WO2018219868A1 - Strahlungsemittierendes bauelement - Google Patents

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WO2018219868A1
WO2018219868A1 PCT/EP2018/063935 EP2018063935W WO2018219868A1 WO 2018219868 A1 WO2018219868 A1 WO 2018219868A1 EP 2018063935 W EP2018063935 W EP 2018063935W WO 2018219868 A1 WO2018219868 A1 WO 2018219868A1
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driver
electrode
radiation
switching
semiconductor layer
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PCT/EP2018/063935
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Inventor
Roland Zeisel
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
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    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H01L33/385—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape the electrode extending at least partially onto a side surface of the semiconductor body

Definitions

  • the invention relates to a radiation-emitting component and to a display device.
  • video wall video wall, LED wall, or
  • LEDwall are summarized large-scale scoreboards. Often, these have a plurality of radiation-emitting components such as differently colored LEDs (LEDs), with which discrete pixels are displayed.
  • LEDs differently colored LEDs
  • passive matrix operation For higher pixel counts or pixel densities, however, passive matrix operation has proven problematic.
  • Object of the present invention is therefore, a
  • the invention relates to a
  • the radiation-emitting component may be a thin-film light-emitting diode chip which is free of a growth substrate for a semiconductor layer sequence.
  • the radiation-emitting component is suitable
  • Display device like a video wall.
  • the component can be designed to emit colored light, so for
  • Example as red (R) LED, blue (B) LED or green (G) LED Example as red (R) LED, blue (B) LED or green (G) LED.
  • the radiation-emitting component in each case a pixel or a subpixel of
  • the radiation-emitting component extends in a vertical direction between a first main plane and a second main plane, the vertical direction being transverse or perpendicular to the first and / or second main plane
  • the main levels may be
  • the radiation-emitting component is extended in parallel or substantially parallel to the main planes, for example, flat. This extension is referred to as lateral extent or direction in the following.
  • the radiation-emitting device has a thickness in the vertical direction that is small
  • the radiation-emitting component has a
  • the semiconductor layer sequence comprises a first semiconductor layer, a second semiconductor layer and one for generating electromagnetic radiation
  • the semiconductor layer sequence is set up to generate electromagnetic radiation as a function of a current flow between the first and the second electrode and is referred to below as an LED layer sequence.
  • the LED layer sequence is extended at least in places parallel to the main planes.
  • a layer of the LED layer sequence forms the first main plane of the radiation-emitting component, for example the
  • the LED layer sequence may be epitaxially grown on a growth substrate. Above vertical direction
  • the LED layer sequence in particular the active region, contains a III-V compound semiconductor material.
  • III-V compound semiconductor materials are known for
  • the first semiconductor layer and the second semiconductor layer suitably have different from each other
  • the first semiconductor layer may be a p-doped semiconductor layer and the second semiconductor layer may be an n-doped one
  • the first electrode extends, for example, in FIG.
  • the first electrode extends flat on one of the second
  • the first electrode may for example also be referred to as a p-terminal layer.
  • the first electrode comprises or consists of a metal.
  • the first electrode may be reflective for the radiation emitted by the active layer, for example, radiation emitted in the direction of the second main plane to a radiation exit surface of the radiation-emitting
  • the first electrode may in particular be formed as a reflective contact layer and preferably contain silver or aluminum.
  • the first electrode may be, for example
  • the first Contact layer to have a transparent conductive oxide (TCO, Transparent Conductive Oxide).
  • TCO transparent Conductive Oxide
  • Conductive oxides are transparent, conductive materials, usually metal oxides, such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO).
  • metal oxides such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO).
  • the second electrode is applied, for example, in a lateral edge region of the second semiconductor layer and contacts it electrically.
  • the second semiconductor layer in this context has lateral
  • the second electrode may for example also be referred to as n-connection layer.
  • the second electrode comprises or consists of a metal.
  • the second electrode may be reflective of the radiation emitted by the active region, for example, to a radiation exit surface of the
  • the second electrode can be used in particular as a reflective
  • Contact layer be formed and preferably contain silver or aluminum.
  • the second electrode may be transparent, for example.
  • the second electrode may have a transparent conductive oxide for this purpose.
  • the radiation-emitting component comprises a driver field-effect transistor (driver FET), a driver channel electrode and a driver gate electrode.
  • the driver FET has a driver gate and a driver channel.
  • the second electrode and the driver channel electrode are separately electrically connected to the driver channel and the driver gate electrode is electrically connected to the driver gate.
  • the driver FET is configured to control a current flow between the driver channel electrode and the second electrode through the driver channel and thereby control the current flow between the first and second electrodes, depending on a voltage applied to the driver gate electrode.
  • the second electrode thus serves as the second driver Kanalelekrode the driver FET.
  • the driver FET can at least in places be designed to extend in a planar manner parallel to the main planes.
  • the driver FET forms the second main plane of the radiation-emitting component, for example the top surface of the radiation-emitting component.
  • Driver FET can epitaxially attach to a growth substrate
  • the driver FET may extend laterally at least in places along the LED layer sequence, for example on one of the first
  • the driver FET has a projection in
  • the driver FET in this context forms a layer stack with the LED layer sequence.
  • the driver FET contains a III-V link Semiconductor material such as Al x Gai- ⁇ N, Al x I ri y Gai- x - y P, Al x Ga l -x As. In this case, 0 ⁇ x ⁇ 1, O ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1.
  • the driver FET may be a junction field effect transistor such as a so-called high-electron-mobility transistor (HEMT) higher
  • Electron mobility act.
  • the driver channel is then between, for example
  • driver channel As a driver channel is here and below understood a current-carrying part of the driver FETs between the driver channel electrode and the second electrode, wherein the current flow is controllable by a voltage applied to the driver gate electrode voltage.
  • Driver FET is designed as HEMT, the driver channel is exemplified at the interface between an undoped semiconductor layer with a lower and a semiconductor layer with a higher band gap.
  • the driver channel electrode electrically contacts the driver channel.
  • the driver channel electrode may also be referred to as a drain or source terminal.
  • the first electrode comprises or consists of a metal.
  • the second electrode also electrically contacts the driver channel, separate from the driver channel electrode.
  • the second electrode can be referred to in this context, for example, as a source or drain terminal.
  • the second electrode may extend from a lateral edge region of the second semiconductor layer in the vertical direction toward the driver channel, by way of example toward a driver Projection of the driver channel in the lateral direction relative to the second semiconductor layer.
  • the driver FET is in particular connected in series with the LED layer sequence in such a way that a current flow through the
  • Driver channel substantially corresponds to a current flow through the LED layer sequence.
  • Radiation-emitting component or the driver FET set up such that, depending on a voltage applied to the driver gate electrode voltage, the current flow through the LED layer sequence can be adjusted.
  • driver field-effect transistors and / or driver channel electrodes and / or driver gate electrodes and / or driver gates and / or driver channels may be provided.
  • the radiation-emitting component has an LED layer sequence, a first and second electrode and a driver FET, a driver channel electrode and a driver gate electrode.
  • the LED layer sequence comprises a first semiconductor layer, a second semiconductor layer and one for the production
  • the first electrode is electrically connected to the first semiconductor layer and the second electrode is electrically connected to the second semiconductor layer.
  • the LED layer sequence is set up, depending on one
  • the driver FET has a driver gate and a driver channel.
  • the second electrode and the driver channel electrode are separately electrically connected to the driver channel and the driver gate electrode is electrically connected to the driver gate.
  • the driver FET is configured to control a current flow between the driver channel electrode and the second electrode through the driver channel and thereby control the current flow between the first and second electrodes, depending on a voltage applied to the driver gate electrode.
  • the LED layer sequence and the driver FET can be any LED layer sequence and the driver FET.
  • the LED layer sequence and the driver FET on a common growth substrate for example, be stacked in the vertical direction.
  • the LED layer sequence and the driver FET on a common growth substrate are stacked in the vertical direction.
  • the LED layer sequence and the driver FET can form a monolithic structural unit or together in the
  • the semiconductor layer sequence and the driver field effect transistor are epitaxially deposited on a common growth substrate, wherein the semiconductor layer sequence and the driver field effect transistor are at least locally stacked one above the other.
  • the radiation-emitting component is coupled to the driver FET, a current flow through the LED layer sequence can be set in a targeted manner.
  • the driver FET is integrated into the radiation-emitting component, it can be connected to an external one
  • Radiation-emitting component arranged driver FET be waived.
  • the radiation-emitting component arranged driver FET be waived.
  • Radiation-emitting device provided external driver FET comprises. Such back plates can be
  • TFT-array or "TFT backplane”
  • driver FETs in the radiation-emitting device in producing a
  • Display device on a combination of several technologies can be omitted. It is thus advantageous to provide a radiation-emitting component as well as a display device that can be produced efficiently and that enables a high number and density of pixels.
  • the radiation-emitting component comprises one or more capacitor electrodes, which is formed and arranged such that the capacitor electrode with the driver gate electrode has a capacitor with an electrically insulated from the driver gate electrode
  • the capacitor electrode may, for example, be arranged in the vertical direction at a distance from the driver gate electrode.
  • the capacitor formed thereby with the driver FET and the LED layer sequence form a monolithic structural unit or together in the
  • this eliminates the need for a capacitor arranged externally to the radiation-emitting component or a back plate equipped with the external capacitor.
  • the capacitor can in particular serve an active-matrix operation of the radiation-emitting component in a display device.
  • the capacitor electrode is electrically connected to or formed by the first electrode.
  • the capacitor is configured to hold the voltage applied to the driver gate electrode voltage for a predetermined period of time such that the current flow between the driver channel electrode and the second electrode through the driver channel and thereby the current flow between the first and second electrodes is constant or
  • a dielectric between the Capacitor electrode and the driver gate electrode arranged.
  • the dielectric comprises at least one dielectric or electrically insulating layer, for example made of
  • Silica, silicon nitride, alumina Silica, silicon nitride, alumina.
  • the dielectric extends in a space between the
  • the dielectric can also be used for electrical insulation of the contacts of the driver FET and / or the LED layer sequence.
  • the dielectric has a high-k dielectric or consists thereof.
  • a high-k dielectric is a
  • the radiation-emitting component comprises one or more switching field-effect transistors (switching FET), one or more switching gate electrodes and one or more first and second switching channel electrodes.
  • the switching FET has one or more switching gates and one or more switching channels.
  • the first switching channel electrode and the second switching channel electrode are separately electrically connected to the switching channel, and the switching gate electrode is electrically connected to the switching gate.
  • the second switching channel electrode is also electrically connected to the driver gate electrode.
  • the switching FET is set up to switch on a voltage applied to the first switching channel electrode to the second switching channel electrode depending on a voltage applied to the switching gate electrode. By way of example, a current flowing through it for charging or discharging the
  • the switching FET may be configured analogously to the driver FET.
  • the LED layer sequence and the switching FET can be stacked in the vertical direction.
  • the LED layer sequence and the switching FET may be epitaxially grown on a common growth substrate
  • the switching FET is arranged for this purpose laterally adjacent to the driver FET.
  • the LED layer sequence, the driver FET and the switching FET can form a monolithic structural unit or
  • the radiation-emitting component is coupled to the switching FET, a current flow through the LED layer sequence can be set in a targeted manner.
  • Display device can be switched individually.
  • the driver gate electrode Combined with a capacitor configured to hold the voltage applied to the driver gate electrode for a predetermined period of time, the
  • Radiation-emitting device can be operated in a display device in an active matrix mode.
  • Rear plate can be omitted.
  • the switching FET is set up to control a charging process of the capacitor depending on the voltage applied to the switching gate electrode.
  • the capacitor is coupled in this context, for example by means of one of its electrodes to the switching FET, while its other electrode is coupled to a voltage source.
  • the capacitor is in this case coupled to the switching FET such that a at the
  • Electrode of the capacitor applied voltage level is adjustable depending on the voltage applied to the switching gate electrode voltage.
  • the switching FET is designed as a junction field effect transistor.
  • this may be a HEMT.
  • the LED layer sequence in particular the active region, is based on at least one of the following
  • the driver and / or the switch FET on at least one of the following material systems: Al x Gai- X , Al x In y Gai- X _ y P, Al x Gai- X As, where respectively
  • the driver and / or switching gate comprises an insulating layer, which is in direct contact with the gate electrode.
  • this may be a SiN layer.
  • the LED layer sequence, in particular the active region contains Al x In y Gai- X _ y N or consists thereof.
  • the driver and / or switching field-effect transistor Al x Gai- X N contains or consists thereof, where in each case 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1.
  • the LED layer sequence in particular the active region, contains Al x In y Gai- X _ y P or consists thereof.
  • the LED layer sequence in particular the active region, contains Al x In y Gai- X _ y P or consists thereof.
  • the driver and / or the switching field-effect transistor contains or consists of Al x In y Gai- X _ y P, where in each case O.sub.x 1, O.sub.y 1 and x + y ⁇ 1.
  • Material system is suitable, for example, AlGaN / GaN as the material of the driver and / or switching FETs.
  • Material system is suitable, for example, AlGaAs / GaAs as the material of the driver and / or switching FETs.
  • the driver and / or switching FET in this context
  • Driver and / or switching FET form of layers, which are transparent to radiation generated by the LED layer sequence, such as red light.
  • AlGaP / GaP is conceivable to use as the material of drivers ⁇ and / or switching FETs.
  • the driver and / or the switching FET is structured such that perpendicular to the main extension direction of the LED layer sequence no material of the driver and the switching FETs is present.
  • the driver ⁇ and / or switching FET can be removed in this area and have on its side surface traces of the removal.
  • such an absorption of the radiation generated by the LED layer sequence due to the driver and / or switching FET can be avoided.
  • the second semiconductor layer with respect to the first semiconductor layer and the active region on a lateral projection which is at least partially covered by the second electrode.
  • the invention relates to a
  • Display device comprising a plurality of arrayed in rows and columns radiation-emitting devices according to the first aspect, a data line per column and a switching line per row and a first and second supply line.
  • Each of the radiation emitting devices is
  • the display device enables an active matrix operation and thus higher pixel counts or pixel densities compared to display devices in passive matrix operation.
  • the display device more than
  • 16x16x3 radiation emitting devices comprise (e.g., in height by width each one of red, green and blue
  • Radiation-emitting component Exemplary are the Radiation-emitting components arranged on an area of about 2x2cm 2 .
  • the display device has radiation-emitting components in each of which a driver FET is already integrated, it is advantageously possible to dispense with driver FETs arranged externally with respect to the radiation-emitting components or with a backplate equipped with the external driver FETs.
  • the display device is therefore efficiently produced.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a
  • Figure 2 shows a second embodiment of a
  • Figure 4 shows a third embodiment of a
  • Figure 5 shows a fourth embodiment of a
  • FIG. 7 shows a schematic connection of a
  • Figure 8 shows a sixth embodiment of a
  • Active display device similar to today's active matrix displays.
  • two of each color of each pixel may be used
  • FETs Field effect transistors
  • TFT-array or “TFT backplane”
  • Each color of a pixel is assigned exactly one LED, that is, the pixels are implemented as a single LED and not LED backlit LCD. To operate the individual LEDs similar to today's active matrix displays, they could be placed on such a TFT backplane and interconnected accordingly.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a
  • the component 1 has an LED layer sequence 10 provided for generating electromagnetic radiation.
  • Component 1 is, for example, a In other embodiments, for example, it may also be a thin-film LED chip in which a growth substrate has been removed.
  • the LED layer sequence 10 is based, for example, on GaN and comprises a p-doped first semiconductor layer 12, an n-doped second
  • the active region 13 one of the compound semiconductor materials mentioned in the general part of the description.
  • the device 1 further comprises a FET 20 having a
  • the FET 20 is formed as HEMT, in which the gate layer 22 is based on AlGaN and the channel layer 23 between an undoped buffer layer of GaN and the
  • Gate layer 22 is formed.
  • the gate layer 22 or a part of the channel layer 23 is exemplarily n-doped.
  • the gate layer 22 is, at least in places, in direct contact with the second semiconductor layer 14.
  • the gate layer 22 comprises an SiN layer which is part of the
  • the component 1 has in this embodiment
  • Component 1 compared to the first embodiment supplemented by an electrical contact.
  • the component 1 has a first electrode 11 and a second electrode 15, by which a voltage is applied to the LED layer sequence 10, and a current flow I can be caused by the LED layer sequence 10 to the device 1 in a radiation-emitting operation to move .
  • the first electrode 11 extends at least in places over the first semiconductor layer 12.
  • the second electrode 15 is arranged, for example, in a lateral edge region, in particular on a side surface of the second semiconductor layer 14, and extends in particular through the first electrode
  • Gate layer 22 through to the channel layer 23. Lateral spaced from the second electrode 15 and at least a portion of the gate layer 22, a channel electrode 24 is also provided, which electrically contacts the channel layer 23. A gate electrode 25 electrically contacts this portion of the gate layer 22, so that depending on a voltage applied to the gate electrode 25
  • Voltage of the current flow I between the second electrode 15 and the channel electrode 24 can be adjusted.
  • the second electrode 15 and the channel electrode 24 may be in this case
  • the device 1 For operating the device 1 can between the first
  • Electrode 11 and the channel electrode 24 an operating voltage be applied, for example by coupling with a first and second supply line V DD , Gnd (see Fig. 6-8), wherein the current flow I for controlling the
  • light-emitting operation is adjustable by the voltage applied to the gate electrode 25 voltage.
  • Component 1 shown in FIG 2 top view The second semiconductor layer 14 faces the first one
  • the second electrode 15, the gate electrode 25 and the channel electrode 24 are each laterally spaced from each other and separated by the gate layer 22.
  • Figure 4 shows a third embodiment of a
  • the component 1 differs from the second embodiment in that the
  • Growth substrate 50 is removed and the stack with the FET 20 and the LED layer sequence 10 are arranged on a support 60.
  • the buffer layer 29 has a roughened surface and forms the radiation exit surface of the component 1.
  • a solder 27 is introduced between the carrier 60 and the first semiconductor layer 12 and contacts the first semiconductor layer 12 via the first electrode 11.
  • the solder 27 projects beyond the LED layer sequence 10, for example laterally, and forms with this projection a capacitor 30 together with the gate electrode 25.
  • the gate electrode 25 has by way of example a planar section which extends laterally over the channel electrode 24.
  • electrically insulating material of a dielectric 26 is arranged between the second electrode 15, the gate electrode 25 and the channel electrode 24 and between the solder 27 and the LED layer sequence 10.
  • electrically insulating material of a dielectric 26 is arranged.
  • this has a high dielectric constant.
  • the dielectric 26 contains Hf0 2 in this range, for example.
  • the component 1 differs from the third one
  • Embodiment in its materials and by a structuring of the FET 20.
  • the LED layer sequence 10 is presently exemplary of generating red light
  • the FET 20 is based in this context preferably on GaAs / AlGaAs.
  • the gate layer 22 the
  • Channel layer 23 and the buffer layer 29 are in one
  • driver FET only one FET 20 is provided which serves as a driver of the LED layer sequence 10 (hereinafter referred to as driver FET).
  • driver FET a second FET 40 (hereinafter referred to as switching FET) can be integrated into the component 1, for example in the same process step.
  • a radiation-emitting component 1 is shown schematically in FIG. 6
  • the switching FET 40 is arranged laterally adjacent to the driver FET 20 and has a common buffer layer 29.
  • the channel layer 23 and the gate layer 22 are separated by a first trench.
  • a further trench extends in the lateral direction between the channel layer 23 and the gate layer 22 of the switching FET 40 and the LED layer sequence 10.
  • the electron gas 28 (2DEG) represented by dashed lines is likewise interrupted by the trenches.
  • the gate layer 22 of the switching FET 40 is electrically contacted by a switching gate electrode 45.
  • the capacitor 30 is shown only schematically for reasons of clarity and can be realized according to FIG. 4 and integrated into the component 1.
  • the interconnection of the FETs 20, 40 is shown only schematically and can by appropriate
  • the device 1 is coupled with its first electrode 11 at one with the first connection line V DD , at the example, an operating potential is applied and coupled with its driver channel electrode 24 to a second connection line Gnd, for example, applied to the ground potential.
  • the driver gate electrode 25 is coupled via the capacitor 30 to the first electrode 11 and directly to the second switching channel electrode 44.
  • the switching gate electrode 45 is coupled to a switching line R, which leads to an alternating potential with which the voltage applied to the data line D can be switched through to the driver gate electrode 25 at regular time intervals.
  • Display device 100 shown in plan view.
  • the components 1 are respectively coupled according to Figure 6 with the supply lines V DD , Gnd.
  • Each column of the display device 100 comprises by way of example three data lines D R , D G , D B for
  • Display device 100 further includes a switching line R R , R G , RB for regularly updating the
  • a video wall may exemplify several such
  • Components 1 include.
  • the integration of the field effect transistors and possibly also of the capacitor in the individual components 1 enables an active matrix operation of the video wall, without an integration of

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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes Bauelement (1) angegeben, aufweisend eine LED-Schichtenfolge (10), eine erste und zweite Elektrode (11, 15) sowie einen Treiber-Feldeffekttransistor (20), eine Treiber-Kanalelektrode (24) und eine Treiber-Gateelektrode (25). Die LED-Schichtenfolge umfasst eine erste Halbleiterschicht (12), eine zweite Halbleiterschicht (14) und einen zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (13), der zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist. Die erste Elektrode ist elektrisch mit der ersten Halbleiterschicht verbunden und die zweite Elektrode ist elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht verbunden. Die LED-Schichtenfolgeist eingerichtet, abhängig von einem Stromfluss zwischen der ersten und der zweiten Elektrode elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Der Treiber-Feldeffekttransistor weist ein Treiber-Gate (22) und einen Treiber-Kanal (23) auf. Die zweite Elektrode sowie die Treiber-Kanalelektrode sind separat elektrisch mit dem Treiber-Kanal verbunden und die Treiber-Gateelektrode ist elektrisch mit dem Treiber-Gate verbunden. Der Treiber-Feldeffekttransistor ist eingerichtet, abhängig von einer an der Treiber-Gateelektrode anliegenden Spannungeinen Stromfluss zwischen der Treiber-Kanalelektrode und der zweiten Elektrode durch den Treiber-Kanal (23) und dadurch den Stromfluss zwischen der ersten und zweiten Elektrode zu steuern. Es wird ferner eine Anzeigevorrichtung (100) angegeben.

Description

Beschreibung
STRAHLUNGSEMITTIERENDES BAUELEMENT Die Erfindung betrifft ein Strahlungsemittierendes Bauelement sowie eine Anzeigevorrichtung.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 102017111602.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Unter dem Begriff Videowand, Videowall, LED-Wand, oder
LEDwall werden großflächige Anzeigetafeln zusammengefasst . Häufig weisen diese eine Mehrzahl strahlungsemittierender Bauelemente wie verschiedenfarbige Leuchtdioden (LEDs) auf, mit denen diskrete Bildpunkte dargestellt werden. Eine
Ansteuerung der LEDs erfolgt dabei bislang zumeist
sequentiell durch einen Treiber (sogenannter Passiv-Matrix- Betrieb) . Für höhere Pixelzahlen bzw. Pixeldichten hat sich der Passiv-Matrix-Betrieb jedoch als problematisch erwiesen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein
Strahlungsemittierendes Bauelement sowie eine
Anzeigevorrichtung zu schaffen, das bzw. die effizient herstellbar ist und auf vereinfachte Weise eine hohe
Pixelzahl und -dichte ermöglicht.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweiligen Gegenstände sind in den zugehörigen
Unteransprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein
Strahlungsemittierendes Bauelement. Bei dem
Strahlungsemittierenden Bauelement handelt es sich
beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip. Beispielsweise kann es sich bei dem Strahlungsemittierenden Bauelement um einen Dünnfilm-Leuchtdiodenchip handeln, welcher frei von einem Aufwachssubstrat für eine Halbleiterschichtenfolge ist.
Das strahlungsemittierende Bauelement eignet sich
insbesondere zum Einsatz in einer oben genannten
Anzeigevorrichtung wie einer Videowand. Das Bauelement kann zur Emission farbigen Lichts ausgebildet sein, so zum
Beispiel als rote (R) LED, blaue (B) LED oder grüne (G) LED.
Auch ein Einsatz zusätzlicher weißer (W) LEDs ist denkbar. Beispielsweise kann das strahlungsemittierende Bauelement jeweils einem Pixel oder einem Subpixel der
Anzeigevorrichtung zugeordnet sein.
Das strahlungsemittierende Bauelement erstreckt sich in einer vertikalen Richtung zwischen einer ersten Hauptebene und einer zweiten Hauptebene, wobei die vertikale Richtung quer oder senkrecht zur ersten und/oder zweiten Hauptebene
verlaufen kann. Bei den Hauptebenen kann es sich
beispielsweise um die Haupterstreckungsebenen an der
Bodenfläche und der Deckfläche des Strahlungsemittierenden Bauelements handeln. Das strahlungsemittierende Bauelement ist parallel oder im Wesentlichen parallel zu den Hauptebenen beispielsweise flächig ausgedehnt. Diese Ausdehnung wird im folgenden als laterale Erstreckung bzw. Richtung bezeichnet. Beispielsweise weist das strahlungsemittierende Bauelement in der vertikalen Richtung eine Dicke auf, die klein ist
gegenüber einer maximalen Erstreckung des
Strahlungsemittierenden Bauelements in lateraler Richtung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist das Strahlungsemittierende Bauelement eine
Halbleiterschichtenfolge sowie eine erste und eine zweite Elektroden auf. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine erste Halbleiterschicht, eine zweite Halbleiterschicht und einen zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung
vorgesehenen aktiven Bereich, der zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist. Die erste Elektrode ist elektrisch mit der ersten Halbleiterschicht und die zweite Elektrode elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht verbunden. Die Halbleiterschichtenfolge ist eingerichtet, abhängig von einem Stromfluss zwischen der ersten und der zweiten Elektrode elektromagnetische Strahlung zu erzeugen und ist nachfolgend mit LED-Schichtenfolge bezeichnet.
Die LED-Schichtenfolge ist zumindest stellenweise parallel zu den Hauptebenen flächig ausgedehnt. Beispielsweise bildet eine Schicht der LED-Schichtenfolge die erste Hauptebene des Strahlungsemittierenden Bauelements, beispielhaft die
Bodenfläche des Strahlungsemittierenden Bauelements. Die LED- Schichtenfolge kann epitaktisch auf ein Aufwachssubstrat aufgewachsen sein. Oben genannte vertikale Richtung
entspricht dann beispielsweise der Aufwachsrichtung .
Beispielsweise enthält die LED-Schichtenfolge, insbesondere der aktive Bereich, ein III-V-Verbindungs-Halbleitermaterial . III-V-Verbindungs-Halbleitermaterialien sind zur
Strahlungserzeugung im ultravioletten (Alx Iny Gai-x-y N) über den sichtbaren (Alx Iny Gai-x-y N, insbesondere für blaue bis grüne Strahlung, oder Alx Iny Gai-x-y P, insbesondere für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten (Alx Iny Gai-x-y As) Spektralbereich besonders geeignet. Hierbei gilt jeweils 0 < χ < 1, O ^ y ^ l und x + y < 1, insbesondere mit x 1, y + 1, x + 0 und/oder y ^ 0. Mit III-V-Verbindungs- Halbleitermaterialien, insbesondere aus den genannten
Materialsystemen, können weiterhin bei der
Strahlungserzeugung hohe interne Quanteneffizienzen erzielt werden .
Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht weisen zweckmäßigerweise voneinander verschiedene
Leitungstypen auf. Insbesondere kann es sich bei der ersten Halbleiterschicht um eine p-dotierte Halbleiterschicht und bei der zweiten Halbleiterschicht um eine n-dotierte
Halbleiterschicht handeln. Die erste Elektrode erstreckt sich beispielsweise in
lateraler Richtung entlang der ersten Halbleiterschicht und kontaktiert diese elektrisch. Insbesondere erstreckt sich die erste Elektrode flächig auf einer der zweiten
Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten
Halbleiterschicht. Die erste Elektrode kann beispielsweise auch als p-Anschlussschicht bezeichnet werden. Insbesondere weist die erste Elektrode ein Metall auf oder besteht aus diesem. Die erste Elektrode kann für die von der aktiven Schicht emittierte Strahlung reflektierend sein, beispielhaft, um in Richtung der zweiten Hauptebene emittierte Strahlung zu einer Strahlungsaustrittsfläche des strahlungsemittierenden
Bauelements hin zu reflektieren. Die erste Elektrode kann insbesondere als reflektierende Kontaktschicht ausgebildet sein und vorzugsweise Silber oder Aluminium enthalten.
Alternativ kann die erste Elektrode beispielsweise
transparent ausgebildet sein. Insbesondere kann die erste Kontaktschicht dazu ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO, Transparent Conductive Oxide) aufweisen. Transparente
leitfähige Oxide sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO).
Die zweite Elektrode ist beispielsweise in einem lateralen Randbereich der zweiten Halbleiterschicht aufgebracht und kontaktiert diese elektrisch. Beispielhaft weist die zweite Halbleiterschicht in diesem Zusammenhang in lateraler
Richtung einen Überstand gegenüber der ersten
Halbleiterschicht auf, in dem die zweite Halbleiterschicht durch die zweite Elektrode elektrisch kontaktiert wird. Die zweite Elektrode kann beispielsweise auch als n- Anschlussschicht bezeichnet werden. Insbesondere weist die zweite Elektrode ein Metall auf oder besteht aus diesem.
Die zweite Elektrode kann für die von dem aktiven Bereich emittierte Strahlung reflektierend sein, beispielhaft, um diese zu einer Strahlungsaustrittsfläche des
Strahlungsemittierenden Bauelements hin zu reflektieren. Die zweite Elektrode kann insbesondere als reflektierende
Kontaktschicht ausgebildet sein und vorzugsweise Silber oder Aluminium enthalten. Alternativ kann die zweite Elektrode beispielsweise transparent ausgebildet sein. Insbesondere kann die zweite Elektrode dazu ein transparentes leitfähiges Oxid aufweisen.
In einer Ausgestaltung können jeweils mehrere entsprechende erste Halbleiterschichten und/oder zweite Halbleiterschichten und/oder aktive Bereiche und/oder erste Elektroden und/oder zweite Elektroden vorgesehen sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst das strahlungsemittierende Bauelement einen Treiber- Feldeffekttransistor (Treiber-FET) , eine Treiber- Kanalelektrode und eine Treiber-Gateelektrode. Der Treiber- FET weist ein Treiber-Gate und einen Treiber-Kanal auf. Die zweite Elektrode sowie die Treiber-Kanalelektrode sind separat elektrisch mit dem Treiber-Kanal verbunden und die Treiber-Gateelektrode ist elektrisch mit dem Treiber-Gate verbunden. Der Treiber-FET ist eingerichtet, abhängig von einer an der Treiber-Gateelektrode anliegenden Spannung einen Stromfluss zwischen der Treiber-Kanalelektrode und der zweiten Elektrode durch den Treiber-Kanal und dadurch den Stromfluss zwischen der ersten und zweiten Elektrode zu steuern. Die zweite Elektrode dient also als zweite Treiber- Kanalelekrode des Treiber-FET.
Der Treiber-FET kann zumindest stellenweise parallel zu den Hauptebenen flächig ausgedehnt ausgebildet sein.
Beispielsweise bildet der Treiber-FET die zweite Hauptebene des Strahlungsemittierenden Bauelements, beispielhaft die Deckfläche des Strahlungsemittierenden Bauelements. Der
Treiber-FET kann epitaktisch auf ein Aufwachssubstrat
aufgewachsen sein. Insbesondere kann der Treiber-FET sich lateral zumindest stellenweise entlang der LED-Schichtenfolge erstrecken, so zum Beispiel auf einer der ersten
Halbleiterschicht abgewandten Seite der zweiten
Halbleiterschicht entlang der zweiten Halbleiterschicht.
Beispielhaft weist der Treiber-FET einen Überstand in
lateraler Richtung gegenüber der zweiten Halbleiterschicht auf, der zur elektrischen Kontaktierung vorgesehen ist.
Insbesondere bildet der Treiber-FET in diesem Zusammenhang einen Schichtenstapel mit der LED-Schichtenfolge.
Beispielsweise enthält der Treiber-FET ein III-V-Verbindungs- Halbleitermaterial wie Alx Gäi-χ N, Alx I riy Gai-x-y P, Alx Ga l-x As . Hierbei gilt 0 < x ^ 1, O ^ y ^ l und x + y < 1. Insbesondere kann es sich bei dem Treiber-FET um einen Sperrschicht- Feldeffekttransistor wie einen sogenannten high-electron- mobility transistor (HEMT, dt. Transistor mit hoher
Elektronenbeweglichkeit) handeln .
Der Treiber-Kanal ist dann beispielsweise zwischen
Halbleiterschichten mit voneinander verschiedener Bandlücke angeordnet. Als Treiber-Kanal wird hier und im Folgenden ein stromführender Teil des Treiber-FETs zwischen der Treiber- Kanalelektrode und der zweiten Elektrode verstanden, wobei der Stromfluss durch eine an der Treiber-Gateelektrode anliegende Spannung steuerbar ist. Im Falle, dass der
Treiber-FET als HEMT ausgebildet ist, ist der Treiber-Kanal beispielhaft an der Grenzfläche zwischen einer undotierten Halbleiterschicht mit niedriger und einer Halbleiterschicht mit höherer Bandlücke ausgebildet. Die Treiber-Kanalelektrode kontaktiert den Treiber-Kanal elektrisch. Die Treiber-Kanalelektrode kann beispielsweise auch als Drain- oder Source-Anschluss bezeichnet werden.
Insbesondere weist die erste Elektrode ein Metall auf oder besteht aus diesem.
Die zweite Elektrode kontaktiert getrennt von der Treiber- Kanalelektrode den Treiber-Kanal ebenfalls elektrisch. Die zweite Elektrode kann in diesem Zusammenhang beispielsweise auch als Source- oder Drain-Anschluss bezeichnet werden. Die zweite Elektrode kann sich von einem lateralen Randbereich der zweiten Halbleiterschicht in vertikaler Richtung hin zu dem Treiber-Kanal erstrecken, beispielhaft hin zu einem Überstand des Treiber-Kanals in lateraler Richtung gegenüber der zweiten Halbleiterschicht.
Der Treiber-FET ist insbesondere derart seriell mit der LED- Schichtenfolge verschaltet, dass ein Stromfluss durch den
Treiber-Kanal im Wesentlichen einem Stromfluss durch die LED- Schichtenfolge entspricht. Insbesondere ist das
Strahlungsemittierende Bauelement bzw. der Treiber-FET derart eingerichtet, dass abhängig einer an der Treiber- Gateelektrode anliegenden Spannung der Stromfluss durch die LED-Schichtenfolge eingestellt werden kann.
In einer Ausgestaltung können jeweils mehrere entsprechende Treiber-Feldeffekttransistoren und/oder Treiber- Kanalelektroden und/oder Treiber-Gateelektroden und/oder Treiber-Gates und/oder Treiber-Kanäle vorgesehen sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist das Strahlungsemittierende Bauelement eine LED- Schichtenfolge, eine erste und zweite Elektrode sowie einen Treiber-FET, eine Treiber-Kanalelektrode und eine Treiber- Gateelektrode .
Die LED-Schichtenfolge umfasst eine erste Halbleiterschicht, eine zweite Halbleiterschicht und einen zur Erzeugung
elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich, der zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht
angeordnet ist. Die erste Elektrode ist elektrisch mit der ersten Halbleiterschicht und die zweite Elektrode elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht verbunden. Die LED- Schichtenfolge ist eingerichtet, abhängig von einem
Stromfluss zwischen der ersten und der zweiten Elektrode elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Der Treiber-FET weist ein Treiber-Gate und einen Treiber- Kanal auf. Die zweite Elektrode sowie die Treiber- Kanalelektrode sind separat elektrisch mit dem Treiber-Kanal verbunden und die Treiber-Gateelektrode ist elektrisch mit dem Treiber-Gate verbunden. Der Treiber-FET ist eingerichtet, abhängig von einer an der Treiber-Gateelektrode anliegenden Spannung einen Stromfluss zwischen der Treiber-Kanalelektrode und der zweiten Elektrode durch den Treiber-Kanal und dadurch den Stromfluss zwischen der ersten und zweiten Elektrode zu steuern .
Die LED-Schichtenfolge und der Treiber-FET können
beispielsweise in vertikaler Richtung gestapelt angeordnet sein. Insbesondere können die LED-Schichtenfolge und der Treiber-FET auf einem gemeinsamen Aufwachssubstrat
epitaktisch abgeschieden sein. In anderen Worten können die LED-Schichtenfolge und der Treiber-FET eine monolithische Baueinheit bilden bzw. gemeinsam in das
strahlungsemittierende Bauelement integriert sein. Bei einem Ausführungsbeispiel des strahlungsemittierenden Bauelements sind die Halbleiterschichtenfolge und der Treiber- Feldeffekttransistor auf einem gemeinsamen Aufwachssubstrat epitaktisch abgeschieden, wobei die Halbleiterschichtenfolge und der Treiber-Feldeffekttransistor zumindest stellenweise gestapelt übereinander aufgewachsen sind.
Dadurch, dass das strahlungsemittierende Bauelement mit dem Treiber-FET gekoppelt ist, kann ein Stromfluss durch die LED- Schichtenfolge gezielt eingestellt werden. Insbesondere können mehrere derartige strahlungsemittierende Bauelemente einer Anzeigevorrichtung mit einer gemeinsamen
Versorgungsspannung permanent gekoppelt sein, so dass auch bei hoher Pixelzahl und -dichte eine homogene Leuchtdichte erzielt werden kann.
Dadurch, dass der Treiber-FET in das strahlungsemittierende Bauelement integriert ist, kann auf einen extern zu dem
Strahlungsemittierenden Bauelement angeordneten Treiber-FET verzichtet werden. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang darauf verzichtet werden, das strahlungsemittierende
Bauelement auf einer sogenannten Backplane (dt. Rückplatte) anzuordnen, welche einen zur Ansteuerung des
Strahlungsemittierenden Bauelements vorgesehenen externen Treiber-FET umfasst. Derartige Rückplatten können
beispielsweise im Zusammenhang mit AMOLED- Anzeigevorrichtungen eingesetzt werden, bei denen
üblicherweise Silicium-Dünnschicht Technologie zum Einsatz kommt („TFT-array" oder „TFT backplane"). In vorteilhafter Weise kann durch die Integration des Treiber-FETs in das strahlungsemittierende Bauelement bei Herstellung einer
Anzeigevorrichtung auf eine Kombination mehrerer Technologien (Silicium-Dünnschicht mit LED) verzichtet werden. Mit Vorteil wird somit dazu beigetragen, ein Strahlungsemittierendes Bauelement sowie eine Anzeigevorrichtung zu schaffen, das bzw. die effizient herstellbar ist und eine hohe Pixelzahl und -dichte ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst das strahlungsemittierende Bauelement eine oder mehrere Kondensatorelektroden, die elektrisch isoliert von der Treiber-Gateelektrode ausgebildet und derart angeordnet ist bzw. sind, dass die Kondensatorelektrode mit der Treiber-Gateelektrode einen Kondensator mit einer
vorgegebenen elektrischen Kapazität bildet. Die Kondensatorelektrode kann beispielsweise in vertikaler Richtung beabstandet von der Treiber-Gateelektrode angeordnet sein. Insbesondere kann der dadurch gebildete Kondensator mit dem Treiber-FET und der LED-Schichtenfolge eine monolithische Baueinheit bilden bzw. gemeinsam in das
Strahlungsemittierende Bauelement integriert sein.
In vorteilhafter Weise kann dadurch auf einen extern zu dem strahlungsemittierenden Bauelement angeordneten Kondensator bzw. eine mit dem externen Kondensator bestückten Rückplatte verzichtet werden. Der Kondensator kann insbesondere einem Aktiv-Matrix-Betrieb des strahlungsemittierenden Bauelements in einer Anzeigevorrichtung dienen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist die Kondensatorelektrode elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden oder durch diese gebildet.
In vorteilhafter Weise ermöglicht dies eine besonders kompakte Bauform des strahlungsemittierenden Bauelements.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der Kondensator dazu eingerichtet, die an der Treiber-Gateelektrode anliegende Spannung für eine vorgegebene Zeitspanne derart zu halten, dass der Stromfluss zwischen der Treiber-Kanalelektrode und der zweiten Elektrode durch den Treiber-Kanal und dadurch der Stromfluss zwischen der ersten und zweiten Elektrode konstant oder im
Wesentlichen konstant ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist ein Dielektrikum zwischen der Kondensatorelektrode und der Treiber-Gateelektrode angeordnet .
Das Dielektrikum umfasst wenigstens eine dielektrische oder elektrisch isolierende Schicht, beispielsweise aus
Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid. Das Dielektrikum erstreckt sich in einem Raum zwischen der
Kondensatorelektrode und der Treiber-Gateelektrode
insbesondere vollständig. Das Dielektrikum kann ferner zur elektrischen Isolation der Kontakte des Treiber-FETs und/oder der LED-Schichtenfolge eingesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist das Dielektrikum ein High-k-Dielektrikum auf oder besteht daraus. Als High-k-Dielektrikum wird ein
Material bezeichnet, das eine höhere Dielektrizitätszahl sr aufweist als herkömmliches Siliziumdioxid (sr = 3,9) wie z.B. Hf02. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst das strahlungsemittierende Bauelement einen oder mehrere Schalt-Feldeffekttransistoren (Schalt- FET) , eine oder mehrere Schalt-Gateelektroden sowie eine oder mehrere erste und zweite Schalt-Kanalelektroden . Der Schalt- FET weist eines oder mehrere Schalt-Gates und einen oder mehrere Schalt-Kanäle auf.
Die erste Schalt-Kanalelektrode und die zweite Schalt- Kanalelektrode sind separat elektrisch mit dem Schalt-Kanal verbunden und die Schalt-Gateelektrode ist elektrisch mit dem Schalt-Gate verbunden. Die zweite Schalt-Kanalelektrode ist überdies mit der Treiber-Gateelektrode elektrisch verbunden. Der Schalt-FET ist eingerichtet, abhängig von einer an der Schalt-Gateelektrode anliegenden Spannung eine an der ersten Schalt-Kanalelektrode anliegende Spannung auf die zweite Schalt-Kanalelektrode durchzuschalten. Beispielhaft kann ein dadurch fließender Strom zum Laden bzw. Entladen des
vorgenannten Kondensators dienen.
Der Schalt-FET kann analog zu dem Treiber-FET eingerichtet sein. Beispielsweise können die LED-Schichtenfolge und der Schalt-FET in vertikaler Richtung gestapelt angeordnet sein. Insbesondere können die LED-Schichtenfolge und der Schalt-FET auf einem gemeinsamen Aufwachssubstrat epitaktisch
abgeschieden sein. Beispielhaft ist der Schalt-FET hierzu lateral benachbart zu dem Treiber-FET angeordnet. In anderen Worten können die LED-Schichtenfolge, der Treiber-FET und der Schalt-FET eine monolithische Baueinheit bilden bzw.
gemeinsam in das Strahlungsemittierende Bauelement integriert sein . Dadurch, dass das Strahlungsemittierende Bauelement mit dem Schalt-FET gekoppelt ist, kann ein Stromfluss durch die LED- Schichtenfolge gezielt eingestellt werden. Insbesondere kann ein derartiges Strahlungsemittierendes Bauelement einer
Anzeigevorrichtung individuell geschaltet werden. In
Kombination mit einem Kondensator, der eingerichtet ist die an der Treiber-Gateelektrode anliegende Spannung für eine vorgegebene Zeitspanne derart zu halten, kann das
Strahlungsemittierende Bauelement in einer Anzeigevorrichtung in einem Aktiv-Matrix-Betrieb betrieben werden.
In vorteilhafter Weise kann durch Integration des Schalt-FETs in das Strahlungsemittierende Bauelement auf einen extern zu dem strahlungsemittierenden Bauelement angeordneten Schalt- FET bzw. eine mit dem externen Schalt-FET bestückten
Rückplatte verzichtet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der Schalt-FET eingerichtet, abhängig von der an der Schalt-Gateelektrode anliegenden Spannung einen Ladevorgang des Kondensators zu steuern.
Der Kondensator ist in diesem Zusammenhang beispielsweise mittels einer seiner Elektroden mit dem Schalt-FET gekoppelt, während seine andere Elektrode mit einer Spannungsquelle koppelbar ist. Insbesondere ist der Kondensator hierbei derart mit dem Schalt-FET gekoppelt, dass ein an der
Elektrode des Kondensators anliegendes Spannungsniveau abhängig von der an der Schalt-Gateelektrode anliegenden Spannung einstellbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der Treiber- und/oder der Schalt-FET als Sperrschichtfeldeffekttransistor ausgebildet. Insbesondere kann es sich hierbei um einen HEMT handeln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt basiert die LED-Schichtenfolge, insbesondere der aktive Bereich, auf mindestens einem der folgenden
Materialsysteme: Alx Iny Gai-x-y N, Alx Iny Gai-x-y P,
Alx Iny Gai-x-y As, wobei jeweils O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y < 1. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt basiert der Treiber- und/oder der Schalt-FET auf mindestens einem der folgenden Materialsysteme: Alx Gai-X , Alx Iny Gai-X_y P, Alx Gai-X As, wobei jeweils
0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst das Treiber- und/oder Schalt-Gate eine eine Isolationsschicht, die in direktem Kontakt zu der Gate- Eletrode steht. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine SiN-Schicht handeln. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt enthält die LED-Schichtenfolge, insbesondere der aktive Bereich, Alx Iny Gai-X_y N oder besteht daraus.
Zugleich enthält der Treiber- und/oder der Schalt- Feldeffekttransistor Alx Gai-X N oder besteht daraus, wobei jeweils 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt enthält die LED-Schichtenfolge, insbesondere der aktive Bereich, Alx Iny Gai-X_y P oder besteht daraus.
Zugleich enthält der Treiber- und/oder der Schalt-
Feldeffekttransistor Alx Gai-X As oder besteht daraus, wobei jeweils O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y < 1.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt enthält die LED-Schichtenfolge, insbesondere der aktive Bereich, Alx Iny Gai-X_y P oder besteht daraus.
Zugleich enthält der Treiber- und/oder der Schalt- Feldeffekttransistor Alx Iny Gai-X_y P oder besteht daraus, wobei jeweils O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y < 1.
Für ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einer LED- Schichtenfolge basierend auf einem Alx Iny Gai-x-y N Materialsystem eignet sich beispielsweise AlGaN/GaN als Material des Treiber- und/oder Schalt-FETs.
Für ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einer LED- Schichtenfolge basierend auf einem Alx Iny Gai-x-y P
Materialsystem eignet sich beispielsweise AlGaAs/GaAs als Material des Treiber- und/oder Schalt-FETs. Um Absorption der durch die LED-Schichtenfolge erzeugten Strahlung durch den Treiber- und/oder Schalt-FET zu reduzieren kann dieser beispielsweise in einem Bereich der Strahlungsaustrittsfläche der LED-Schichtenfolge abgetragen sein. Beispielsweise weist der Treiber- und/oder Schalt-FET in diesem Zusammenhang
Ätzspuren an seinen lateralen Seitenflächen auf. Für ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einer LED- Schichtenfolge basierend auf einem Alx Iny Gai-x-y P
Materialsystem ist beispielsweise ferner denkbar, den
Treiber- und/oder Schalt-FET aus Schichten auszubilden, welche für durch die LED-Schichtenfolge erzeugte Strahlung, beispielsweise rotes Licht, transparent sind. Insbesondere ist hierbei denkbar, AlGaP/GaP als Material des Treiber¬ und/oder Schalt-FETs einzusetzen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der Treiber- und/oder der Schalt-FET derart strukturiert, dass senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der LED-Schichtenfolge kein Material des Treiber- und des Schalt-FETs vorhanden ist. Insbesondere kann der Treiber¬ und/oder Schalt-FET in diesem Bereich abgetragen sein und an seiner Seitenfläche Spuren des Abtrags aufweisen. In vorteilhafter Weise kann so eine Absorption der durch die LED-Schichtenfolge erzeugten Strahlung aufgrund der Treiberund/oder Schalt-FET vermieden werden. In einer Ausgestaltung des Strahlungsemittierenden
Bauelements weist die zweite Halbleiterschicht gegenüber der ersten Halbleiterschicht und dem aktiven Bereich einen lateralen Überstand auf, der zumindest teilweise durch die zweite Elektrode bedeckt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine
Anzeigevorrichtung, umfassend eine Mehrzahl von in Reihen und Spalten matrizenartig angeordneten Strahlungsemittierenden Bauelementen gemäß dem ersten Aspekt, eine Datenleitung je Spalte und eine Schaltleitung je Reihe sowie eine erste und zweite Versorgungsleitung. Jedes der Strahlungsemittierenden Bauelemente ist
- mittels seiner Schalt-Gateelektrode mit der jeweiligen Schaltleitung,
- mittels seiner ersten Schalt-Kanalelektrode mit der
jeweiligen Datenleitung,
- mittels seiner ersten Elektrode mit der ersten
Versorgungsleitung, und
- mittels seiner Treiber-Kanalelektrode mit der zweiten
Versorgungsleitung elektrisch gekoppelt.
In vorteilhafter Weise ermöglicht die Anzeigevorrichtung einen Aktiv-Matrix-Betrieb und damit höhere Pixelzahlen bzw. Pixeldichten gegenüber Anzeigevorrichtungen im Passiv-Matrix- Betrieb. Insbesondere kann die Anzeigevorrichtung mehr als
16x16x3 Strahlungsemittierende Bauelemente umfassen (z.B. in Höhe mal Breite je ein rotes, grünes und blaues
Strahlungsemittierendes Bauelement) . Beispielhaft sind die Strahlungsemittierenden Bauelemente auf einer Fläche von ca. 2x2cm2 angeordnet.
Dadurch, dass die Anzeigevorrichtung strahlungsemittierende Bauelemente aufweist, in die jeweils bereits ein Treiber-FET integriert ist, kann mit Vorteil auf jeweils extern bezüglich der strahlungsemittierenden Bauelemente angeordnete Treiber- FETs bzw. eine mit den externen Treiber-FETs bestückten Rückplatte verzichtet werden. In vorteilhafter Weise ist die Anzeigevorrichtung daher effizient herstellbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den schematischen Zeichnungen näher erläuterten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines
strahlungsemittierenden Bauelements in schematischer Schnittansicht;
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines
strahlungsemittierenden Bauelements in schematischer Schnittansicht;
Figur 3 das strahlungsemittierende Bauelement
gemäß Figur 2 in schematischer
Draufsicht ; Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines
strahlungsemittierenden Bauelements in schematischer Schnittansicht; Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel eines
Strahlungsemittierenden Bauelements in schematischer Schnittansicht; Figur 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines
Strahlungsemittierenden Bauelements in schematischer Perspektivansicht ;
Figur 7 eine schematische Verschaltung eines
Strahlungsemittierenden Bauelements gemäß
Figuren 1-6; und
Figur 8 eine sechstes Ausführungsbeispiel einer
Anzeigevorrichtung mit
Strahlungsemittierenden Bauelementen gemäß Figuren 1-6 in schematischer
Draufsicht .
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu
betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente und
insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis überproportional groß dargestellt sein.
Die Dauer einer anliegenden Steuerspannung eines Bildpunktes einer passiven Matrix sinkt mit Zunahme der verwendeten
Zeilen- und Spaltenanzahl einer Pixelmatrix. Daher sind passive Matrizen in ihrer Größe begrenzt. Um die Pixeldichte bei zukünftigen Videowänden zu erhöhen, beispielsweise bei sogenannten NarrowPixelPitch LED Videowänden, wird daher vorgeschlagen, eine Ansteuerung einzelner
strahlungsemittierender Bauelemente wie LEDs einer
Anzeigevorrichtung aktiv zu gestalten, ähnlich zu heutigen Aktiv-Matrix-Displays .
Um einen Aktiv-Matrix-Betrieb der LEDs durchzuführen können beispielsweise jeder Farbe eines jeden Pixels zwei
Feldeffekttransistoren (FETs) und ein Kondensator zugeordnet sein. In AMOLED-Anzeigen werden diese Bauelemente in Silicium Dünnschichttechnologie hergestellt („TFT-array" oder „TFT backplane") .
Im Gegensatz hierzu ist bei Videowänden jedem Pixel bzw.
jeder Farbe eines Pixels genau eine LED zugeordnet, das heißt, die Pixel sind als einzelne LED ausgeführt und nicht durch LED hinterleuchtetes LCD. Um die einzelnen LEDs ähnlich zu heutigen Aktiv-Matrix-Displays zu betreiben, könnten diese auf einer solchen TFT backplane aufgesetzt und entsprechend verschaltet werden.
In den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird erläutert, wie bei für den Aktiv-Matrix- Betrieb ausgelegten Videowänden auf eine Kombination der unterschiedlichen Technologien ( Silicium-Dünnschicht mit LED) verzichtet werden kann, um deren effiziente Herstellung zu gewährleisten .
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines
Strahlungsemittierenden Bauelements 1 in schematischer
Schnittansicht. Das Bauelement 1 weist insbesondere eine zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen LED- Schichtenfolge 10 auf. Bei dem Strahlungsemittierenden
Bauelement 1 handelt es sich beispielsweise um einen sogenannten „Flipchip". In anderen Ausführungsbeispielen kann es sich beispielsweise auch um einen Dünnfilm- Leuchtdiodenchip handeln, bei dem ein Aufwachssubstrat entfernt wurde.
In diesem Ausführungsbeispiel basiert die LED-Schichtenfolge 10 beispielsweise auf GaN und umfasst eine p-dotierte erste Halbleiterschicht 12, eine n-dotierte zweite
Halbleiterschicht 14 und einen zwischen den beiden
Halbleiterschichten 12, 14 angeordneten aktiven Bereich 13. Abweichend hiervon kann die LED-Schichtenfolge 10,
insbesondere der aktive Bereich 13, eines der im allgemeinen Teil der Beschreibung genannten Verbindungs- Halbleitermaterialien enthalten.
Das Bauelement 1 umfasst ferner einen FET 20 mit einer
Gateschicht 22 und einer Kanalschicht 23. In diesem
Ausführungsbeispiel ist der FET 20 als HEMT ausgebildet, bei dem die Gateschicht 22 auf AlGaN basiert und die Kanalschicht 23 zwischen einer undotierten Pufferschicht aus GaN und der
Gateschicht 22 gebildet ist. Die Gateschicht 22 oder ein Teil der Kanalschicht 23 ist vorliegend beispielhaft n-dotiert. Die Gateschicht 22 ist zumindest stellenweise in direktem Kontakt zu der zweiten Halbleiterschicht 14. Beispielhaft umfasst die Gateschicht 22 eine SiN-Schicht, die zur
elektrischen Kontaktierung der Gateschicht 22 vorgesehen ist.
Das Bauelement 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel
schließlich ein Aufwachssubstrat 50 aus Saphir auf, auf dem der FET 20 und die LED-Schichtenfolge 10 gemeinsamen
epitaktisch abgeschieden sind. Wie dargestellt sind der FET 20 und die LED-Schichtenfolge 10 zumindest stellenweise gestapelt übereinander aufgewachsen. In einem zweiten Ausführungsbeispiel (Figur 2) ist das
Bauelement 1 gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel um eine elektrische Kontaktierung ergänzt.
Insbesondere weist das Bauelement 1 eine erste Elektrode 11 sowie eine zweite Elektrode 15 auf, durch die eine Spannung an der LED-Schichtenfolge 10 angelegt, und ein Stromfluss I durch die LED-Schichtenfolge 10 hervorgerufen werden kann, um das Bauelement 1 in einen Strahlungsemittierenden Betrieb zu versetzen .
Die erste Elektrode 11 erstreckt sich zumindest stellenweise über die erste Halbleiterschicht 12. Die zweite Elektrode 15 ist beispielhaft in einem lateralen Randbereich, insbesondere an einer Seitenfläche der zweiten Halbleiterschicht 14 angeordnet und erstreckt sich insbesondere durch die
Gateschicht 22 hindurch hin zu der Kanalschicht 23. Lateral beabstandet von der zweiten Elektrode 15 und durch zumindest einen Teilbereich der Gateschicht 22 ist überdies eine Kanalelektrode 24 vorgesehen, die die Kanalschicht 23 elektrisch kontaktiert. Eine Gateelektrode 25 kontaktiert diesen Teilbereich der Gateschicht 22 elektrisch, sodass abhängig von einer an der Gateelektrode 25 anliegenden
Spannung der Stromfluss I zwischen der zweiten Elektrode 15 und der Kanalelektrode 24 eingestellt werden kann. Die zweite Elektrode 15 und die Kanalelektrode 24 können in diesem
Zusammenhang auch als Drain bzw. Source des FETs 20
bezeichnet werden.
Zum Betreiben des Bauelements 1 kann zwischen der erste
Elektrode 11 und der Kanalelektrode 24 eine Betriebsspannung angelegt werden, beispielsweise durch Kopplung mit einer ersten und zweiten Versorgungsleitung VDD, Gnd (vgl. Fig. 6- 8), wobei der Stromfluss I zur Steuerung des
lichtemittierenden Betriebs durch die an der Gateelektrode 25 anliegende Spannung einstellbar ist.
In einem dritten Ausführungsbeispiel (Figur 3) ist das
Bauelement 1 gemäß Figur 2 Draufansicht dargestellt. Die zweite Halbleiterschicht 14 weist gegenüber der ersten
Halbleiterschicht 12 und dem aktiven Bereich 13 einen
lateralen Überstand auf, der zumindest teilweise durch die zweite Elektrode 15 bedeckt ist. Die zweite Elektrode 15, die Gateelektrode 25 und die Kanalelektrode 24 sind jeweils lateral beabstandet voneinander und durch die Gateschicht 22 getrennt angeordnet.
Figur 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines
Strahlungsemittierenden Bauelements 1 in schematischer
Schnittansicht. Das Bauelement 1 unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass das
Aufwachssubstrat 50 entfernt und der Stapel mit dem FET 20 und der LED-Schichtenfolge 10 auf einem Träger 60 angeordnet sind. Die Pufferschicht 29 weist eine aufgeraute Oberfläche auf und bildet die Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements 1.
Zwischen dem Träger 60 und der ersten Halbleiterschicht 12 ist überdies beispielhaft ein Lot 27 eingebracht, das die erste Halbleiterschicht 12 über die erste Elektrode 11 kontaktiert. Das Lot 27 überragt die LED-Schichtenfolge 10 beispielsweise lateral und bildet mit diesem Überstand einen Kondensator 30 zusammen mit der Gateelektrode 25. Die Gateelektrode 25 weist in diesem Zusammenhang beispielhaft einen flächigen Abschnitt auf, der sich lateral über die Kanalelektrode 24 erstreckt. Zwischen der zweiten Elektrode 15, der Gateelektrode 25 und der Kanalelektrode 24 sowie zwischen dem Lot 27 und der LED-Schichtenfolge 10 ist elektrisch isolierendes Material eines Dielektrikums 26 angeordnet. Insbesondere im Bereich des Kondensators 30 weist diese eine hohe Dielektrizitätszahl auf. Das Dielektrikum 26 enthält in diesem Bereich beispielsweise Hf02.
In einem vierten Ausführungsbeispiel (Figur 5) unterscheidet sich das Bauelement 1 gegenüber dem dritten
Ausführungsbeispiel in seinen Materialien sowie durch eine Strukturierung des FETs 20. Die LED-Schichtenfolge 10 ist vorliegend beispielhaft zur Erzeugung roten Lichts
eingerichtet. Der FET 20 basiert in diesem Zusammenhang bevorzugt auf GaAs/AlGaAs. Die Gateschicht 22, die
Kanalschicht 23 und die Pufferschicht 29 sind in einem
Bereich oberhalb der LED-Schichtenfolge 10 abgetragen, beispielsweise durch Ätzen, um eine Absorption emittierter Strahlung durch den FET 20 zu vermeiden.
In den vorigen Ausführungsbeispielen ist lediglich ein FET 20 vorgesehen, der als Treiber der LED-Schichtenfolge 10 dient (nachfolgend bezeichnet als Treiber-FET) . Um einen Aktiv- Matrix-Betrieb des Bauelements 1 zu gewährleisten kann ein zweiter FET 40 (nachfolgend bezeichnet als Schalt-FET) in das Bauelement 1 integriert werden, beispielsweise im selben Prozessschritt .
In einem fünften Ausführungsbeispiel ist anhand Figur 6 ein Strahlungsemittierendes Bauelement 1 in schematischer
Perspektivansicht dargestellt, das gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel um einen Schalt-FET 40 sowie eine externe Beschaltung ergänzt ist. Der Schalt-FET 40 ist lateral benachbart zu dem Treiber-FET 20 angeordnet und weist eine gemeinsame Pufferschicht 29 auf. Die Kanalschicht 23 sowie die Gateschicht 22 sind durch einen ersten Graben getrennt. Ein weiterer Graben erstreckt sich in lateraler Richtung zwischen der Kanalschicht 23 sowie der Gateschicht 22 des Schalt-FETs 40 und der LED-Schichtenfolge 10. Das gestrichelt dargestellte Elektronengas 28 (2DEG) ist durch die Gräben ebenfalls unterbrochen. Die Kanalschicht 23 des Schalt-FETs
40 ist durch eine erste und zweite Schalt-Kanalelektrode 41, 44 separat elektrisch kontaktiert. Die Gateschicht 22 des Schalt-FETs 40 ist durch eine Schalt-Gateelektrode 45 elektrisch kontaktiert.
Der Kondensator 30 ist aus Gründen der Übersicht lediglich schematisch dargestellt und kann gemäß Fig. 4 realisiert und in das Bauelement 1 integriert sein. Aus denselben Gründen ist die Verschaltung der FETs 20, 40 lediglich schematisch dargestellt und kann durch Einbringen geeigneter
Umverdrahtungsebenen realisiert werden. Die Verschaltung wird anhand der Figur 7 im Folgenden näher erläutert.
So ist das Bauelement 1 mit seiner ersten Elektrode 11 an einer mit der ersten Verbindungsleitung VDD gekoppelt, an der beispielsweise ein Betriebspotential anliegt und mit seiner Treiber-Kanalelektrode 24 an einer zweiten Verbindungsleitung Gnd gekoppelt, an der beispielsweise Massepotential anliegt. Die Treiber-Gateelektrode 25 ist über den Kondensator 30 mit der ersten Elektrode 11 sowie direkt mit der zweiten Schalt- Kanalelektrode 44 gekoppelt. Die erste Schalt-Kanalelektrode
41 ist mit einer Datenleitung D gekoppelt, an der ein
Potential anliegt, welches zu einer einzustellenden Helligkeit im Strahlungsemittierenden Betrieb des Bauelements 1 korrespondiert. Die Schalt-Gateelektrode 45 ist mit einer Schaltleitung R gekoppelt, welche ein wechselndes Potential führt, mit dem die an der Datenleitung D anliegende Spannung in regelmäßigen Zeitabständen an die Treiber-Gateelektrode 25 durchgeschaltet werden kann.
Die Verschaltung des Bauelements 1 gemäß Figur 7 kann
insbesondere Teil einer Anzeigevorrichtung 100 sein, die eine Vielzahl solcher matrizenartig angeordneter
strahlungsemittierender Bauelemente umfasst. Anhand Figur 8 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel einer solchen
Anzeigevorrichtung 100 in Draufsicht gezeigt. Die Bauelemente 1 sind jeweils gemäß Figur 6 mit den Versorgungsleitungen VDD, Gnd gekoppelt. Jede Spalte der Anzeigevorrichtung 100 umfasst beispielhaft drei Datenleitungen DR, DG, DB zur
Einstellung eines Intensitätswerts jeweils einer der Farben Rot (R) , Grün (G) und Blau (B) . Jede Zeile der
Anzeigevorrichtung 100 umfasst überdies eine Schaltleitung RR, RG , RB zur regelmäßigen Aktualisierung der
Intensitätswerte je Zeile.
Eine Videowand kann beispielhaft mehrere solcher
nebeneinander angeordneter Anzeigevorrichtungen 100 als
Module aufweisen, die jeweils eine vorgegebene Anzahl an
Bauelementen 1 umfassen. In vorteilhafter Weise ermöglicht die Integration der Feldeffekttransistoren und evtl. auch des Kondensators in die einzelnen Bauelemente 1 einen Aktiv- Matrix Betrieb der Videowand, ohne eine Integration von
Silicium-Dünnschichttechnologie .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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 Bauelement
10 LED-Schichtenfolge
11 erste Elektrode
12 erste Halbleiterschicht
13 aktive Schicht
14 zweite Halbleiterschicht
15 zweite Elektrode
20 Treiber-Feldeffekttransistor
22 Treiber-Gate
23 Treiber-Kanal
24 Treiber-Kanalelektrode
25 Treiber-Gateelektrode
26 Dielektrikum
27 Kondensatorelektrode
28 Elektronengas
29 Puffer
30 Kondensator
40 Sehalt-Feldeffekttransistor
41 erste Schalt-Kanalelektrode
42 Schalt-Gate
43 Schalt-Kanal
44 zweite Schalt-Kanalelektrode
45 Schalt-Gateelektrode
50 Träger
60 Träger
D Datenleitung
R Schaltleitung
VDD erste Versorgungsleitung
Gnd zweite Versorgungsleitung
I Stromfluss

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierendes Bauelement (1), insbesondere Leuchtdiodenchip, mit mindestens einer
Halbleiterschichtenfolge (10), mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Elektrode (11, 15) sowie mindestens einem Treiber-Feldeffekttransistor (20), mindestens einer Treiber-Kanalelektrode (24) und mindestens einer Treiber- Gateelektrode (25) , wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (10) mindestens eine erste Halbleiterschicht (12), mindestens eine zweite
Halbleiterschicht (14) und mindestens einen zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (13) umfasst, der zwischen der ersten und zweiten
Halbleiterschicht (12, 14) angeordnet ist,
- die erste Elektrode (11) elektrisch mit der ersten
Halbleiterschicht (12) und die zweite Elektrode (15) elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht (14) verbunden ist, und
- die Halbleiterschichtenfolge (10) eingerichtet ist, abhängig von einem Stromfluss zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (11, 15) elektromagnetische Strahlung zu erzeugen,
- der Treiber-Feldeffekttransistor (20) mindestens ein
Treiber-Gate (22) und mindestens einen Treiber-Kanal (23) aufweist, und
- die zweite Elektrode (15) sowie die Treiber-Kanalelektrode (24) separat elektrisch mit dem Treiber-Kanal (23) verbunden sind und die Treiber-Gateelektrode (25) elektrisch mit dem Treiber-Gate (22) verbunden ist, und
- der Treiber-Feldeffekttransistor (20) eingerichtet ist, abhängig von einer an der Treiber-Gateelektrode (25) anliegenden Spannung einen Stromfluss zwischen der Treiber- Kanalelektrode (24) und der zweiten Elektrode (15) durch den Treiber-Kanal (23) und dadurch den Stromfluss zwischen der ersten und zweiten Elektrode (11, 15) zu steuern.
2. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 1, umfassend mindestens eine Kondensatorelektrode (27), die elektrisch isoliert von der Treiber-Gateelektrode (25) ausgebildet und derart angeordnet ist, dass die
Kondensatorelektrode (27) mit der Treiber-Gateelektrode (25) einen Kondensator (30) mit einer vorgegebenen elektrischen Kapazität bildet.
3. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 2, wobei die Kondensatorelektrode (27) elektrisch mit der ersten Elektrode (11) verbunden oder durch diese gebildet ist.
4. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 oder 3, wobei ein Dielektrikum (26) zwischen der Kondensatorelektrode (27) und der Treiber- Gateelektrode (25) angeordnet ist.
5. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 4, wobei das Dielektrikum (26) ein High-k-Dielektrikum aufweist oder daraus besteht.
6. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend mindestens einen Schalt- Feldeffekttransistor (40), mindestens eine Schalt- Gateelektrode (45) sowie mindestens eine erste und mindestens eine zweite Schalt-Kanalelektrode (41, 44), wobei
- der Schalt-Feldeffekttransistor (40) mindestens ein Schalt- Gate (42) und mindestens einen Schalt-Kanal (43) aufweist, - die erste und die zweite Schalt-Kanalelektrode (41, 44) separat elektrisch mit dem Schalt-Kanal (43) verbunden sind und die Schalt-Gateelektrode (45) elektrisch mit dem Schalt- Gate (42) verbunden ist,
- die zweite Schalt-Kanalelektrode (44) mit der Treiber- Gateelektrode (25) elektrisch verbunden ist, und
- der Schalt-Feldeffekttransistor (40) eingerichtet ist, abhängig von einer an der Schalt-Gateelektrode (45)
anliegenden Spannung eine an der ersten Schalt-Kanalelektrode (41) anliegende Spannung auf die zweite Schalt-Kanalelektrode (44) durchzuschalten.
7. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 6, wobei der Schalt-Feldeffekttransistor (40) eingerichtet ist, abhängig von der an der Schalt-Gateelektrode (45) anliegenden Spannung einen Ladevorgang des Kondensators (30) zu steuern.
8. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Treiber- und/oder der Schalt-Feldeffekttransistor (20, 40) als
Sperrschichtfeldeffekttransistor ausgebildet ist.
9. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterschichtenfolge (10), insbesondere der aktive Bereich (13), auf mindestens einem der folgenden Materialsysteme basiert: Alx Iny Gai-x-y N , Alx Iny Gai-x-y P und Alx Iny Gai-x-y As, wobei jeweils 0 -S x -S 1, 0 < y < 1 und x + y < 1.
10. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Treiber- und/oder der Schalt-Feldeffekttransistor (20, 40) auf mindenstens einem der folgenden Materialsysteme basiert: Alx Gai-X N , Alx Iny Gai-x-y P, Alx Gai-X As, wobei jeweils 0 -S x -S 1,
0 < y < 1 und x + y < 1.
11. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem
- die Halbleiterschichtenfolge (10), insbesondere der aktive Bereich (13) Alx Iny Gai-x-y N enthält oder daraus besteht, und
- der Treiber- und/oder der Schalt-Feldeffekttransistor (20, 40) Alx Gai-X N enthält oder daraus besteht, wobei jeweils 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1.
12. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem
- die Halbleiterschichtenfolge (10), insbesondere der aktive Bereich (13) Alx Iny Gai-x-y P enthält oder daraus besteht, und
- der Treiber- und/oder der Schalt-Feldeffekttransistor (20, 40) Alx Gai As enthält oder daraus besteht, wobei jeweils
0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1.
13. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem
- die Halbleiterschichtenfolge (10), insbesondere der aktive Bereich (13) Alx Iny Gai-x-y P enthält oder daraus besteht, und
- der Treiber- und/oder der Schalt-Feldeffekttransistor (20, 40) Αΐχ Iny Gai-x-y P enthält oder daraus besteht, wobei jeweils
0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1.
14. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Treiber- und/oder der Schalt-Feldeffekttransistor (20, 40) derart strukturiert ist, dass senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge (10) kein Material des Treiber- und des Schalt-Feldeffekttransistors (20, 40) vorhanden ist.
15. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterschichtenfolge (10) und der Treiber-Feldeffekttransistor (20) eine
monolithische Baueinheit bilden und gemeinsam in das
strahlungsemittierende Bauelement integriert sind, wobei das Strahlungsemittierende Bauelement eine LED ist.
16. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem die Halbleiterschichtenfolge (10) und der Treiber- Feldeffekttransistor (20) auf einem gemeinsamen
Aufwachssubstrat epitaktisch abgeschieden (50) sind, wobei die Halbleiterschichtenfolge (10) und der Treiber- Feldeffekttransistor (20) zumindest stellenweise gestapelt übereinander aufgewachsen sind.
17. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 2, bei dem die Kondensatorelektrode (27) in vertikaler Richtung beabstandet von der Treiber-Gateelektrode (25) angeordnet ist, wobei der dadurch gebildete Kondensator (30) mit dem Treiber-Feldeffekttransistor (20) und der
Halbleiterschichtenfolge (10) eine monolithische Baueinheit bilden und gemeinsam in das strahlungsemittierende Bauelement integriert sind.
18. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
bei dem die zweite Halbleiterschicht (14) gegenüber der ersten Halbleiterschicht (12) und dem aktiven Bereich (13) einen lateralen Überstand aufweist, der zumindest teilweise durch die zweite Elektrode (15) bedeckt ist.
19. Anzeigevorrichtung (100), umfassend eine Mehrzahl von in Reihen und Spalten matrizenartig angeordneten
Strahlungsemittierenden Bauelementen (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, eine Datenleitung (D) je Spalte und eine Schaltleitung (R) je Reihe sowie eine erste und zweite Versorgungsleitung (VDD, Gnd) , wobei jedes der
Strahlungsemittierenden Bauelemente (1)
- mittels seiner Schalt-Gateelektrode (45) mit der jeweiligen Schaltleitung (R) ,
- mittels seiner ersten Schalt-Kanalelektrode (41) mit der jeweiligen Datenleitung (D) ,
- mittels seiner ersten Elektrode (11) mit der ersten
Versorgungsleitung (VDD) , und
- mittels seiner Treiber-Kanalelektrode (24) mit der zweiten Versorgungsleitung (Gnd) elektrisch gekoppelt ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI767539B (zh) * 2020-03-27 2022-06-11 宏齊科技股份有限公司 製造發光二極體單元的方法
DE102022123582A1 (de) 2022-09-15 2024-03-21 Ams-Osram International Gmbh Optoelektronisches bauelement, verfahren zum betreiben eines optoelektronischen bauelements und verfahren zum herstellen eines optoelektronischen bauelements

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10270753A (ja) * 1997-03-21 1998-10-09 Sanyo Electric Co Ltd 半導体発光素子および表示装置
US20140008667A1 (en) * 2009-12-09 2014-01-09 Nano And Advanced Materials Institute Limited Method for manufacturing a monolithic led micro-display on an active matrix panel using flip-chip technology and display apparatus having the monolithic led micro-display

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110277420B (zh) * 2018-03-16 2021-11-02 京东方科技集团股份有限公司 阵列基板及其制造方法、显示装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10270753A (ja) * 1997-03-21 1998-10-09 Sanyo Electric Co Ltd 半導体発光素子および表示装置
US20140008667A1 (en) * 2009-12-09 2014-01-09 Nano And Advanced Materials Institute Limited Method for manufacturing a monolithic led micro-display on an active matrix panel using flip-chip technology and display apparatus having the monolithic led micro-display

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI767539B (zh) * 2020-03-27 2022-06-11 宏齊科技股份有限公司 製造發光二極體單元的方法
DE102022123582A1 (de) 2022-09-15 2024-03-21 Ams-Osram International Gmbh Optoelektronisches bauelement, verfahren zum betreiben eines optoelektronischen bauelements und verfahren zum herstellen eines optoelektronischen bauelements

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