • Semiconductor layer sequence generated radiation can be predetermined.
  • the second semiconductor layer sequence 20 has a surface facing the second electrode surface 2
  • V defects 60 which in the present case by the growth of the quantum layers 24 and the
  • the V-defects 60 are filled with a doped semiconductor material, in the present case with n-GaN.
  • the V defects 60 act as coupling-out structures in the second semiconductor layer sequence 20, thereby increasing the coupling-out efficiency of the
  • first voltage and the second voltage have the same polarity, that is to say the second contact 72 is set to a potential that is between the potential of the first contact 71 and that of the third contact 73, then a second semiconductor layer sequence 20 is present Voltage in a reverse direction, so that no or only a very small current through the second
  • FIGS. 2 and 3 schematically show how radiation of the first one is generated by means of the semiconductor component
  • Wavelength ⁇ ] _ is partially or completely converted into radiation of the second wavelength X2 and how the
  • Wavelength of the radiation generated in the second semiconductor layer sequence can be modified by an electric field acting there. Is applied
  • Barrier layers 25 is absorbed, whereby initially takes place in the barrier layers 25, a charge carrier separation
  • Step A The so separated charge carriers are in the lower energy quantum wells of
  • Quantum well structure 21 that is captured in the quantum layers 24 of the quantum layer structure 22 (step B) and lead there by recombination to the emission of radiation having the wavelength X2 (step C).
  • FIG. 3 shows the distortion of the energy bands occurring in the electric field due to an electric field
  • Semiconductor layer sequence 20 are superimposed by a linear potential curve in the case of a constant electric field. This leads to a shift and deformation of the wave functions in the quantum layers 24, which under Among other things, a reduction in the probability of recombination in the quantum layer and a change, for example, a reduction, the wavelength of the radiation generated after recombination result.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the invention
  • Semiconductor layer sequence 20 not epitaxially grown on each other, but are transparent
  • the connector 80 secured together. More specifically, the connector 80 provides a mechanical connection
  • growth substrates 51, 52 are arranged, on each of which the first and the second
  • the connecting element 80 is provided by an electrically insulating, transparent adhesive
  • the semiconductor device has four separate contacts 71, 72, 73, 74, through which each different voltages to the two
  • Semiconductor layer sequence 10, 20 can be placed.
  • the connecting element is at least partially electrically conductive and provides an electrically conductive
  • Electrode surface 1 ago For example, that can be
  • Connecting element contain or consist of an electrically conductive adhesive. Alternatively you can
  • Connecting element or electrically conductive bridging be provided on its sides.

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Abstract

Es wird ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (100) mit einer zur Erzeugung von Strahlung einer ersten Wellenlänge ausgebildeten ersten Halbleiterschichtenfolge (10), einer zweiten Halbleiterschichtenfolge (20), einer ersten Elektrodenfläche (1) und einer zweiten Elektrodenfläche (2) beschrieben. Es ist vorgesehen, dass die zweite Halbleiterschichtenfolge (20) eine Quantentopfstruktur (21) mit einer Quantenschichtstruktur (22) und einer Barriereschichtstruktur (23) aufweist und zur Erzeugung von inkohärenter Strahlung einer zweiten Wellenlänge mittels Absorption der Strahlung der ersten Wellenlänge ausgebildet ist und durch die erste Elektrodenfläche (1) und die zweite Elektrodenfläche (2) ein elektrisches Feld in der zweiten Halbleiterschichtenfolge (20) erzeugbar ist.

Description

Beschreibung
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement Es wird ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement beschrieben .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102015105693.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bei herkömmlichen Leuchtdioden besteht eine Möglichkeit zur Erzeugung von farbiger Strahlung darin, dass von einem
Halbleiterbauelement Strahlung einer ersten Wellenlänge erzeugt wird, die nachfolgend mittels eines Leuchtstoffs in Strahlung einer zweiten Wellenlänge umgewandelt wird. Ein Nachteil dieser Lösung ist die relativ große spektrale
Halbwertsbreite der erzeugten Strahlung, welche
beispielsweise im Bereich von etwa 100 nm liegen kann.
Außerdem besteht bei allen Lösungen, welche eine
Wellenlängenkonversion betreffen, eine Schwierigkeit darin, dass die Wellenlänge der konvertierten Strahlung eine
deutliche Abhängigkeit vom Betriebsstrom und der Temperatur im Halbleiterbauelement aufweist.
Eine Aufgabe besteht darin, ein Halbleiterbauelement
anzugeben, das wellenlängenkonvertierte Strahlung mit einer geringen Halbwertsbreite erzeugt. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, ein Halbleiterbauelement anzugeben, dessen konvertierte Strahlung eine Wellenlänge aufweist, welche eine geringe Abhängigkeit vom Betriebsstrom und der Temperatur des Halbleiterbauelements hat. Diese Aufgabe wird durch einen Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 beziehungsweise ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement weist eine erste Halbleiterschichtenfolge, eine zweite
Halbleiterschichtenfolge, eine erste Elektrodenfläche und eine zweite Elektrodenfläche auf. Die erste Elektrodenfläche ist zwischen der ersten Halbleiterschichtenfolge und der zweiten Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Außerdem ist die zweite Halbleiterschichtenfolge zwischen der ersten
Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche angeordnet. Die erste Halbleiterschichtenfolge umfasst eine erste
Halbleiterschicht, eine zweite Halbleiterschicht und einen zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten
Halbleiterschicht angeordneten aktiven Bereich, welcher zur Erzeugung von Strahlung einer ersten Wellenlänge ausgebildet ist. Bevorzugt ist die von dem aktiven Bereich erzeugte
Strahlung der ersten Wellenlänge inkohärent.
Die zweite Halbleiterschichtenfolge weist eine
Quantentopfstruktur mit einer Quantenschichtstruktur und einer Barriereschichtstruktur auf und ist zur Erzeugung von inkohärenter Strahlung einer zweiten Wellenlänge mittels Absorption der Strahlung der ersten Wellenlänge insbesondere in der Quantentopfstruktur, also beispielsweise in der
Quantenschichtstruktur oder in der Barriereschichtstruktur, ausgebildet. Durch die erste Elektrodenfläche und die zweite
Elektrodenfläche ist ein elektrisches Feld in der zweiten Halbleiterschichtenfolge erzeugbar . Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst im vorliegenden Zusammenhang insbesondere jegliche Struktur, bei der
Ladungsträger durch Einschluss ( "confinement " ) eine
Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren können.
Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
Unter einem „aktiven Bereich" ist vorliegend im Zweifel eine elektrisch anregbare Strahlungserzeugende Schicht zu
verstehen. Dagegen wird die zweite Halbleiterschichtenfolge, welche als Reemissionsschicht wirkt, optisch gepumpt, und ist im Betrieb bevorzugt elektrisch inaktiv. Dadurch, dass durch die erste Elektrodenfläche und die zweite Elektrodenfläche ein elektrisches Feld in der zweiten
Halbleiterschichtenfolge erzeugbar ist, kann im Betrieb des Halbleiterbauelements eine Anpassung der Wellenlänge der konvertierten Strahlung erfolgen. Insbesondere können hierbei die Auswirkungen des die erste Halbleiterschichtenfolge durchfließenden Betriebsstroms und der Temperatur des
Halbleiterbauelements kompensiert werden.
Die Anpassung der Wellenlänge der konvertierten Strahlung kann beispielsweise durch eine Verzerrung der Energiebänder in der Quantenschichtstruktur infolge des Quantum-Confined Stark-Effects (QCSE) erfolgen. Der QCSE beschreibt die
Verschiebung und Verformung der Wellenfunktionen in Quantenschichten unter Wirkung eines externen elektrischen Feldes, welche unter anderem eine Herabsetzung der
Wahrscheinlichkeit für eine Rekombination in der
Quantenschicht sowie eine Änderung, beispielsweise eine
Verkleinerung, der Wellenlänge der nach einer Rekombination erzeugten Strahlung zur Folge haben.
Gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist die Barriereschichtstruktur eine oder eine Mehrzahl von
Barriereschichten auf. Entsprechend kann auch die
Quantenschichtstruktur eine oder eine Mehrzahl von
Quantenschichten aufweisen. Bevorzugt sind die
Barriereschichten und die Quantenschichten alternierend angeordnet. Eine alternierende Anordnung bedeutet mit anderen Worten, dass in der Abfolge von Barriere- und
Quantenschichten jeweils eine Barriereschicht auf eine
Quantenschicht folgt und umgekehrt.
Die Quantentopfstruktur kann somit als
Einfachquantentopfstruktur (SQW, Single Quantum Well) oder Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, Multiple Quantum Well) ausgebildet sein, wobei der Quantentopf beziehungsweise die Quantentöpfe jeweils durch eine Quantenschicht zwischen zwei angrenzenden Barriereschichten gebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements des Halbleiterbauelements wird die Strahlung der zweiten
Wellenlänge in der Quantenschichtstruktur, also etwa in der Quantenschicht beziehungsweise den Quantenschichten erzeugt. Die optionale räumliche Trennung von Absorption der Strahlung der ersten Wellenlänge und Erzeugung der Strahlung der zweiten Wellenlänge hat den Vorteil einer größeren Effizienz des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements. Insbesondere sind in der Regel die Barriereschichten
wesentlich dicker als die Quantenschichten ausgeführt, so dass die Absorption der Strahlung der ersten Wellenlänge in den Barriereschichten wesentlich größer und damit insgesamt die Anregung der zweiten Halbleiterschichtenfolge wesentlich effizienter sein kann als bei Absorption der Strahlung der ersten Wellenlänge in der Quantenschichtstruktur
beziehungsweise den entsprechenden Quantenschichten. Gemäß einer Ausführungsform basiert das
Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement (insbesondere die erste und/oder die zweite Halbleiterschichtenfolge) auf einem Verbindungshalbleitermaterial, weiter bevorzugt auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial oder einem Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial. Diese Halbleitermaterialien zeichnen sich durch eine besonders effiziente
Strahlungserzeugung aus.
„Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass das Halbleiterbauelement, bevorzugt der aktive Bereich und/oder die zweite
Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Teilschicht davon, ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIni-n-mN, enthält, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n+m < 1 ist, vorzugsweise mit n + 0 und/oder m + 0.
Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen
physikalischen Eigenschaften des AlnGamIni-n-mN-Materials im
Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, I n , N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
„Auf Phosphid-Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Halbleiterbauelement, bevorzugt der aktive Bereich und/oder die zweite
Halbleiterschichtenfolge oder zumindest eine Teilschicht davon, ein Phosphid- I I I/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamI ni-n-mP, enthält, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n+m < 1 ist, vorzugsweise mit n + 0 und/oder m + 0.
Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, I n , P) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements wird die Strahlung der ersten Wellenlänge in der zweiten
Halbleiterschichtenfolge nur teilweise in Strahlung der zweiten Wellenlänge umgewandelt, so dass das
Halbleiterbauelement der gleichzeitigen Emission von
Strahlung der ersten Wellenlänge und Strahlung der zweiten Wellenlänge dient.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des
Halbleiterbauelements kann auch vorgesehen sein, dass die Strahlung der ersten Wellenlänge in der zweiten
Halbleiterschichtenfolge im Wesentlichen vollständig in
Strahlung der zweiten Wellenlänge umgewandelt wird, so dass der strahlungsemittierende Halbleiterbauelement also im
Betrieb nur Strahlung der zweiten Wellenlänge emittiert.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der aktive Bereich ultraviolette oder blaue Strahlung erzeugt (etwa mit einer Wellenlänge zwischen einschließlich 440 nm und einschließlich 470 nm) , die vollständig in Strahlung mit einer zweiten
Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich, zum Beispiel im grünen Spektralbereich, umgewandelt wird. Im Falle eines Halbleiterbauelements auf der Basis eines Nitrid- Verbindungshalbleitermaterials enthält der aktive Bereich vorzugsweise InGaN.
Das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement kann als Dünnfilm-Halbleiterbauelement ausgeführt sein, welcher frei von einem zur Ausbildung der beiden Halbleiterschichtenfolgen verwendeten Aufwachssubstrat ist. Alternativ kann der
Halbleiterbauelement auch mit einem Substrat in Form des Aufwachssubstrats (auch Epitaxiesubstrat genannt) versehen sein, das für die erzeugte Strahlung der ersten und/oder der zweiten Wellenlänge durchlässig ausgebildet sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass
das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement eine
Strahlungsaustrittsfläche aufweist und die zweite
Halbleiterschichtenfolge zwischen der ersten
Halbleiterschichtenfolge und der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet ist. Diese Anordnung ist insbesondere dann
vorteilhaft, wenn die von der ersten Halbleiterschichtenfolge erzeugte Strahlung vollständig in Strahlung der zweiten
Wellenlänge umgewandelt werden soll und/oder wenn durch die Strahlungsaustrittsfläche überwiegend oder ausschließlich Strahlung der zweiten Wellenlänge treten soll. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Elektrodenfläche transparent zumindest für
Strahlung der ersten Wellenlänge ausgebildet ist. Außerdem kann die zweite Elektrodenfläche zumindest für Strahlung der zweiten Wellenlänge transparent ausgebildet sein.
Beispielsweise kann/können die erste und/oder die zweite Elektrodenfläche ein TCO (Transparent Conductive Oxide) enthalten oder aus diesem bestehen. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite
Halbleiterschichtenfolge im Betrieb des Halbleiterbauelements elektrisch inaktiv ist. Dies bedeutet insbesondere, dass durch die zweite Halbleiterschichtenfolge hindurch kein
Stromfluss erfolgt, oder dass ein durch die zweite
Halbleiterschichtenfolge hindurch tretender Strom zumindest nicht ausreichend ist, um elektromagnetische Strahlung in signifikantem Umfang zu generieren. Hierdurch wird die
Konversionseffizienz des Halbleiterbauelements gesteigert. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass
die erste Elektrodenfläche oder die zweite Elektrodenfläche von der zweite Halbleiterschichtenfolge elektrisch isoliert ist. Alternativ oder zusätzlich können zwischen der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche Mittel zur Begrenzung eines die zweite Halbleiterschichtenfolge
durchfließenden Stromes vorgesehen sein, beispielsweise ein oder mehrere Strombarriereschicht (en) . Diese Maßnahmen haben zur Folge, dass die zweite Halbleiterschichtenfolge im
Betrieb des Halbleiterbauelements wie gewünscht elektrisch inaktiv ist. Derselbe Effekt kann zum Beispiel auch dadurch erzielt oder verstärkt werden, dass die zweite
Halbleiterschichtenfolge eine Dicke von mindestens 300 nm, bevorzugt mindestens 400 nm, insbesondere mindestens 500 nm aufweist und/oder (bevorzugt ausschließlich) Schichten aus undotiertem Halbleitermaterial umfasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Elektrodenfläche und die zweite Elektrodenfläche jeweils ein dotiertes Halbleitermaterial enthalten und unterschiedliche Leitungstypen aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Halbleiterschichtenfolge und die zweite
Halbleiterschichtenfolge monolithisch in das
Halbleiterbauelement integriert sind. Dies bedeutet
insbesondere, dass die erste Halbleiterschichtenfolge und die zweite Halbleiterschichtenfolge auf dem gleichen
Aufwachssubstrat aufgewachsen sind. Beispielsweise kann das Aufwachssubstrat Saphir enthalten oder aus diesem bestehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite Halbleiterschichtenfolge an einer der zweiten Elektrodenfläche zugewandten Oberfläche eine Vielzahl von V- Defekten aufweist. Insbesondere weist die zweite
Halbleiterschichtenfolge an der der zweiten Elektrodenfläche zugewandten Oberfläche eine höhere Dichte an V-Defekten auf als an einer der ersten Elektrodenfläche zugewandten
Oberfläche oder in einem zentralen Bereich zwischen den beiden genannten Oberflächen. Die V-Defekte wirken im
vorliegenden Fall als Auskoppelstrukturen in der zweiten Halbleiterschichtenfolge und erhöhen hierbei die
Auskoppeleffizienz des Halbleiterbauelements. Bevorzugt sind die V-Defekte mit einem dotierten Halbleitermaterial gefüllt.
Ein V-Defekt hat in einem Halbleitermaterial wie
beispielsweise in einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial oftmals die Form einer offenen, in Wachstumsrichtung
invertierten Pyramide, die beispielsweise eine hexagonale Grundfläche aufweist. Im Querschnitt hat dieser Defekt die Form eines Vs . Ein V-Defekt kann beispielsweise in einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial - beispielsweise in einer Schicht, die auf GaN basiert oder aus diesem
Halbleitermaterial besteht - durch Einstellen der
Wachstumsparameter, insbesondere der Wachstumstemperatur, erzeugt werden. Die Größe des V-Defekts hängt dann von der Dicke der Schicht ab, in der er erzeugt ist. V-Defekte bilden sich beispielsweise im Bereich von Fadenversetzungen, die zum Beispiel bei der Heteroepitaxie eines Halbleitermaterials auf ein Wachstumssubstrat entstehen, das eine andere
Gitterkonstante als das Halbleitermaterial aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zweite Halbleiterschicht der ersten
Halbleiterschichtenfolge mit der ersten Elektrodenfläche elektrisch leitend verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform sind typischerweise drei externe Kontakte für die elektrische Versorgung des Halbleiterbauelements ausreichend. Ein erster und ein zweiter Kontakt sind hierbei bevorzugt jeweils mit der ersten und mit der zweiten Halbleiterschicht der ersten Halbleiterschichtenfolge elektrisch leitend verbunden und versorgen diese mit dem für die Erzeugung von Strahlung der ersten Wellenlänge erforderlichen Betriebsstrom. Zwischen dem zweiten Kontakt, welcher gleichzeitig mit der ersten
Elektrodenfläche elektrisch leitend verbunden ist, und einem mit der zweiten Elektrodenfläche elektrisch verbundenen dritten Kontakt kann somit eine Spannung an die zweite
Halbleiterschichtenfolge gelegt werden, durch welche die (zweite) Wellenlänge der in der zweiten Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung modifiziert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht der ersten Halbleiterschichtenfolge von der ersten
Elektrodenfläche elektrisch isoliert ist. Bei dieser
Ausführungsform sind bevorzugt vier externe Kontakte für die elektrische Versorgung des Halbleiterbauelements vorgesehen, zwei für die Versorgung der ersten Halbleiterschichtenfolge mit dem für die Erzeugung von Strahlung der ersten
Wellenlänge erforderlichen Betriebsstrom, und zwei weitere für das Anlegen einer Spannung an die zweite
Halbleiterschichtenfolge, durch welche die (zweite)
Wellenlänge der in der zweiten Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung modifiziert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Halbleiterschichtenfolge und die zweite
Halbleiterschichtenfolge über ein Verbindungselement
aneinander befestigt sind. Dies hat den Vorteil, dass die erste Halbleiterschichtenfolge und die zweite
Halbleiterschichtenfolge separat voneinander ausgebildet und nachfolgend charakterisiert werden können, so dass
beispielsweise geprüft werden kann, ob beide
Halbleiterschichtenfolgen bezüglich ihrer optischen
Eigenschaften aufeinander abgestimmt sind.
Ein Verfahren zur Erzeugung von Strahlung unter Verwendung eines wie oben ausgebildeten Strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelements weist folgende Schritte auf: - Erzeugen von Strahlung einer ersten Wellenlänge in der ersten Halbleiterschichtenfolge ;
- zumindest teilweises Absorbieren der Strahlung der ersten Wellenlänge, insbesondere in der Quantentopfstruktur, also beispielsweise in der Quantenschichtstruktur oder in der BarriereSchichtstruktur;
- Erzeugen von inkohärenter Strahlung einer zweiten
Wellenlänge in der Quantenschichtstruktur.
Die zweite Wellenlänge kann durch eine zwischen der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche angelegte Spannung eingestellt oder angepasst werden. Insbesondere kann Spannung in Abhängigkeit eines Betriebsstromes oder einer
Temperatur des Halbleiterbauelements gesteuert oder geregelt werden. Alternativ kann die Spannung so gesteuert oder geregelt werden, dass die (zweite) Wellenlänge im
Wesentlichen zeitlich konstant bleibt.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das
Halbleiterbauelement derart betrieben wird, dass die zweite Halbleiterschichtenfolge im Betrieb des Halbleiterbauelements elektrisch inaktiv ist. Dies bedeutet insbesondere, dass durch die zweite Halbleiterschichtenfolge hindurch kein
Stromfluss erfolgt, oder dass ein durch die zweite
Halbleiterschichtenfolge hindurch tretender Strom zumindest nicht ausreichend ist, um elektromagnetische Strahlung in signifikantem Umfang zu generieren. Hierdurch wird die
Konversionseffizienz des Halbleiterbauelements gesteigert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass an die zweite Halbleiterschichtenfolge eine Spannung mit einer solchen Polarität gelegt wird, dass Ladungsträger aus der ersten Elektrodenfläche und/oder der zweiten Elektrodenfläche abgezogen werden. In dem Fall, dass die erste
Elektrodenfläche und die zweite Elektrodenfläche jeweils ein dotiertes Halbleitermaterial enthalten und unterschiedliche Leitungstypen aufweisen, kann die Spannung beispielsweise in einer Sperrrichtung angelegt werden, so dass gar kein oder nur ein sehr geringfügiger Strom durch die zweite
Halbleiterschichtenfolge hindurch fließt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein während des Betriebs in der zweiten
Halbleiterschichtenfolge wirkendes elektrisches Feld
entgegengesetzt zu einem während des Betriebs in der ersten Halbleiterschichtenfolge wirkenden elektrischen Feld
gerichtet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zwischen der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche angelegte Spannung größer als 1 V, bevorzugt größer als 2 V ist.
Weitere Merkmale, Vorzüge und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines
ersten Ausführungsbeispiels des
Halbleiterbauelements , die Figuren 2 und 3 eine schematische Darstellung eines
Ausführungsbeispiels des Verfahrens
Erzeugung von Strahlung,
Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung eines
zweiten Ausführungsbeispiels des
Halbleiterbauelements .
Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist ein insgesamt mit 100 bezeichnetes
strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement dargestellt, bei welchem auf ein Aufwachssubstrat 50 aus Saphir eine erste Halbleiterschichtenfolge 10, eine erste Elektrodenfläche 1, eine zweite Halbleiterschichtenfolge 20 und eine zweite
Elektrodenfläche 2 epitaktisch aufgewachsen sind. Die erste Halbleiterschichtenfolge 10 umfasst eine erste
Halbleiterschicht 11 aus n-GaN, eine zweite Halbleiterschicht 12 aus p-GaN und einen zwischen der ersten Halbleiterschicht 11 und der zweiten Halbleiterschicht 12 angeordneten, auf InGaN basierenden aktiven Bereich 13, welcher beispielsweise als Einfach- oder Mehrfachquantentopfstruktur ausgeführt sein kann. Die zweite Halbleiterschicht 12 und die erste Elektrode 1 (in Figur 1 durch eine gestrichelte Linie getrennt
dargestellt) werden im vorliegenden Fall durch dieselbe p- GaN-Schicht gebildet.
Im Betrieb wird im aktiven Bereich 13 Strahlung einer ersten Wellenlänge λ]_ erzeugt. Zumindest ein Teil dieser Strahlung der ersten Wellenlänge λ]_ gelangt in die zweite
Halbleiterschichtenfolge 20, welche als eine
Reemissionsschicht wirkt und die Strahlung der Wellenlänge λ]_ teilweise oder vollständig in Strahlung der Wellenlänge X2 umwandelt .
Wie die Ausschnittvergrößerung der zweiten
Halbleiterschichtenfolge 20 in Figur 1 zeigt, weist diese eine Quantentopfstruktur 21 mit einer Quantenschichtstruktur 22 und einer Barriereschichtstruktur 23 auf. Die
Quantenschichtstruktur 22 umfasst eine Mehrzahl von
Quantenschichten 24. Entsprechend umfasst die
Barriereschichtstruktur 23 eine Mehrzahl von
Barriereschichten 25. Die Quantentopfstruktur 21 ist in diesem Fall also in Form einer Mehrfachquantentopfstruktur (MQW) ausgebildet, wobei die Quantenschichten 24 und die Barriereschichten 25 alternierend angeordnet sind.
Durch entsprechende Dimensionierung der Quantentopfstruktur 21 kann die Wellenlänge X2 der von der zweiten
Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung vorbestimmt werden .
Die zweite Halbleiterschichtenfolge 20 weist an einer der zweiten Elektrodenfläche 2 zugewandten Oberfläche eine
Vielzahl von V-Defekten 60 auf, welche im vorliegenden Fall durch das Wachstum der Quantenschichten 24 und der
Barriereschichten 25 entstehen. Bevorzugt sind die V-Defekte 60 mit einem dotierten Halbleitermaterial gefüllt, im vorliegenden Fall mit n-GaN. Die V-Defekte 60 wirken als Auskoppelstrukturen in der zweiten Halbleiterschichtenfolge 20 und erhöhen hierbei die Auskoppeleffizienz des
Halbleiterbauelements.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei externe Kontakte 71, 72, 73 für die elektrische Versorgung des Halbleiterbauelements vorgesehen. Ein erster Kontakt 71 und ein zweiter Kontakt 72 sind hierbei in
Bereichen ausgebildet, in welchen die erste Halbleiterschicht 11 aus n-GaN bzw. die zweite Halbleiterschicht 12 aus p-GaN beispielsweise durch einen Ätzprozess freigelegt und von außen kontaktierbar sind. Ein dritter Kontakt 73 ist im
Bereich der zweiten Elektrodenfläche 2 aus n-GaN ausgebildet. Im Betrieb wird zwischen dem zweiten Kontakt 72 und dem ersten Kontakt 71 eine erste Spannung angelegt, durch welche die erste Halbleiterschichtenfolge mit dem für die Erzeugung von Strahlung der ersten Wellenlänge erforderlichen
Betriebsstrom versorgt wird. Zwischen dem dritten Kontakt 73 und dem zweiten Kontakt 72 wird eine zweite Spannung
angelegt, durch welche die (zweite) Wellenlänge der in der zweiten Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung
modifiziert werden kann.
Weisen die erste Spannung und die zweite Spannung eine gleiche Polarität auf, das heißt wird der zweite Kontakt 72 auf ein Potential gelegt, das sich zwischen dem Potential des ersten Kontakts 71 und dem des dritten Kontakts 73 befindet, so liegt an der zweiten Halbleiterschichtenfolge 20 eine Spannung in einer Sperrrichtung an, so dass gar kein oder nur ein sehr geringfügiger Strom durch die zweite
Halbleiterschichtenfolge 20 hindurch fließt. Weisen die erste Spannung und die zweite Spannung dagegen eine
entgegengesetzte Polarität auf, ist ein während des Betriebs in der zweiten Halbleiterschichtenfolge 20 wirkendes
elektrisches Feld entgegengesetzt zu einem während des
Betriebs in der ersten Halbleiterschichtenfolge 10 wirkenden elektrischen Feld gerichtet. In den Figuren 2 und 3 ist schematisch dargestellt, wie mittels des Halbleiterbauelements Strahlung der ersten
Wellenlänge λ]_ teilweise oder vollständig in Strahlung der zweiten Wellenlänge X2 umgewandelt wird und wie die
Wellenlänge der in der zweiten Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung durch ein dort wirkendes elektrisches Feld modifiziert werden kann. Aufgetragen ist
ausschnittsweise das Energieniveau Ec des Valenzbandes und das Energieniveau Ev des Leitungsbandes der zweiten
Halbleiterschichtenfolge 20.
Wie in Figur 2 für den Fall ohne Einwirkung eines
elektrischen Feldes gezeigt, wird im Betrieb die von dem aktiven Bereich erzeugte Strahlung der ersten Wellenlänge λ]_ in der Barriereschichtstruktur 23, also in den
Barriereschichten 25 absorbiert, wodurch zunächst in den Barriereschichten 25 eine Ladungsträgertrennung erfolgt
(Schritt A) . Die so getrennten Ladungsträger werden in den energetisch tiefer liegenden Quantentöpfen der
Quantentopfstruktur 21, also in den Quantenschichten 24 der Quantenschichtstruktur 22 eingefangen (Schritt B) und führen dort durch Rekombination zur Emission der Strahlung mit der Wellenlänge X2 (Schritt C) . Figur 3 stellt die unter Wirkung eines elektrischen Feldes auftretende Verzerrung der Energiebänder in der
Quantentopfstruktur infolge des Quantum-Confined Stark- Effects (QCSE) dar. Das Energieniveau Ec des Valenzbandes und das Energieniveau Ev des Leitungsbandes der zweiten
Halbleiterschichtenfolge 20 werden im Falle eines konstanten elektrischen Feldes durch einen linearen Potentialverlauf überlagert. Dies führt zu einer Verschiebung und Verformung der Wellenfunktionen in den Quantenschichten 24, welche unter anderem eine Herabsetzung der Wahrscheinlichkeit für eine Rekombination in der Quantenschicht sowie eine Änderung, beispielsweise eine Verkleinerung, der Wellenlänge der nach einer Rekombination erzeugten Strahlung zur Folge haben.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Halbleiterbauelements dargestellt. Im Unterschied zu dem in Figur 1 gezeigten Halbleiterbauelement sind die erste
Halbleiterschichtenfolge 10 und die zweite
Halbleiterschichtenfolge 20 nicht epitaktisch aufeinander aufgewachsen, sondern sind über ein transparentes
Verbindungselement 80 aneinander befestigt. Genauer stellt das Verbindungselement 80 eine mechanische Verbindung
zwischen der zweiten Halbleiterschicht 12 und der ersten Elektrodenfläche 1 her. Wie im vorherigen Ausführungsbeispiel bestehen die erste Halbleiterschicht 11 der ersten
Halbleiterschichtenfolge 10 sowie die zweite Elektrodenfläche 2 aus n-GaN, und die zweite Halbleiterschicht 12 der ersten Halbleiterschichtenfolge 10 und die erste Elektrodenfläche 1 aus p-GaN.
Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel ist
symmetrisch aufgebaut; auf sich gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterbauelements 100 sind Aufwachssubstrate 51, 52 angeordnet, auf denen jeweils die erste und die zweite
Halbleiterschichtenfolge epitaktisch aufgewachsen sind. In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen weicht der Aufbau jedoch von einer symmetrischen Form ab.
Im vorliegenden Fall ist das Verbindungselement 80 durch einen elektrisch isolierenden, transparenten Kleber
ausgebildet. Aus diesem Grund weist das Halbleiterbauelement vier separate Kontakte 71, 72, 73, 74 auf, durch welche jeweils verschiedene Spannungen an die beiden
Halbleiterschichtenfolge 10, 20 gelegt werden können.
Gemäß einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform ist das Verbindungselement zumindest bereichsweise elektrisch leitend ausgebildet und stellt eine elektrisch leitende
Verbindung zwischen der zweiten Halbleiterschicht 12 der ersten Halbleiterschichtenfolge 10 und der ersten
Elektrodenfläche 1 her. Beispielsweise kann das
Verbindungselement einen elektrisch leitfähigem Kleber enthalten oder aus diesem bestehen. Alternativ können
elektrisch leitfähige Durchkontaktierungen in dem
Verbindungselement oder elektrisch leitfähige Überbrückungen an dessen Seiten vorgesehen sein.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
1 erste Elektrodenfläche
2 zweite Elektrodenfläche
10 erste Halbleiterschichtenfolge
11 erste Halbleiterschicht
12 zweite Halbleiterschicht
13 aktiver Bereich
20 zweite Halbleiterschichtenfolge
21 Quantentopfstruktur
22 Quantenschichtstruktur
23 BarriereSchichtstruktur
24 Quantenschichten
25 Barriereschichten
50 AufwachsSubstrat
51, 52 Aufwachssubstrate
60 V-Defekte
71- 74 Kontakte
80 transparentes Verbindungselement
100 Halbleiterbauelement
λΐ erste Wellenlänge
λ2 zweite Wellenlänge
Ec Energieniveau Valenzband
Ev Energieniveau Leitungsband
A-C Schritte

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (100) mit einer ersten Halbleiterschichtenfolge (10), einer zweiten Halbleiterschichtenfolge (20), einer ersten Elektrodenfläche (1) und einer zweiten Elektrodenfläche (2), wobei
- die erste Elektrodenfläche (1) zwischen der ersten
Halbleiterschichtenfolge (10) und der zweiten
Halbleiterschichtenfolge (20) und die zweite
Halbleiterschichtenfolge (20) zwischen der ersten
Elektrodenfläche (1) und der zweiten Elektrodenfläche (2) angeordnet ist,
- die erste Halbleiterschichtenfolge (10) eine erste
Halbleiterschicht (11), eine zweite Halbleiterschicht (12) und einen zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordneten aktiven Bereich (13), welcher zur Erzeugung von Strahlung einer ersten Wellenlänge (λι) ausgebildet ist, umfasst,
- die zweite Halbleiterschichtenfolge (20) eine
Quantentopfstruktur (21) mit einer Quantenschichtstruktur
(22) und einer Barriereschichtstruktur (23) aufweist und zur Erzeugung von inkohärenter Strahlung einer zweiten
Wellenlänge { X2 ) mittels Absorption der Strahlung der ersten Wellenlänge ausgebildet ist und
- durch die erste Elektrodenfläche (1) und die zweite
Elektrodenfläche (2) ein elektrisches Feld in der zweiten Halbleiterschichtenfolge (20) erzeugbar ist.
2. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (100) nach Anspruch 1, wobei
das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement eine
Strahlungsaustrittsfläche aufweist und die zweite
Halbleiterschichtenfolge (20) zwischen der ersten Halbleiterschichtenfolge (10) und der
Strahlungsaustrittsfläche angeordnet ist.
3. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die erste Elektrodenfläche (1) transparent zumindest für Strahlung der ersten Wellenlänge (λι) und die zweite
Elektrodenfläche (2) transparent zumindest für Strahlung der zweiten Wellenlänge (λ2) ausgebildet ist.
4. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
zwischen der ersten Elektrodenfläche (1) und der zweiten Elektrodenfläche (2) Mittel zur Begrenzung eines die zweite Halbleiterschichtenfolge (20) durchfließenden Stromes
vorgesehen sind.
5. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die erste Elektrodenfläche (1) oder die zweite
Elektrodenfläche (2) von der zweite Halbleiterschichtenfolge (20) elektrisch isoliert ist.
6. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die zweite Halbleiterschichtenfolge (20) Schichten aus undotiertem Halbleitermaterial umfasst.
7. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die erste Elektrodenfläche (1) oder die zweite
Elektrodenfläche (2) jeweils ein dotiertes Halbleitermaterial enthalten und unterschiedliche Leitungstypen aufweisen.
8. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die erste Halbleiterschichtenfolge (10) und die zweite
Halbleiterschichtenfolge (20) monolithisch in das
Halbleiterbauelement integriert sind.
9. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die zweite Halbleiterschichtenfolge (20) an einer der zweiten Elektrodenfläche zugewandten Oberfläche eine Vielzahl von V- Defekten (60) aufweist.
10. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (100) nach Anspruch 9, wobei
die V-Defekte (60) mit einem dotierten Halbleitermaterial gefüllt sind.
11. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die zweite Halbleiterschicht (12) der ersten
Halbleiterschichtenfolge (10) mit der ersten Elektrodenfläche (1) elektrisch leitend verbunden ist.
12. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die erste Halbleiterschicht (11) und die zweite
Halbleiterschicht (12) der ersten Halbleiterschichtenfolge von der ersten Elektrodenfläche (1) elektrisch isoliert sind.
13. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die erste Halbleiterschichtenfolge (10) und die zweite
Halbleiterschichtenfolge (20) über ein Verbindungselement (80) aneinander befestigt sind.
14. Verfahren zur Erzeugung von Strahlung unter Verwendung eines Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit den Schritten:
- Erzeugen von Strahlung einer ersten Wellenlänge (λι) in der ersten Halbleiterschichtenfolge ;
- zumindest teilweises Absorbieren der Strahlung der ersten Wellenlänge;
- Erzeugen von inkohärenter Strahlung einer zweiten
Wellenlänge (λ2) in der Quantenschichtstruktur (22), wobei die zweite Wellenlänge durch eine zwischen der ersten
Elektrodenfläche (1) und der zweiten Elektrodenfläche (2) angelegte Spannung eingestellt oder angepasst wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei
die zwischen der ersten Elektrodenfläche (1) und der zweiten Elektrodenfläche (2) angelegte Spannung größer als 1 V ist.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017106776A1 (de) * 2017-01-30 2018-08-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterbauelement mit Halbleiterchip
CN109037405B (zh) * 2018-07-16 2020-11-13 厦门三安光电有限公司 微发光装置及其显示器
DE102018124473A1 (de) * 2018-10-04 2020-04-09 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches bauteil, verfahren zur ansteuerung eines optoelektronischen bauteils und beleuchtungsvorrichtung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001274462A (ja) * 2000-03-27 2001-10-05 Aiwa Co Ltd 発光装置
US20070069223A1 (en) * 2005-08-02 2007-03-29 Ming-Sheng Chen Light emitting diode element and driving method thereof
WO2007146861A1 (en) * 2006-06-12 2007-12-21 3M Innovative Properties Company Led device with re-emitting semiconductor construction and converging optical element
US20080204383A1 (en) * 2007-02-28 2008-08-28 Ravenbrick, Llc Multicolor Light Emitting Device Incorporating Tunable Quantum Confinement Devices
US20120292650A1 (en) * 2011-05-16 2012-11-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7402831B2 (en) * 2004-12-09 2008-07-22 3M Innovative Properties Company Adapting short-wavelength LED's for polychromatic, broadband, or “white” emission
CN101821866B (zh) * 2007-10-08 2012-05-23 3M创新有限公司 具有粘接的半导体波长转换器的发光二极管
CN102197554A (zh) * 2008-09-04 2011-09-21 3M创新有限公司 单色光源
DE102009023351A1 (de) * 2009-05-29 2010-12-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001274462A (ja) * 2000-03-27 2001-10-05 Aiwa Co Ltd 発光装置
US20070069223A1 (en) * 2005-08-02 2007-03-29 Ming-Sheng Chen Light emitting diode element and driving method thereof
WO2007146861A1 (en) * 2006-06-12 2007-12-21 3M Innovative Properties Company Led device with re-emitting semiconductor construction and converging optical element
US20080204383A1 (en) * 2007-02-28 2008-08-28 Ravenbrick, Llc Multicolor Light Emitting Device Incorporating Tunable Quantum Confinement Devices
US20120292650A1 (en) * 2011-05-16 2012-11-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIAOYUN GUO ET AL: "Photon recycling semiconductor light emitting diode", ELECTRON DEVICES MEETING, 1999. IEDM TECHNICAL DIGEST. INTERNATIONAL WASHINGTON, DC, USA 5-8 DEC. 1999, PISCATAWAY, NJ, USA,IEEE, US, 5 December 1999 (1999-12-05), pages 600 - 603, XP032399329, ISBN: 978-0-7803-5410-4, DOI: 10.1109/IEDM.1999.824226 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20180097146A1 (en) 2018-04-05
DE102015105693A1 (de) 2016-10-20
US10388829B2 (en) 2019-08-20
DE102015105693B4 (de) 2021-05-27

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