DE102005003460A1

DE102005003460A1 - Thin film light emitting diode with current-dispersing structure has transverse conductivity of current dispersion layer increased by forming two-dimensional electron or hole gas

Info

Publication number: DE102005003460A1
Application number: DE102005003460A
Authority: DE
Inventors: Andreas Weimar; Berthold Dr. Hahn; Volker Dr. Härle; Johannes Dr. Baur; Raimund Dr. Oberschmid
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2005-10-13

Abstract

Bei einer Dünnfilm-LED mit einer aktiven Schicht (7) aus einem Nitridverbindungshalbleiter, die elektromagnetische Strahlung (19) in einer Hauptstrahlungsrichtung (15) emittiert, einer der aktiven Schicht (7) in der Hauptstrahlungsrichtung (15) nachfolgenden Stromaufweitungsschicht (9) aus einem ersten Nitridverbindungshalbleitermaterial, einer Hauptfläche (14), durch welche die in der Hauptstrahlungsrichtung (15) emittierte Strahlung ausgekoppelt wird, und einer ersten Kontaktschicht (11, 12, 13), die auf der Hauptfläche (14) angeordnet ist, ist die Querleitfähigkeit der Stromaufweitungsschicht (9) durch Ausbildung eines zweidimensionalen Elektronen- oder Löchergases erhöht. Die Ausbildung des zweidimensionalen Elektronen- oder Löchergases erfolgt vorteilhaft durch das Einbetten mindestens einer Schicht (10) aus einem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial in die Stromaufweitungsschicht (9).at a thin-film LED with an active layer (7) made of a nitride compound semiconductor, the electromagnetic radiation (19) in a main radiation direction (15) emitted, one of the active layer (7) in the main radiation direction (15) subsequent current spreading layer (9) from a first Nitride compound semiconductor material, a major surface (14), through which the one emitted in the main radiation direction (15) Radiation is coupled out, and a first contact layer (11, 12, 13) on the main surface (14) is the transverse conductivity of the current spreading layer (9) by forming a two-dimensional electron or hole gas elevated. The formation of the two-dimensional electron or hole gas advantageously takes place by embedding at least one layer (10) of a second nitride compound semiconductor material in the Current spreading layer (9).

Description

Die Erfindung betrifft einen Dünnfilm-LED nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a thin-film LED according to the preamble of claim 1.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2004 003 986.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.These Patent application claims the priority of the German patent application 10 2004 003 986.0, the disclosure of which is hereby incorporated by reference is recorded.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente, insbesondere zur Herstellung von Lumineszenzdioden auf der Basis von Nitridverbindungshalbleitern, basiert auf der sogenannten Dünnfilm-Technologie. Bei diesem Verfahren wird eine funktionelle Halbleiterschichtenfolge, die insbesondere eine strahlungsemittierende aktive Schicht umfasst, zunächst epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen, anschließend ein neuer Träger auf die dem Aufwachssubstrat gegenüber liegende Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht und nachfolgend das Aufwachssubstrat abgetrennt. Da die für Nitridverbindungshalbleiter verwendeten Aufwachssubstrate, beispielsweise SiC, Saphir oder GaN vergleichsweise teuer sind, bietet dieses Verfahren insbesondere den Vorteil, dass das Aufwachssubstrat wiederverwertbar ist. Das Ablösen eines Aufwachssubstrats aus Saphir von einer Halbleiterschichtenfolge aus einem Nitridverbindungshalbleiter kann beispielsweise mit einem aus der WO 98/14986 bekanntem Laser-Lift-Off-Verfahren erfolgen.One known method for producing optoelectronic components, in particular for the production of light-emitting diodes on the basis of Nitride compound semiconductors, based on the so-called thin-film technology. In this method, a functional semiconductor layer sequence, which in particular comprises a radiation-emitting active layer, first grown epitaxially on a growth substrate, then a new carrier on the growth substrate opposite surface of the Semiconductor layer sequence applied and subsequently separated the growth substrate. Since the for Nitride compound semiconductors used growth substrates, for example SiC, Sapphire or GaN are relatively expensive, this process offers in particular, the advantage that the growth substrate is recyclable is. The detachment a growth substrate made of sapphire of a semiconductor layer sequence from a nitride compound semiconductor, for example, with a WO 98/14986 known laser lift-off process carried out.

Eine Dünnfilm-LED zeichnet sich insbesondere durch folgende charakteristische Merkmale aus:

– an einer zu einem Träger hin gewandten Hauptfläche einer strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht (Spiegelschicht) aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
– die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 μm oder weniger, insbesondere im Bereich von etwa 6 μm auf; und
– die Epitaxieschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.

A thin-film LED is characterized in particular by the following characteristic features:

A reflective layer (mirror layer) is applied or formed on a main surface of a radiation-generating epitaxial layer sequence turned towards a carrier, which reflects back at least part of the electromagnetic radiation generated in the epitaxial layer sequence;
- The epitaxial layer sequence has a thickness in the range of 20 microns or less, in particular in the range of about 6 microns; and
The epitaxial layer sequence contains at least one semiconductor layer having at least one surface which has a thorough mixing structure which, in the ideal case, leads to an approximately ergodic distribution of the light in the epitaxial epitaxial layer sequence, ie it has as ergodically stochastic scattering behavior as possible.

Ein Grundprinzip einer Dünnfilm-LED ist beispielsweise in I. Schnitzer et al., Appl Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174–2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.One Basic principle of a thin-film LED is for example in I. Schnitzer et al., Appl Phys. Lett. 63 (16), October 18, 1993, 2174-2176 described, whose disclosure content insofar hereby by reference is recorded.

Die elektrische Kontaktierung von Dünnfilm-LEDs erfolgt in der Regel durch zwei elektrische Kontaktschichten, beispielsweise durch eine p-Kontaktschicht auf der Rückseite des Trägers und eine n-Kontaktschicht auf der vom Träger abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge. In der Regel ist die vom Träger abgewandte Seite der Dünnfilm-LED zur Strahlungsauskopplung vorgesehen, so dass eine für die emittierte Strahlung nicht-transparente Kontaktschicht nur auf einen Teilbereich der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht werden kann. Aus diesem Grund wird oftmals nur ein vergleichsweise kleiner zentraler Bereich der Chipoberfläche mit einer Kontaktfläche (Bondpad) versehen.The electrical contacting of thin-film LEDs is usually done by two electrical contact layers, for example through a p-contact layer on the back of the carrier and an n-contact layer on the side facing away from the carrier side of the semiconductor layer sequence. As a rule, that is from the carrier opposite side of the thin-film LED to Radiation extraction provided so that one for the emitted radiation non-transparent contact layer only on a portion of the surface the semiconductor layer sequence can be applied. For this The reason is often only a comparatively small central area the chip surface with a contact surface (Bondpad) provided.

Bei herkömmlichen Lumineszenzdiodenchips, die eine Kantenlänge von weniger als 300 μm aufweisen, kann in der Regel bereits mit einem zentral auf der Chipoberfläche angeordneten Bondpad eine vergleichsweise homogene Stromverteilung im Halbleiterchip erreicht werden. Bei großflächigen Halbleiterchips, die beispielsweise eine Kantenlänge von etwa 1 mm aufweisen, kann diese Art der Kontaktierung aber nachteilig zu einer inhomogenen Bestromung des Halbleiterchips führen, die zu einer erhöhten Vorwärtsspannung und zu einer geringeren Quanteneffizienz in der aktiven Zone führt. Dieser Effekt tritt insbesondere bei Halbleitermaterialien, die eine geringe Querleitfähigkeit aufweisen, insbesondere bei Nitridverbindungshalbleitern, auf. Die maximale Stromdichte tritt in diesem Fall in einem zentralen Bereich des Halbleiterchips auf. Die in diesem zentralen Bereich des Halbleiterchips emittierte Strahlung wird aber zumindest teilweise zu dem nicht transparenten Bondpad hin emittiert und somit zumindest teilweise absorbiert.at usual LED chips having an edge length of less than 300 μm, can usually already arranged with a centrally on the chip surface Bondpad a comparatively homogeneous current distribution in the semiconductor chip be achieved. For large-area semiconductor chips, for example, an edge length of About 1 mm, this type of contact but disadvantageous lead to an inhomogeneous energization of the semiconductor chip, the to an increased forward voltage and leads to lower quantum efficiency in the active zone. This Effect occurs especially in semiconductor materials, which have a low transverse conductivity have, in particular in nitride compound semiconductors, on. The maximum current density occurs in this case in a central area of the semiconductor chip. The in this central area of the semiconductor chip but emitted radiation is at least partially to the non-transparent Bondpad emitted and thus at least partially absorbed.

Um die Stromaufweitung zu verbessern, ist beispielsweise bekannt, eine dünne semitransparente Metallisierungsschicht, zum Beispiel Pt oder NiAu, ganzflächig auf die Chipoberfläche eines p-Halbleitermaterials aufzubringen. Dabei wird jedoch ein nicht vernachlässigbarer Teil der emittierten Strahlung, beispielsweise etwa 50%, in der semitransparenten Schicht absorbiert. Weiterhin sind derartige Kontaktschichten nicht ohne weiteres zur Kontaktierung von n-dotierten Nitridverbindungshalbleitern geeignet.Around To improve the current expansion, for example, is known thin semitransparent Metallization layer, for example Pt or NiAu, over the entire surface the chip surface of a p-type semiconductor material. However, one does not negligible Part of the emitted radiation, for example about 50%, in the absorbed semitransparent layer. Furthermore, such contact layers not readily for contacting n-type nitride compound semiconductors suitable.

Zur Verbesserung der Stromeinkopplung bei InGaAlP-LEDs ist aus der DE 199 47 030 A1 bekannt, eine relativ dicke, transparente Stromaufweitungsschicht, die mit einer lateral strukturierten elektrischen Kontaktschicht versehen ist, zu verwenden. Die Stromeinprägung erfolgt dabei durch ein zentrales Bondpad sowie durch mehrere mit dem Bondpad verbundene Kontaktstege auf der Chipoberfläche. Diese Art der Kontaktierung ist nicht ohne weiteres auf großflächige Leuchtdiodenchips, die ein Halbleitermaterial mit geringer Querleitfähigkeit, insbesondere Nitridverbindungshalbleiter, enthalten, übertragbar, da die Dichte der nicht-transparenten Kontaktstege auf der Chipoberfläche derart erhöht werden müsste, dass ein Großteil der emittierten Strahlung in der Kontaktschicht absorbiert würde. Eine vergleichsweise dicke Stromaufweitungsschicht führt ferner zu einem erhöhten Spannungsabfall und beansprucht eine lange Wachstumszeit bei der Herstellung. Ferner können in einer vergleichsweise dicken Stromaufweitungsschicht Verspannungen auftreten, durch die möglicherweise Risse induziert werden können.To improve the current injection in InGaAlP LEDs is from the DE 199 47 030 A1 It is known to use a relatively thick, transparent current spreading layer provided with a laterally structured electrical contact layer. The current injection is effected by a central bonding pad as well as by a plurality of contact webs connected to the bond pad on the chip surface. This type of contact is not easy on large-area light-emitting diode chips containing a semiconductor material with low transverse conductivity, in particular nitride compound semiconductor, transferable, since the density of the non-transparent contact lands on the chip surface would have to be increased so that a large part of the emitted radiation would be absorbed in the contact layer. A comparatively thick current spreading layer also leads to an increased voltage drop and requires a long growth time in the production. Furthermore, in a comparatively thick current spreading layer, strains can occur, possibly causing cracks to be induced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dünnfilm-LED mit einer verbesserten Stromaufweitungsstruktur anzugeben, die sich insbesondere durch eine vergleichsweise homogene Stromverteilung über die Chipfläche bei einer vergleichsweise geringen Abschattung der Chipoberfläche durch Kontaktschichtmaterial auszeichnet.Of the Invention is based on the object, a thin-film LED with an improved Stromausweitungsstruktur specify, in particular by a comparatively homogeneous current distribution over the chip area a comparatively low shading of the chip surface by contact layer material distinguished.

Diese Aufgabe wird durch einen Dünnfilm-LED mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These Task is by a thin film LED solved with the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Bei einer Dünnfilm-LED mit einer aktiven Schicht, die elektromagnetische Strahlung in eine Hauptstrahlungsrichtung emittiert, einer der aktiven Schicht in der Hauptstrahlungsrichtung nachfolgenden Stromaufweitungsschicht aus einem ersten Nitridverbindungshalbleitermaterial, einer Hauptfläche, durch welche die in der Hauptstrahlungsrichtung emittierte Strahlung ausgekoppelt wird, und einer ersten Kontaktschicht, die auf der Hauptfläche angeordnet ist, ist gemäß der Erfindung die Querleitfähigkeit der Stromaufweitungsschicht durch Ausbildung eines zweidimensionalen Elektronen- oder Löchergases erhöht.at a thin-film LED with an active layer, the electromagnetic radiation in a main radiation direction emitted, one of the active layer in the main radiation direction subsequent current spreading layer of a first nitride compound semiconductor material, a main surface, through which the radiation emitted in the main radiation direction is decoupled, and a first contact layer on the main area is arranged according to the invention the transverse conductivity the current spreading layer by forming a two-dimensional Electron or hole gas elevated.

Die erhöhte Querleitfähigkeit der Stromaufweitungsschicht führt zu einer homogenen Bestromung der aktiven Schicht und erhöht dadurch die Effizienz der Dünnfilm-LED.The increased transverse conductivity the current spreading layer leads to a homogeneous energization of the active layer and thereby increases the efficiency of the thin-film LED.

Zur Ausbildung eines zweidimensionalen Elektronen- oder Löchergases in der Stromaufweitungsschicht ist vorzugsweise mindestens eine Schicht aus einem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial, das eine größere elektronische Bandlücke als das erste Nitridverbindungshalbleitermaterial aufweist, in die Stromaufweitungsschicht eingebettet.to Formation of a two-dimensional electron or hole gas in the current spreading layer is preferably at least one layer of a second nitride compound semiconductor material containing a larger electronic bandgap as the first nitride compound semiconductor material into which Embedded current spreading layer.

Das erste Nitridverbindungshalbleitermaterial und das zweite Nitridverbindungshalbleitermaterial weisen vorteilhaft jeweils die Zusammensetzung In_xAl_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 auf, wobei sich die Zusammensetzung des zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterials von der Zusammensetzung des ersten Nitridverbindungshalbleitermaterials derart unterscheidet, dass die elektronische Bandlücke des zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterials größer ist als die des ersten Nitridverbindungshalbleitermaterials. Dabei muss das jeweilige Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen 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 (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.The first nitride compound semiconductor material and the second nitride compound semiconductor material advantageously each have the composition In _x Al _y Ga _1-xy N with 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1 and x + y ≦ 1, wherein the composition of the second nitride compound semiconductor material differs from that of FIG The composition of the first nitride compound semiconductor material is such that the electronic band gap of the second nitride compound semiconductor material is larger than that of the first nitride compound semiconductor material. The respective 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 do not substantially alter the physical properties of the material. For the sake of simplicity, however, the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these may be partially replaced by small amounts of other substances.

An den Grenzflächen zwischen der mindestens einen Schicht aus dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial und der Stromaufweitungsschicht aus dem ersten Nitridverbindungshalbleitermaterial bilden sich Bereiche mit besonders hoher Querleitfähigkeit aus. Die erhöhte Querleitfähigkeit dieser Bereiche lässt sich im Bändermodell derart erklären, dass an den Grenzflächen zwischen dem ersten Nitridverbindungshalbleitermaterial und dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial jeweils eine Verbiegung der Bandkanten des Leitungsbandes und des Valenzbandes auftritt, die zur Ausbildung einer Potentialmulde führt, in der ein zweidimensionales Elektronen- oder Löchergas mit besonders hoher Querleitfähigkeit auftritt.At the interfaces between the at least one layer of the second nitride compound semiconductor material and the current spreading layer made of the first nitride compound semiconductor material areas with particularly high transverse conductivity form out. The raised Transverse conductivity of this Leaves areas in the band model explain in such a way that at the interfaces between the first nitride compound semiconductor material and the second Nitride compound semiconductor material in each case a bending of the Band edges of the conduction band and the valence band occurs, the leads to the formation of a potential well in which a two-dimensional Electron or hole gas with particularly high transverse conductivity occurs.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Dünnfilm-LED gemäß der Erfindung sind mehrere Schichten aus dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial in die Stromaufweitungsschicht eingebettet. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Vielzahl von Grenzflächen zwischen dem ersten Nitridverbindungshalbleitermaterial und dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial ausgebildet, an denen sich aufgrund der Bandverbiegung jeweils eine Potentialmulde ausbildet, in der ein zweidimensionales Elektronen- oder Löchergas mit hoher Querleitfähigkeit auftritt. Die Querleitfähigkeit der gesamten Stromaufweitungsschicht wird dadurch im Vergleich zu einer Stromaufweitungsschicht mit nur einer eingebetteten Schicht, die eine größere elektronische Bandlücke erste Nitridverbindungshalbleitermaterial aufweist, weiter erhöht. Die Anzahl der Schichten aus dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 1 und 5.at a preferred embodiment a thin-film LED according to the invention are multiple layers of the second nitride compound semiconductor material embedded in the current spreading layer. This way will Advantageously, a plurality of interfaces between the first nitride compound semiconductor material and the second nitride compound semiconductor material, at each of which a potential well forms due to the band bending, in which a two-dimensional electron or hole gas with high transverse conductivity occurs. The transverse conductivity the entire current spreading layer is thereby compared to a current spreading layer with only one embedded layer, the one bigger electronic bandgap first nitride compound semiconductor material, further increased. The Number of layers of the second nitride compound semiconductor material is preferably between inclusive 1 and 5.

Die Dicke der mindestens einen Schicht aus dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial beträgt beispielsweise etwa 10 nm bis 100 nm.The Thickness of the at least one layer of the second nitride compound semiconductor material is for example, about 10 nm to 100 nm.

Das erste Nitridverbindungshalbleitermaterial, aus dem die Stromaufweitungsschicht gebildet ist, ist vorzugsweise GaN. Das zweite Nitridverbindungshalbleitermaterial ist beispielsweise Al_xGa_1-xN mit 0 < x ≤ 1, wobei vorzugsweise 0,1 ≤ x ≤ 0,2 gilt.The first nitride compound semiconductor material of which the current spreading layer is formed is preferably GaN. The second nitride compound semiconductor material is, for example, Al _x Ga _1-x N with 0 <x ≦ 1, wherein preferably 0.1 ≦ x ≦ 0.2.

Die mindestens eine Schicht aus dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial weist bevorzugt eine Dotierung auf, wobei eine Dotierstoffkonzentration in den an die Stromaufweitungsschicht angrenzenden Bereichen höher ist als in einem zentralen Bereich der Schicht. Die erhöhte Dotierstoffkonzentration in den an die Stromaufweitungsschicht angrenzenden Bereichen des zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterials hat den Vorteil, dass in den Bereichen, in denen die Querleitfähigkeit durch die Ausbildung eines zweidimensionalen Elektronenbeziehungsweise Löchergases erhöht ist, eine erhöhte Anzahl an freien Ladungsträgern vorhanden ist. Die Querleitfähigkeit und die Stromaufweitung werden dadurch weiter verbessert.The at least one layer of the second nitride compound semiconductor material preferably has a doping, wherein a dopant concentration is higher in the areas adjacent to the current spreading layer as in a central area of the layer. The increased dopant concentration in the areas adjacent to the current spreading layer second nitride compound semiconductor material has the advantage that in areas where the lateral conductivity through training a two-dimensional electron or hole gas elevated is an increased number free load carriers is available. The transverse conductivity and the current expansion are thereby further improved.

Das erste und das zweite Nitridverbindungshalbleitermaterial sind beispielsweise jeweils n-dotiert. In diesem Fall bildet sich ein zweidimensionales Elektronengas an den Grenzflächen zwischen dem ersten und dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial aus. Alternativ ist es auch möglich, dass sowohl das erste als auch das zweite Nitridverbindungshalbleitermaterial jeweils p-dotiert sind. Im Gegensatz zum zuvor genannten Fall bildet sich dabei nicht ein zweidimensionales Elektronengas, sondern ein zweidimensionales Löchergas an der Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial aus. Bei einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung ist vorgesehen, eine sehr dünne n-dotierte Schicht aus dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial in eine Stromaufweitungsschicht aus einem p-dotierten ersten Nitridverbindungshalbleitermaterial einzubetten. Auf diese Weise ist es auch in einem p-dotierten ersten Nitridverbindungshalbleitermaterial möglich, ein zweidimensionales Elektronengas zu erzeugen.The First and second nitride compound semiconductor materials are, for example each n-doped. In this case, a two-dimensional electron gas is formed at the interfaces between the first and second nitride compound semiconductor materials out. Alternatively, it is also possible that both the first and the second nitride compound semiconductor material are each p-doped. In contrast to the aforementioned case forms not a two-dimensional electron gas, but a two-dimensional hole gas at the interface between the first and second nitride compound semiconductor materials out. In a further advantageous variant of the invention provided, a very thin n-doped layer of the second nitride compound semiconductor material into a current spreading layer of a p-doped first nitride compound semiconductor material embed. That way, it's also in a p-doped first Nitride compound semiconductor material possible, a two-dimensional To generate electron gas.

Die aktive Schicht der Dünnfilm-LED umfasst beispielsweise In_xAl_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1. Die aktive Schicht kann zum Beispiel als Heterostruktur, Doppelheterostruktur oder als Quantentopfstruktur ausgebildet sein. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst dabei jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss (Confinement) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. 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.The active layer of the thin-film LED comprises, for example, In _x Al _y Ga _1-xy N with 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 and x + y ≤ 1. The active layer may be, for example, as a heterostructure, a double heterostructure or as a quantum well structure be educated. The term quantum well structure encompasses any structure in which charge carriers undergo quantization of their energy states by confinement. In particular, the term 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.

Bei einer Ausführungsform der Dünnfilm-LED beträgt zumindest eine Kantenlänge der zur Strahlungsauskopplung vorgesehenen Hauptfläche 400 μm oder mehr, besonders bevorzugt 800 μm oder mehr. Insbesondere kann sogar eine Kantenlänge vom 1 mm oder mehr vorgesehen sein, wobei die Hauptfläche insbesondere eine quadratische Form aufweisen kann. Durch die Erhöhung der Querleitfähigkeit der Stromaufweitungsschicht kann selbst bei großflächigen Dünnfilm-LEDs eine vergleichsweise homogene Stromverteilung in der aktiven Schicht erzielt werden, die ansonsten mit einer herkömmlichen Stromaufweitungsschicht aus einem Nitridverbindungshalbleitermaterial nicht ohne weiteres zu realisieren wäre.at an embodiment the thin-film LED is at least one edge length the main surface intended for radiation decoupling is 400 μm or more, more preferably 800 microns or more. In particular, even an edge length of 1 mm or more may be provided be the main surface in particular may have a square shape. By increasing the transverse conductivity The current spreading layer can be comparatively homogeneous even with large-area thin-film LEDs Power distribution can be achieved in the active layer, otherwise with a conventional current spreading layer from a nitride compound semiconductor material not readily to realize.

Die erste Kontaktschicht der Dünnfilm-LED, die auf der zur Strahlungsauskopplung vorgesehenen Hauptfläche angeordnet ist, enthält vorzugsweise ein Metall oder eine Metalllegierung. Vorzugsweise ist die erste Kontaktschicht eine Ti-Pt-Au-Schichtenfolge, die ausgehend von der angrenzenden Nitridverbindungshalbleiterschicht zum Beispiel eine etwa 50 nm dicke Ti-Schicht, eine etwa 50 nm dicke Pt-Schicht und eine etwa 2 μm dicke Au-Schicht umfasst. Eine Ti-Pt-Au-Schichtenfolge ist vorteilhaft unempfindlich gegenüber Elektromigration, die ansonsten, beispielsweise bei einer Aluminium enthaltenden ersten Kontaktschicht, auftreten könnte. Die erste Kontaktschicht ist daher bevorzugt frei von Aluminium.The first contact layer of the thin-film LED, the arranged on the intended for radiation decoupling main surface is, contains preferably a metal or a metal alloy. Preferably For example, the first contact layer is a Ti-Pt-Au layer sequence starting from from the adjacent nitride compound semiconductor layer, for example about 50 nm thick Ti layer, about 50 nm thick Pt layer and a about 2 microns thick Au layer includes. A Ti-Pt-Au layer sequence is advantageous insensitive to Electromigration, otherwise, for example, an aluminum containing first contact layer could occur. The first contact layer is therefore preferably free of aluminum.

Vorteilhaft weist die erste Kontaktschicht sie eine laterale Struktur auf, die eine Kontaktfläche (Bondpad) und mehrere Kontaktstege umfasst. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kontaktfläche von mindestens einem rahmenförmigen Kontaktsteg umgeben, wobei der rahmenförmige Kontaktsteg durch mindestens einen weiteren Kontaktsteg mit der Kontaktfläche verbunden ist. Der mindestens eine rahmenförmige Kontaktsteg kann beispielsweise eine quadratische, rechteckige oder kreisförmige Form aufweisen.Advantageous the first contact layer has a lateral structure which a contact surface (bondpad) and comprises a plurality of contact bridges. In a preferred embodiment the contact surface of at least one frame-shaped Contact web surrounded, wherein the frame-shaped contact bridge by at least another contact bridge is connected to the contact surface. The at least a frame-shaped Contact web, for example, a square, rectangular or circular shape exhibit.

Aufgrund der erhöhten Querleitfähigkeit der Stromaufweitungsschicht muss bei einer Dünnfilm-LED gemäß der Erfindung vorteilhaft nur ein vergleichsweise geringer Anteil der Hauptfläche von der Kontaktschicht bedeckt sein. Vorteilhaft sind nur weniger als 15%, besonders bevorzugt weniger als 10% Gesamtfläche der Hauptfläche von der ersten Kontaktschicht bedeckt. Die gute Querleitfähigkeit der Stromaufweitungsschicht hat weiterhin der Vorteil, dass bereits eine vergleichsweise grobe Strukturierung der Kontaktschicht ausreicht, um eine vergleichsweise homogene Stromdichteverteilung in der aktiven Schicht in der Dünnfilm-LED zu erzeugen. Vorteilhaft ist beispielsweise die Kontaktfläche von 1, 2 oder 3 rahmenförmigen Kontaktstegen umgeben. Eine feinere Strukturierung der Kontaktschicht; insbesondere die Verwendung einer größeren Anzahl von rahmenförmigen Kontaktstegen, ist zur Steigerung der Effizienz der Dünnfilm-LED aufgrund der hohen Querleitfähigkeit der Stromaufweitungsschicht nicht erforderlich. Der Aufwand für die Strukturierung der ersten Kontaktschicht ist deshalb vorteilhaft gering.Due to the increased transverse conductivity of the current spreading layer, in the case of a thin-film LED according to the invention, only a comparatively small proportion of the main surface must advantageously be covered by the contact layer. Advantageously, only less than 15%, particularly preferably less than 10%, of the total area of the main surface is covered by the first contact layer. The good transverse conductivity of the current spreading layer further has the advantage that even a comparatively coarse structuring of the contact layer is sufficient to produce a comparatively homogeneous current density distribution in the active layer in the thin-film LED. Advantageously, for example, the contact surface surrounded by 1, 2 or 3 frame-shaped contact webs. A finer structuring of the contact layer; in particular the use of a larger number of frame-shaped contact lands is not required to increase the efficiency of the thin-film LED due to the high transverse conductivity of the current spreading layer. The cost of structuring the first contact layer is therefore advantageously low.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform enthält eine zweite Kontaktschicht, die von der aktiven Schicht aus gesehen der ersten Kontaktschicht gegenüberliegt. Die zweite Kontaktschicht weist in einem der Kontaktfläche gegenüberliegenden Bereich eine Aussparung auf. Die zweite Kontaktschicht ist also derart strukturiert, dass der Kontaktfläche, die zusammen mit mindestens einem Kontaktsteg die erste Kontaktschicht ausbildet, von der aktiven Schicht aus gesehen ein nicht von der zweiten Kontaktschicht bedeckter Bereich gegenüber liegt. Dies hat den Vorteil, dass die Stromdichte in einem Bereich der aktiven Schicht, der unterhalb der Kontaktfläche liegt, vermindert ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die erste Kontaktschicht aus einem nicht-transparenten Metall besteht, weil ansonsten zumindest ein Teil der unterhalb der Kontaktfläche erzeugten Strahlung in der Kontaktfläche absorbiert würde. Die Effizienz der Dünnfilm-LED wird auf diese Weise vorteilhaft erhöht.A Another preferred embodiment contains a second contact layer, as seen from the active layer of the opposite first contact layer. The second contact layer has in one of the contact surface opposite Area a recess on. So the second contact layer is structured such that the contact surface, together with at least a contact bridge forms the first contact layer of the active layer seen from a not covered by the second contact layer area across from lies. This has the advantage that the current density in one area the active layer, which lies below the contact surface, is reduced. This is particularly advantageous when the first contact layer made of a non-transparent metal, because otherwise at least a portion of the radiation generated below the contact surface in the contact surface would be absorbed. The efficiency of the thin-film LED is advantageously increased in this way.

Die zweite Kontaktschicht ist vorzugsweise eine für die emittierte Strahlung reflektierende Schicht. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Dünnfilm-LED an einer der Hauptfläche gegenüberliegenden Fläche mit einer Verbindungsschicht, beispielweise einer Lotschicht, mit einem Träger verbunden ist. In diesem Fall wird die in Richtung des Trägers emittierte Strahlung von der reflektierenden Kontaktschicht zur Hauptfläche hin zurückreflektiert und auf diese Weise die Strahlungsabsorption im Träger und/oder der Verbindungsschicht vermindert.The second contact layer is preferably one for the emitted radiation reflective layer. This is especially advantageous when the thin-film LED on one of the main surfaces opposite area with a bonding layer, for example a solder layer, with a carrier connected is. In this case, the emitted in the direction of the carrier Radiation from the reflective contact layer to the main surface reflected back and in this way the radiation absorption in the carrier and / or the connecting layer reduced.

Besonders vorteilhaft ist die Erfindung für Dünnfilm-LEDs, die mit einer Stromstärke von 300 mA oder mehr betrieben werden, da bei derart hohen Betriebsstromstärken bei herkömmlichen Dünnfilm-LEDs eine inhomogene Stromverteilung, die ein Maximum in einem zentralen Bereich des Leuchtdiodenchips aufweisen würde, zu beobachten wäre.Especially the invention is advantageous for thin-film LEDs, the one with a current be operated by 300 mA or more, since at such high operating currents at usual Thin-film LEDs an inhomogeneous current distribution, the maximum in a central Range of the LED chip would have to be observed.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 7 näher erläutert.The invention will be described below with reference to embodiments in connection with 1 to 7 explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Dünnfilm-LED gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1A a schematic representation of a cross section through a thin-film LED according to a first embodiment of the invention,

1B eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf die Dünnfilm-LED gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1B a schematic representation of a plan view of the thin-film LED according to the first embodiment of the invention,

2A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Dünnfilm-LED gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 2A a schematic representation of a cross section through a thin-film LED according to a second embodiment of the invention,

2B eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf die Dünnfilm-LED gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 2 B a schematic representation of a plan view of the thin-film LED according to the second embodiment of the invention,

3A und 3B eine schematische Darstellung der elektronischen Bandstruktur einer n-dotierten Halbleiterschicht, in die eine n-dotierte Schicht mit größerer elektronischer Bandlücke aus einem zweiten Halbleitermaterial eingebettet ist, 3A and 3B a schematic representation of the electronic band structure of an n-doped semiconductor layer, in which an n-doped layer is embedded with a larger electronic band gap of a second semiconductor material,

4 eine schematische Darstellung des Verlaufs der Dotierstoffkonzentration der in 2 dargestellten Halbleiterschichten, 4 a schematic representation of the course of the dopant concentration of in 2 illustrated semiconductor layers,

5 eine schematische Darstellung des Bändermodells einer Halbleiterschicht, in die mehrere Halbleiterschichten aus einem zweiten Halbleitermaterial mit größerer elektronischer Bandlücke eingebettet sind, 5 a schematic representation of the band model of a semiconductor layer, in which a plurality of semiconductor layers are embedded from a second semiconductor material having a larger electronic band gap,

6 eine schematische Darstellung des Verlaufs der Valenzbandkante einer p-dotierten Halbleiterschicht, in die eine p-dotierte Halbleiterschicht aus einem zweiten Halbleitermaterial mit größerer elektronischer Bandlücke eingebettet ist, und 6 a schematic representation of the course of the valence band edge of a p-doped semiconductor layer, in which a p-doped semiconductor layer of a second semiconductor material is embedded with a larger electronic band gap, and

7A und 7B eine schematische Darstellung des Bändermodells einer p-dotierten Halbleiterschicht, in die eine n-dotierte Halbleiterschicht aus einem zweiten Halbleitermaterial mit größerer elektronischer Bandlücke eingebettet ist. 7A and 7B a schematic representation of the band model of a p-type semiconductor layer, in which an n-doped semiconductor layer of a second semiconductor material is embedded with a larger electronic band gap.

Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Same or equivalent elements are in the figures with the same Provided with reference numerals.

Die in der 1A entlang einem Querschnitt der Linie I-II der in der 1B gezeigten Aufsicht dargestellte Dünnfilm-LED gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält eine Epitaxieschichtenfolge 16, die eine aktive Schicht 7 umfasst. Die aktive Schicht 7 ist beispielsweise als Heterostruktur, Doppelheterostruktur oder als Quantentopfstruktur ausgebildet. Von der aktiven Schicht 7 wird elektromagnetische Strahlung 19, beispielsweise im ultravioletten, blauen oder grünen Spektralbereich, in eine Hauptstrahlungsrichtung 15 emittiert. Die aktive Schicht 7 ist beispielsweise zwischen mindestens einer p-dotierten Halbleiterschicht 6 und mindestens einer n-dotierten Halbleiterschicht 8 enthalten. Die von der aktiven Schicht 7 in die Hauptstrahlungsrichtung 15 emittierte elektromagnetische Strahlung 19 wird durch eine Hauptfläche 14 aus der Dünnfilm-LED ausgekoppelt.The in the 1A along a cross section of the line I-II in the 1B illustrated thin-film LED according to a first embodiment of the invention contains an epitaxial layer sequence 16 that is an active layer 7 includes. The active layer 7 is designed, for example, as a heterostructure, a double heterostructure or as a quantum well structure. From the active layer 7 becomes electromagnetic radiation 19 For example, in the ultraviolet, blue or green spectral region, in a main radiation direction 15 emitted. The active layer 7 is for example between at least one p-doped semiconductor layer 6 and at least one n-doped semiconductor layer 8th contain. The of the active layer 7 in the main radiation direction 15 emitted electromagnetic radiation 19 is through a main surface 14 decoupled from the thin-film LED.

Auf einer der Hauptfläche 14 gegenüberliegenden Seite ist die Epitaxieschichtenfolge 16 mittels einer Verbindungsschicht 3, beispielsweise einer Lotschicht, auf einem Träger 2 befestigt. Die Rückseite des Trägers ist beispielsweise mit einer Elektrode 1 versehen.On one of the main surface 14 opposite side is the epitaxial layer sequence 16 by means of a bonding layer 3 , For example, a solder layer, on a support 2 attached. The back of the carrier is, for example, with an electrode 1 Mistake.

Zur elektrischen Kontaktierung der Epitaxieschichtenfolge 16 der Dünnfilm-LED ist eine erste Kontaktschicht 11, 12, 13 auf der Hauptfläche 14 der Dünnfilm-LED vorgesehen. Zwischen der aktiven Schicht 7 und der ersten Kontaktschicht 11, 12, 13 ist eine Stromaufweitungsschicht 9 enthalten, die ein erstes Nitridverbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise GaN, enthält. In die Stromaufweitungsschicht 9 aus dem ersten Nitridverbindungshalbleitermaterial ist mindestens eine Schicht 10 aus einem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise aus AlGaN, eingebettet, d.h. die Stromaufweitungsschicht 9 ist eine mehrlagige Schicht, die zum Beispiel zwei GaN-Teilschichten 9a, 9b, die durch eine eingebettete AlGaN-Schicht 10 voneinander getrennt sind, umfasst. Die AlGaN-Schicht 10 weist vorzugsweise die Zusammensetzung Al_xGa_1-xN mit 0,1 ≤ x ≤ 0,2 auf.For electrical contacting of epitaxial layer sequence 16 the thin-film LED is a first contact layer 11 . 12 . 13 on the main surface 14 the thin-film LED provided. Between the active layer 7 and the first contact layer 11 . 12 . 13 is a current spreading layer 9 containing a first nitride compound semiconductor material, preferably GaN. In the current spreading layer 9 The first nitride compound semiconductor material is at least one layer 10 embedded in a second nitride compound semiconductor material, preferably AlGaN, ie, the current spreading layer 9 is a multi-layer, for example, two GaN sublayers 9a . 9b passing through an embedded AlGaN layer 10 are separated from each other. The AlGaN layer 10 preferably has the composition Al _x Ga _1-x N with 0.1 ≤ x ≤ 0.2.

Wie im folgenden noch näher erläutert wird, wird durch die in die Stromaufweitungsschicht 9 eingebettete Halbleiterschicht 10 die Querleitfähigkeit der Stromaufweitungsschicht 9 verbessert. Die in die Stromaufweitungsschicht 9 eingebettete Schicht 10 aus dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial weist bevorzugt eine Dicke von einschließlich 10 nm bis einschließlich 100 nm auf.As will be explained in more detail below, by the in the current spreading layer 9 embedded semiconductor layer 10 the transverse conductivity of the current spreading layer 9 improved. The into the current spreading layer 9 embedded layer 10 The second nitride compound semiconductor material preferably has a thickness of from 10 nm to 100 nm inclusive.

Der erste Kontaktschicht 11, 12, 13 umfasst bevorzugt eine Ti-Pt-Au-Schichtenfolge (nicht dargestellt), die ausgehend von der angrenzenden Stromaufweitungsschicht 10 zum Beispiel eine etwa 50 nm dicke Ti-Schicht, eine etwa 50 nm dicke Pt-Schicht und eine etwa 2 μm dicke Au-Schicht umfasst. Zur Vermeidung von Elektromigration enthält die erste Kontaktschicht 11, 12, 13 vorzugsweise kein Aluminium. Die laterale Struktur der auf der Hauptfläche 14 der Dünnfilm-LED angeordneten ersten Kontaktschicht 11, 12, 13 wird in der in 1B dargestellten Aufsicht verdeutlicht. Die erste Kontaktschicht umfasst eine Kontaktfläche 11, die in einem zentralen Bereich der Hauptfläche 14 angeordnet ist. Weiterhin umfasst die erste Kontaktschicht mehrere Kontaktstege 12, die von der Kontaktfläche 11 aus in radialer Richtung zum Rand der Dünnfilm-LED hin verlaufen. Diese Kontaktstege 12 sind zumindest teilweise durch weitere rahmenförmige Kontaktstege 13, welche die Kontaktfläche 11 einschließen, miteinander verbunden.The first contact layer 11 . 12 . 13 preferably comprises a Ti-Pt-Au layer sequence (not shown), starting from the adjacent current spreading layer 10, for example an approximately 50 nm thick Ti layer, an approximately 50 nm thick Pt layer and an approximately 2 μm thick Au layer includes. To avoid electromigration contains the first contact layer 11 . 12 . 13 preferably no aluminum. The lateral structure of the main surface 14 the thin-film LED arranged first contact layer 11 . 12 . 13 will be in the in 1B illustrated supervision illustrated. The first contact layer comprises a contact surface 11 located in a central area of the main area 14 is arranged. Furthermore, the first contact layer comprises a plurality of contact webs 12 that from the contact surface 11 out in the radial direction to the edge of the thin-film LED out. These contact bridges 12 are at least partially by further frame-shaped contact webs 13 which the contact surface 11 include, interconnected.

Die rahmenförmigen Kontaktstege 13 können wie dargestellt als ineinander geschachtelte Quadrate oder Rechtecke ausgeführt sein. Alternativ wären beispielsweise auch kreisförmige Rahmen oder Rahmen in Form regelmäßiger Vielecke möglich, wobei bevorzugt die rahmenförmigen Kontaktstege 13 konzentrisch angeordnet sind, das heißt einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen, in dem bevorzugt die Kontaktfläche 11 angeordnet ist. Die Anzahl der rahmenförmigen Kontaktstege beträgt bevorzugt 1, 2 oder 3. Die erste Kontaktschicht, die die Kontaktfläche 11 und die Kontaktstege 12, 13 umfasst, ist bevorzugt aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet.The frame-shaped contact webs 13 may be implemented as nested squares or rectangles as shown. Alternatively, for example, circular frame or frame in the form of regular polygons would be possible, preferably the frame-shaped contact webs 13 are arranged concentrically, that is, have a common center, in which preferably the contact surface 11 is arranged. The number of frame-shaped contact webs is preferably 1, 2 or 3. The first contact layer, the contact surface 11 and the contact bridges 12 . 13 comprises, is preferably formed of a metal, in particular of aluminum.

An die dem Träger 2 zugewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge 16 der Dünnfilm-LED grenzt eine zweite Kontaktschicht 5, die bevorzugt einen ohmschen Kontakt zur angrenzenden Halbleiterschicht 6 herstellt, an. Die zweite Kontaktschicht 5 enthält vorzugsweise ein Metall wie zum Beispiel Aluminium, Silber oder Gold. Im Fall einer p-dotierten an die zweite Kontaktschicht 5 angrenzenden Halbleiterschicht 6 ist insbesondere Silber ein geeignetes Material für die zweite Kontaktschicht 5, da Silber einen guten ohmschen Kontakt zu p-dotierten Nitridverbindungshalbleitern herstellt.To the wearer 2 facing side of the semiconductor layer sequence 16 the thin-film LED defines a second contact layer 5 , which prefers an ohmic contact to the adjacent semiconductor layer 6 manufactures. The second contact layer 5 preferably contains a metal such as aluminum, silver or gold. In the case of a p-doped to the second contact layer 5 adjacent semiconductor layer 6 For example, silver is a suitable material for the second contact layer 5 because silver makes good ohmic contact with p-doped nitride compound semiconductors.

Vorzugsweise ist die zweite Kontaktschicht 5 eine die emittierte Strahlung reflektierende Schicht. Dies hat den Vorteil, dass elektromagnetische Strahlung, die von der aktiven Schicht 7 in Richtung des Trägers 2 emittiert wird, zumindest zum Teil zur Hauptfläche 14 hin reflektiert und dort aus der Dünnfilm-LED ausgekoppelt wird. Auf diese Weise werden Absorptionsverluste, die beispielsweise innerhalb des Trägers 2 oder in der Verbindungsschicht 3 auftreten könnten, vermindert.Preferably, the second contact layer 5 a layer reflecting the emitted radiation. This has the advantage of having electromagnetic radiation coming from the active layer 7 in the direction of the carrier 2 is emitted, at least in part to the main surface 14 reflected and there is coupled out of the thin-film LED. In this way, absorption losses, for example, within the carrier 2 or in the tie layer 3 could occur, diminished.

In einem der Kontaktfläche 11 der ersten Kontaktschicht gegenüber liegenden Bereich weist die zweite Kontaktschicht 5 bevorzugt eine Ausnehmung 18 auf. Die Größe und die Form der Ausnehmung 18 stimmen bevorzugt im wesentlichen mit der Größe und der Form der Kontaktfläche 11 überein. Da im Bereich der Ausnehmung 18 kein ohmscher Kontakt zwischen der zweiten Kontaktschicht 5 und der angrenzenden Halbleiterschicht 6 entsteht, wird der Stromfluss zwischen der ersten Kontaktschicht 11, 12, 13 auf der Hauptfläche 14 und der Elektrode 1 auf der Rückseite des Trägers 2 durch den Bereich der Ausnehmung 18 vermindert. Auf diese Weise wird der Stromfluss durch einen Bereich der aktiven Schicht 7, der zwischen der ersten Kontaktfläche 11 und der Ausnehmung 18 in der zweiten Kontaktschicht 5 angeordnet ist, vorteilhaft reduziert. Die Strahlungserzeugung in diesem Bereich der aktiven Schicht 7 ist somit vermindert, wodurch vorteilhaft die Absorption von Strahlung innerhalb der nicht-transparenten Kontaktfläche 11 zumindest teilweise reduziert wird.In one of the contact area 11 The first contact layer opposite region has the second contact layer 5 preferably a recess 18 on. The size and shape of the recess 18 are preferably substantially the size and shape of the contact surface 11 match. Because in the area of the recess 18 no ohmic contact between the second contact layer 5 and the adjacent semiconductor layer 6 arises, the current flow between the first contact layer 11 . 12 . 13 on the main surface 14 and the electrode 1 on the back of the carrier 2 through the area of the recess 18 reduced. In this way, the flow of current through a region of the active layer 7 that is between the first contact surface 11 and the recess 18 in the second contact layer 5 is arranged, advantageously reduced. Radiation generation in this area of the active layer 7 is thus reduced, which advantageously the absorption of radiation within the non-transparent contact surface 11 at least partially redu is graced.

Zwischen der zweiten Kontaktschicht 5 und der Verbindungsschicht 3 ist vorzugsweise eine Barriereschicht 4 enthalten. Die Barriereschicht 4 enthält beispielsweise TiWN. Durch die Barriereschicht 4 wird insbesondere eine Diffusion von Material der Verbindungsschicht 3, die beispielsweise eine Lotschicht ist, in die zweite Kontaktschicht verhindert, durch die insbesondere die Reflektion der als Spiegelschicht fungierenden zweiten Kontaktschicht 5 beeinträchtigt werden könnte.Between the second contact layer 5 and the tie layer 3 is preferably a barrier layer 4 contain. The barrier layer 4 contains, for example, TiWN. Through the barrier layer 4 In particular, a diffusion of material of the bonding layer 3 , which is for example a solder layer, in the second contact layer prevented by the particular reflection of the acting as a mirror layer second contact layer 5 could be affected.

Das in der 2A in einem Querschnitt und in der 2B in einer Aufsicht schematisch dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer Dünnfilm-LED gemäß der Erfindung unterscheidet sich von dem in der 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zum einen dadurch, dass anstelle einer einzigen Schicht drei Schichten 10a, 10b, 10c aus dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial in die Stromaufweitungsschicht 9 eingebettet sind, d.h. die Stromaufweitungsschicht 9 ist eine mehrlagige Schicht, die zum Beispiel vier GaN-Teilschichten 9a, 9b, 9c, 9d die durch drei eingebettete AlGaN-Schichten 10a, 10b, 10c voneinander getrennt sind, umfasst. Alternativ könnten auch noch weitere Schichten aus dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial in die Stromaufweitungsschicht 9 aus dem ersten Nitridverbindungshalbleitermaterial eingebettet sein.That in the 2A in a cross section and in the 2 B in a plan view schematically illustrated second embodiment of a thin-film LED according to the invention differs from that in the 1 illustrated first embodiment of the invention on the one hand by the fact that instead of a single layer three layers 10a . 10b . 10c from the second nitride compound semiconductor material into the current spreading layer 9 are embedded, ie the current spreading layer 9 is a multilayered layer containing, for example, four GaN sublayers 9a . 9b . 9c . 9d through three embedded AlGaN layers 10a . 10b . 10c are separated from each other. Alternatively, further layers of the second nitride compound semiconductor material could also be introduced into the current spreading layer 9 be embedded from the first nitride compound semiconductor material.

Eine bevorzugte Anzahl der eingebetteten Schichten beträgt zwischen 1 und 5. Die mehreren Schichten 10a, 10b, 10c weisen jeweils eine Dicke von 10 nm bis 100 nm auf und müssen nicht notwendigerweise periodisch angeordnet sein. Beispielsweise sind die Schichten 10a, 10b, 10c unterschiedlich dick und/oder weisen unterschiedliche gegenseitige Abstände auf.A preferred number of embedded layers is between 1 and 5. The multiple layers 10a . 10b . 10c Each has a thickness of 10 nm to 100 nm and need not necessarily be arranged periodically. For example, the layers 10a . 10b . 10c different thickness and / or have different mutual distances.

Durch die mehreren eingebetteten Schichten 10a, 10b, 10c aus dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial wird die Querleitfähigkeit der Stromaufweitungsschicht 9 im Vergleich zu der in 1 dargestellten Ausführungsform mit einer einzelnen eingebetteten Schicht vorteilhaft weiter erhöht. Beispielsweise werden durch drei in die Stromaufweitungsschicht 9 eingebettete Schichten 10a, 10b, 10c sechs Grenzflächen zwischen dem ersten Nitridverbindungshalbleitermaterial und dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial mit der größeren elektronischen Bandlücke erzeugt. An jeder dieser Grenzflächen bildet sich jeweils ein Potentialtopf für Elektronen aus, innerhalb dessen die Elektronen eine besonders hohe Beweglichkeit aufweisen.Through the several embedded layers 10a . 10b . 10c the second conductivity nitride compound becomes the lateral conductivity of the current spreading layer 9 compared to the in 1 illustrated embodiment with a single embedded layer advantageously further increased. For example, by three in the current spreading layer 9 embedded layers 10a . 10b . 10c produces six interfaces between the first nitride compound semiconductor material and the second nitride compound semiconductor material having the larger electronic bandgap. At each of these interfaces in each case forms a potential well for electrons, within which the electrons have a particularly high mobility.

Ein Vorteil der Erhöhung der Querleitfähigkeit der Stromaufweitungsschicht besteht darin, dass durch das Einbetten der Schichten 10a, 10b, 10c aus dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial in die Stromaufweitungsschicht 9 die Querleitfähigkeit der Stromaufweitungsschicht 9 derart erhöht wird, dass die Anzahl der Kontaktstege, der Abstand der Kontaktstege untereinander und die von den Kontaktstegen 12, 13 und der Kontaktfläche 11 bedeckte Chipfläche vermindert werden können, ohne dass dadurch die Stromaufweitung innerhalb der Dünnfilm-LED wesentlich beeinträchtigt wird.An advantage of increasing the transverse conductivity of the current spreading layer is that by embedding the layers 10a . 10b . 10c from the second nitride compound semiconductor material into the current spreading layer 9 the transverse conductivity of the current spreading layer 9 is increased such that the number of contact webs, the distance between the contact webs with each other and from the contact webs 12 . 13 and the contact surface 11 Covered chip area can be reduced without thereby the flow expansion within the thin-film LED is significantly impaired.

Wie in der 2B dargestellten Aufsicht zu erkennen ist, unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung von dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung weiterhin dadurch, dass die erste Kontaktschicht auf der Hauptfläche 14 anstelle von drei rahmenförmigen Kontaktstegen 13 nur zwei rahmenförmige Kontaktstege 13 umfasst. Durch die Erhöhung der Querleitfähigkeit der Stromaufweitungsschicht 9 kann also die Struktur der ersten Kontaktschicht 11, 12, 13 vereinfacht werden, wodurch der Herstellungsaufwand verringert und die Absorption von Strahlung innerhalb der Kontaktschicht 11, 12, 13 vermindert wird.Like in the 2 B illustrated plan view, the second embodiment of the invention differs from the first embodiment of the invention further characterized in that the first contact layer on the main surface 14 instead of three frame-shaped contact webs 13 only two frame-shaped contact webs 13 includes. By increasing the transverse conductivity of the current spreading layer 9 So can the structure of the first contact layer 11 . 12 . 13 be simplified, thereby reducing the production cost and the absorption of radiation within the contact layer 11 . 12 . 13 is reduced.

Die Erhöhung der Querleitfähigkeit durch Ausbildung eines zweidimensionalen Elektronen- oder Löchergases wird im folgenden anhand der 3 bis 7 näher erläutert. In 3A ist die elektronische Bandstruktur im Bändermodell einer Halbleiterschicht aus einem Nitridverbindungshalbleitermaterial, beispielsweise n-dotiertes GaN, in die eine Halbleiterschicht aus einem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial mit einer größeren elektronischen Bandlücke, beispielsweise n-dotiertes AlGaN, eingebettet ist, schematisch dargestellt. 3A zeigt schematisch den Verlauf des Leitungsbands 20, des Valenzbands 21 sowie das Fermi-Niveau 22 von GaN und das Fermi-Niveau 23 von AlGaN, wobei die Wechselwirkung zwischen den Halbleitermaterialien nicht berücksichtigt wurde. Aufgrund der größeren elektronischen Bandlücke von AlGaN im Vergleich zu GaN ist der Abstand zwischen dem Leitungsband 20 und dem Valenzband 21 in der in die GaN-Schicht eingebetteten AlGaN-Schicht größer als in der angrenzenden GaN-Schicht.The increase in the transverse conductivity by forming a two-dimensional electron or hole gas will be described below with reference to 3 to 7 explained in more detail. In 3A is the electronic band structure in the band model of a semiconductor layer of a nitride compound semiconductor material, for example, n-doped GaN, in which a semiconductor layer of a second nitride compound semiconductor material with a larger electronic band gap, for example, n-doped AlGaN embedded embedded schematically. 3A schematically shows the course of the conduction band 20 , the Valence Band 21 as well as the Fermi level 22 of GaN and the Fermi level 23 AlGaN, ignoring the interaction between the semiconductor materials. Due to the larger electronic band gap of AlGaN compared to GaN, the distance between the conduction band is 20 and the valence band 21 in the AlGaN layer embedded in the GaN layer larger than in the adjacent GaN layer.

3B zeigt den Verlauf der Leitungsbandkante 21 unter Berücksichtigung der Wechselwirkung der beiden Halbleitermaterialien. Da sich die Fermi-Niveaus 22, 23 aneinander angleichen, tritt in den an die AlGaN-Schicht angrenzenden Bereichen der GaN-Schicht eine derartige Bandverbiegung auf, dass sich in diesen Bereichen jeweils ein Potentialtopf 25 für Elektronen ausbildet, in dem die Elektronen eine derart hohe Beweglichkeit aufweisen, dass sich in diesem Bereich ein zweidimensionales Elektronengas ausbildet. 3B shows the course of the conduction band edge 21 taking into account the interaction of the two semiconductor materials. Because the Fermi levels 22 . 23 In the regions of the GaN layer adjacent to the AlGaN layer, band bending occurs in such a way that in each case one potential well is formed in these regions 25 is formed for electrons in which the electrons have such a high mobility that forms a two-dimensional electron gas in this area.

In 4 ist der Verlauf der Dotierstoffkonzentration δ in Abhängigkeit einer Ortskoordinate z, die senkrecht zu der Stromaufweitungsschicht, also parallel zur Hauptstrahlrichtung, verläuft, für eine bevorzugte Ausführungsform der Stromaufweitungsschicht schematisch dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine AlGaN-Schicht in eine Stromaufweitungsschicht aus GaN eingebettet, wobei sowohl die GaN-Schicht als auch die AlGaN-Schicht jeweils n-dotiert sind. Die AlGaN-Schicht weist in den an die GaN-Schicht angrenzenden Bereichen 24 eine höhere Dotierstoffkonzentration als in ihrem Inneren auf (sogenannte Dotierspikes). Die Anzahl der freien Elektronen, die in den in der 3B dargestellten Potentialtöpfen 25 eine hohe Beweglichkeit aufweisen, wird dadurch weiter erhöht und somit die Querleitfähigkeit weiter verbessert.In 4 is the course of the dopant concentration δ as a function of a location coordinate z, which is perpendicular to the current spreading layer, ie parallel to the main beam direction, schematically illustrated for a preferred embodiment of the current spreading layer. In this embodiment, an AlGaN layer is buried in a current spreading layer of GaN, with both the GaN layer and the AlGaN layer each being n-doped. The AlGaN layer faces in the regions adjacent to the GaN layer 24 a higher dopant concentration than in its interior (so-called Dotierspikes). The number of free electrons in the in the 3B illustrated potential wells 25 have a high mobility, thereby further increased, thus further improving the transverse conductivity.

Anstatt nur eine einzige Schicht aus einem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial in eine Stromaufweitungsschicht aus einem ersten Nitridverbindungshalbleitermaterial einzubetten, wie es in der 3 anhand des Bändermodells verdeutlich wurde, können auch mehrere Schichten aus dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial, wie beispielsweise zuvor anhand des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. erläutert wurde, eingefügt werden. Die 5 verdeutlicht für diesen Fall den Verlauf des Leitungsbands 20 und des Valenzbands 21 ohne Berücksichtigung der Wechselwirkung zwischen den Halbleitermaterialien, beispielsweise GaN und AlGaN. An jeder der Grenzflächen zwischen den Halbleitermaterialien tritt unter Berücksichtigung der Wechselwirkung jeweils die im Zusammenhang mit der 3B erläuterte Bandverbiegung und die entsprechende Ausbildung von Potentialtöpfen (nicht dargestellt) auf.Instead of embedding only a single layer of a second nitride compound semiconductor material in a current spreading layer of a first nitride compound semiconductor material, as shown in FIG 3 With reference to the band model, it is also possible to use a plurality of layers of the second nitride compound semiconductor material, such as, for example, previously with reference to the second exemplary embodiment of the invention. has been explained. The 5 clarifies the course of the conduction band for this case 20 and the valence band 21 without consideration of the interaction between the semiconductor materials, for example GaN and AlGaN. At each of the interfaces between the semiconductor materials, taking into account the interaction occurs in each case in connection with the 3B explained band bending and the corresponding formation of potential wells (not shown).

Die Stromaufweitungsschicht und die darin eingebettete Halbleiterschicht aus dem zweiten Nitridverbindungshalbleitermaterial müssen nicht notwendigerweise jeweils n-dotiert sein. Alternativ können beide zum Beispiel auch p-dotiert sein. 6 zeigt schematisch den Verlauf der Valenzbandkante 21 für den Fall einer p-dotierten AlGaN-Schicht, die in eine p-dotierte GaN-Schicht eingebettet ist. In diesem Fall tritt an den Grenzflächen jeweils eine Bandverbiegung auf, die jeweils Potentialtöpfe 26 für Löcher darstellen. Auf diese Weise kann in den Grenzflächenbereichen jeweils ein zweidimensionales Löchergas erzeugt werden.The current spreading layer and the semiconductor layer of the second nitride compound semiconductor material embedded therein need not necessarily be n-doped, respectively. Alternatively, for example, both may also be p-doped. 6 schematically shows the course of the valence band edge 21 in the case of a p-doped AlGaN layer embedded in a p-doped GaN layer. In this case occurs at the interfaces in each case a band bending, each potential wells 26 represent for holes. In this way, in each case a two-dimensional hole gas can be generated in the interface areas.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Erzeugung eines zweidimensionalen Elektronengases innerhalb einer p-dotierten Stromaufweitungsschicht, beispielsweise p-GaN, eine n-dotierte Schicht, beispielsweise n-AlGaN, die eine größeren elektronischen Bandlücke als die p-dotierte Schicht aufweist, in die Stromaufweitungsschicht eingebettet. Das ungestörte Bändermodell dieser Ausführungsform ist schematisch in der 7A und das Bändermodell unter Berücksichtigung der Wechselwirkung der Halbleiterschichten in der 7B dargestellt. In Analogie zu dem in der 3B dargestellten Beispiel, bei dem sowohl die GaN-Schicht als auch die eingebettete AlGaN-Schicht jeweils n-dotiert sind, bildet sich auch in diesem Fall an der Grenzfläche zwischen dem p-dotierten GaN und dem n-dotierten AlGaN aufgrund der Bandverbiegung an den Halbleiter-Halbleiter-Grenzflächen jeweils ein Potentialtopf 25 für Elektronen aus, indem sich ein zweidimensionales Elektronengas mit erhöhter Querleitfähigkeit ausbildet.In a further preferred embodiment of the invention, to produce a two-dimensional electron gas within a p-doped current spreading layer, for example p-GaN, an n-doped layer, for example n-AlGaN, which has a larger electronic band gap than the p-doped layer embedded the current spreading layer. The undisturbed band model of this embodiment is shown schematically in FIG 7A and the band model taking into account the interaction of the semiconductor layers in the 7B shown. In analogy to that in the 3B In this example, in which both the GaN layer and the embedded AlGaN layer are n-doped, the interface between the p-doped GaN and the n-doped AlGaN also forms on the semiconductor due to the band bending Semiconductor interfaces one potential well each 25 for electrons, by forming a two-dimensional electron gas with increased transverse conductivity.

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.The The invention is not by the description based on the embodiments limited. Much more For example, the invention includes every novel feature as well as every combination of features, in particular any combination of features in the claims includes, even if this feature or this combination itself not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments is.

Claims

Thin-film LED with an active layer ( 7 ), the electromagnetic radiation ( 19 ) in a main radiation direction ( 15 ), one of the active layers ( 7 ) in the main radiation direction ( 15 ) subsequent current spreading layer ( 9 ) of a first nitride compound semiconductor material, a main surface ( 14 ) through which the in the main radiation direction ( 15 ) emitted radiation ( 19 ) and a first contact layer ( 11 . 12 . 13 ), which are located on the main surface ( 14 ), characterized in that the transverse conductivity of the current spreading layer ( 9 ) is increased by forming a two-dimensional electron or hole gas.

Thin-film LED according to claim 1, characterized in that for forming a two-dimensional electron or hole gas in the current spreading layer ( 9 ) at least one layer ( 10 ) of a second nitride compound semiconductor material having a larger electronic band gap than the first nitride compound semiconductor material into the current spreading layer (US Pat. 9 ) is embedded.

Thin-film LED according to claim 2, characterized in that several layers ( 10a . 10b . 10c ) from the second nitride compound semiconductor material into the current spreading layer ( 9 ) are embedded.

Thin-film LED according to claim 2 or 3, characterized in that the number of layers ( 10a . 10b . 10c ) of the second nitride compound semiconductor material is between 1 and 5 inclusive.

Thin-film LED according to one of claims 2 to 4, characterized in that the at least one layer ( 10 ) of the second nitride compound semiconductor material has a thickness of 10 nm to 100 nm.

Thin-film LED according to one of the claims 2 to 5, characterized in that the first nitride compound semiconductor material GaN is.

Thin-film LED according to one of claims 2 to 6, characterized in that the second nitride compound semiconductor material Al _x Ga _1-x N is 0.1 ≤ x ≤ 0.2.

Thin-film LED according to one of claims 2 to 7, characterized in that the at least one layer ( 10 ) has a dopant from the second nitride compound semiconductor material; wherein the dopant concentration in the to the current spreading layer ( 9 ) adjacent areas is higher than in a central area of the layer ( 10 ).

Thin-film LED according to one of the claims 2 to 8, characterized in that the first and the second Nitridverbindungshalbleitermaterial each n-doped are.

Thin-film LED according to one of the claims 2 to 9, characterized in that the first nitride compound semiconductor material p-doped and the second nitride compound semiconductor material n-doped.

Thin-film LED according to one of the preceding claims, characterized in that the active layer ( 7 In _x Al _y Ga _1-xy N with 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 and x + y ≤ 1.

Thin-film LED according to one of the preceding claims, characterized in that at least one edge length of the main surface ( 14 ) Is 400 μm or more.

Thin-film LED according to claim 12, characterized in that at least one edge length of the main surface ( 14 ) Is 800 μm or more.

Thin-film LED according to one of the preceding claims, characterized that operation of the thin-film LED with a current strength of 300 mA or more is provided.

Thin-film LED according to one of the preceding claims, characterized in that the first contact layer ( 11 . 12 . 13 ) does not comprise aluminum.

Thin-film LED according to one of the preceding claims, characterized in that less than 15% of the total area of the main surface ( 14 ) from the first contact layer ( 11 . 12 . 13 ) are covered.

Thin-film LED according to one of the preceding claims, characterized in that the first contact layer ( 11 . 12 . 13 ) has a lateral structure which has a contact surface ( 11 ) and several contact bridges ( 12 . 13 ).

Thin-film LED according to claim 17, characterized in that the contact surface ( 11 ) of at least one frame-shaped contact web ( 13 ), wherein the frame-shaped contact web ( 13 ) by at least one further contact bridge ( 12 ) is connected to the contact surface.

Thin-film LED according to claim 18, characterized in that the frame-shaped contact web ( 13 ) has a square, rectangular or circular shape.

Thin-film LED according to claim 18 or 19, characterized in that the number of frame-shaped contact webs ( 13 ) is one, two or three.

Thin-film LED according to one of the preceding claims, characterized in that on one of the first contact layer ( 11 . 12 . 13 ) opposite side of the active layer ( 7 ) a second contact layer reflecting the emitted radiation ( 5 ), wherein the first contact layer ( 11 . 12 . 13 ) a contact surface ( 11 ) and the second contact layer ( 5 ) in one of the contact surfaces ( 11 ) opposite area a recess ( 18 ) having.