DE102016111923B4

DE102016111923B4 - Lichtemissionsvorrichtungen

Info

Publication number: DE102016111923B4
Application number: DE102016111923.7A
Authority: DE
Inventors: Shao-Ping Lu; Yi-Ming Chen; Yu-Ren Peng; Chun-Yu Lin; Chun-Fu TSAI; Tzu-Chieh Hsu
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2025-07-24
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: JP2017028287A; US9825088B2; US20180012929A1; KR20170012146A; US20170025567A1; TW201705520A; TWI736544B; CN112234126A; CN112234126B; JP6925107B2; CN106374018A; CN106374018B; DE102016111923A1

Abstract

Lichtemissionsvorrichtung (1), die umfasst:einen Träger (20);eine auf dem Träger (20) ausgebildete erste Halbleiterstruktur (11a) mit einer ersten aktiven Schicht (112);eine zweite Halbleiterstruktur (15a) mit einer zweiten aktiven Schicht (152), die zwischen dem Träger (20) und der ersten Halbleiterstruktur (11a) ausgebildet ist;einen Tunnelübergang (14), der zwischen der ersten Halbleiterstruktur (11a) und der zweiten Halbleiterstruktur (15a) ausgebildet ist;eine untere Elektrode (22), die auf einer Rückseite des Trägers (20) angeordnet ist und mit der ersten Halbleiterstruktur (11a) und der zweiten Halbleiterstruktur (15a) elektrisch verbunden ist; undeine dritte obere Elektrode (16) auf einer oberen Oberfläche (15s) der zweiten Halbleiterstruktur (15a);wobei die erste aktive Schicht (112) dazu konfiguriert ist, ein erstes Licht mit einer ersten dominanten Wellenlänge während eines normalen Betriebs zu emittieren,wobei ein Diodencharakter der zweiten Halbleiterstruktur (15a) in Folge einer Vorspannung in Sperrrichtung an der dritten oberen Elektrode (16) und der unteren Elektrode (22) dauerhaft durchbrochen ist, sodass die zweite aktive Schicht (152) während des normalen Betriebs kein Licht emittiert.

Description

Technisches Gebiet
Die Offenbarung bezieht sich auf Lichtemissionsvorrichtungen.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine Leuchtdiode (LED) wird in großem Umfang als Halbleiter-Beleuchtungsquelle verwendet. Die Leuchtdiode (LED) umfasst im Allgemeinen eine Halbleiterschicht vom p-Typ, eine Halbleiterschicht vom n-Typ und eine aktive Schicht zwischen der Halbleiterschicht vom p-Typ und der Halbleiterschicht vom n-Typ zum Emittieren von Licht. Das Prinzip einer LED besteht darin, durch Anlegen eines elektrischen Stroms an die LED und Injizieren von Elektronen und Löchern in die aktive Schicht elektrische Energie in optische Energie zu transformieren. Die Kombination von Elektronen und Löchern in der aktiven Schicht emittiert folglich Licht.
Weitere relevante Lichtemissionsvorrichtungen sind in HAN, J. [et al.]: Advances in AIGaInN Blue and Ultraviolet Light Emitters, veröffentlicht im IEEE Journal on Selected Topic in Quantum Electronics, Vol. 8, 2002, Vol. 8, 2002, No. 2, S. 289-297, der US 5 999 553 A , der JP H10- 256 597 A und der US 2012 / 0 025 237 A1 beschrieben.
Im Vergleich zum Stand der Technik löst die vorliegende Erfindung die Aufgabe, Lichtemissionsvorrichtungen bereitzustellen, in denen mit günstigeren Herstellungsverfahren elektrisch segmentierte Multiwellenlängen oberhalb von anderen Wellenlängen emittiert werden können.
Zusammenfassung der Offenbarung
Diese Aufgabe wird durch Lichtemissionsvorrichtungen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorzugweise Ausführungsformen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1A-1D zeigen einen Prozessablauf eines Herstellungsverfahrens einer Lichtemissionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
3 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

Ausführliche Beschreibung der vorliegenden Offenbarung
1A-1D zeigen einen Prozessablauf eines Verfahrens zur Herstellung einer Lichtemissionsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1A gezeigt, umfasst das Verfahren zur Herstellung der Lichtemissionsvorrichtung 1 einen Schritt zum epitaxialen Züchten eines ersten Halbleiterstapels 11 auf einem Wachstumssubstrat 10 durch ein Epitaxieverfahren wie z. B. ein Verfahren der metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (MOCVD), ein Molekularstrahlepitaxieverfahren (MBE-Verfahren) oder ein Hydridgasphasenepitaxieverfahren (HVPE-Verfahren). Das Wachstumssubstrat 10 umfasst ein Einkristallmaterial mit einer Einkristallebene, auf der der erste Halbleiterstapel 11 epitaxial gezüchtet werden kann, wobei die Einkristallebene eine Saphir-C-Ebene, eine Saphir-R-Ebene oder Saphir-A-Ebene umfasst. In einem anderen Beispiel umfasst das Wachstumssubstrat 10 Metalloxid oder ein Halbleitermaterial wie z. B. Siliziumcarbid (SiC), Silizium, ZnO, GaAs oder GaN. Der erste Halbleiterstapel 11 umfasst eine erste Halbleiterschicht 111 mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht 113 mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der vom ersten Leitfähigkeitstyp verschieden ist, und eine erste aktive Schicht 112, die zwischen der ersten Halbleiterschicht 111 und der zweiten Halbleiterschicht 113 ausgebildet ist. Die erste aktive Schicht 112 umfasst eine einzelne Heterostruktur (SH), eine doppelte Heterostruktur (DH) oder eine Mehrquantentopfstruktur (MQW-Struktur). In einer Ausführungsform ist die erste Halbleiterschicht 111 eine Halbleiterschicht vom n-Typ zum Bereitstellen von Elektronen, die zweite Halbleiterschicht 113 ist eine Halbleiterschicht vom p-Typ zum Bereitstellen von Löchern. Löcher und Elektronen kombinieren sich in der ersten aktiven Schicht 112 unter Emission von Licht unter einem Ansteuerstrom. Alternativ kann die erste Halbleiterschicht 111 eine Halbleiterschicht vom p-Typ sein und die zweite Halbleiterschicht 113 kann eine Halbleiterschicht vom n-Typ sein. Das Material der ersten aktiven Schicht 112 umfasst In_xGa_yAl_1-x-y)N zum Emittieren von Licht mit einer dominanten Wellenlänge im ultravioletten bis grünen Spektralbereich, In_xGa_yAl_(1-x-y)P zum Emittieren von Licht mit einer dominanten Wellenlänge im gelben bis roten Spektralbereich oder In_xGa_yAl_(1-x-y)As zum Emittieren von Licht mit einer dominanten Wellenlänge im Infrarotspektralbereich.
Als nächstes umfasst das Verfahren einen Schritt zum epitaxialen Züchten einer Reflexionsschicht 13 auf dem ersten Halbleiterstapel 11. Die Reflexionsschicht 13 umfasst eine DBR-Struktur und ein Halbleitermaterial der Gruppe III-V. Die Reflexionsschicht 13 umfasst einen Leitfähigkeitstyp, der derselbe wie jener der zweiten Halbleiterschicht 113 des ersten Halbleiterstapels 11 ist. Als nächstes wird ein Tunnelübergang 14 mit einem Halbleitermaterial der Gruppe III-V epitaxial auf dem ersten Halbleiterstapel 11 gezüchtet. Der Tunnelübergang 14 umfasst einen p-n-Übergang, der durch eine erste stark dotierte Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise eine leitfähige Halbleiterschicht vom n-Typ, und eine zweite stark dotierte Schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise eine Halbleiterschicht vom p-Typ, gebildet ist. Die stark dotierte leitfähige Halbleiterschicht vom n-Typ und die stark dotierte Schicht vom p-Typ weisen eine Dotierungskonzentration auf, die mindestens eine Größenordnung höher ist als jene der Halbleiterschichten des ersten Halbleiterstapels 11. Diese stark dotierten Schichten des Tunnelübergangs 14 sind vorzugsweise mit einer Dotierungskonzentration größer als 10¹⁸/cm³ dotiert, was folglich einen niedrigen elektrischen Übergangswiderstand während des Betriebs schafft. Der Tunnelübergang 14 mit niedrigem Widerstand ist so vorgesehen, dass er ein elektrischer Übergang zwischen der ersten Halbleiterstruktur 11a und einer anderen Halbleiterstruktur ist, die darauf im folgenden Prozess abgeschieden wird. Eine Seite des Tunnelübergangs 14, die zur zweiten Halbleiterschicht 113 oder zur Reflexionsschicht 13 benachbart ist, umfasst einen Leitfähigkeitstyp, der derselbe wie jener der zweiten Halbleiterschicht 113 oder der Reflexionsschicht 13 ist. Eine entgegengesetzte Seite des Tunnelübergangs 14, die von der zweiten Halbleiterschicht 113 oder Reflexionsschicht 13 entfernt ist, umfasst einen Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zu jenem der zweiten Halbleiterschicht 113 oder der Reflexionsschicht 13.
Dann wird eine Ätzstoppschicht 23 epitaxial auf dem ersten Halbleiterstapel 11 gezüchtet. Als nächstes wird ein zweiter Halbleiterstapel 15 epitaxial auf der Ätzstoppschicht 23 durch ein Epitaxieverfahren wie z. B. ein Verfahren der metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (MOXVD), Molekularstrahlepitaxieverfahren (MBE-Verfahren) oder Hydridgasphasenepitaxieverfahren (HVPE-Verfahren) gezüchtet. Der zweite Halbleiterstapel 15 umfasst eine dritte Halbleiterschicht 151 mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine vierte Halbleiterschicht 153 mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der vom ersten Leitfähigkeitstyp verschieden ist, und eine zweite aktive Schicht 152, die zwischen der dritten Halbleiterschicht 151 und der vierten Halbleiterschicht 153 ausgebildet ist. Die zweite aktive Schicht 152 umfasst eine einzelne Heterostruktur (SH), eine doppelte Heterostruktur (DH) oder eine Mehrquantentopfstruktur (MQW-Struktur). In einer Ausführungsform ist die dritte Halbleiterschicht 151 eine Halbleiterschicht vom n-Typ zum Bereitstellen von Elektronen, die vierte Halbleiterschicht 153 ist eine Halbleiterschicht vom p-Typ zum Bereitstellen von Löchern. Löcher und Elektronen kombinieren sich in der zweiten aktiven Schicht 152 unter Emission von Licht unter einem Ansteuerstrom. Alternativ kann die dritte Halbleiterschicht 151 eine Halbleiterschicht vom p-Typ sein und die vierte Halbleiterschicht 153 kann eine Halbleiterschicht vom n-Typ sein. Das Material der zweiten aktiven Schicht 152 umfasst In_xGa_yAl_(1-x-y)N zum Emittieren von Licht mit einer dominanten Wellenlänge im ultravioletten bis grünen Spektralbereich, In_xGa_yAl_(1-x-y)P zum Emittieren von Licht mit einer dominanten Wellenlänge im gelben bis roten Spektralbereich oder In_xGa_yAl_(1-x-y)As zum Emittieren von Licht mit einer dominanten Wellenlänge im Infrarotspektralbereich.
Der erste Halbleiterstapel 11, die Reflexionsschicht 13, der Tunnelübergang 14, die Ätzstoppschicht 23 und der zweite Halbleiterstapel 15 werden auf dem gezüchteten Substrat kontinuierlich in einer Epitaxiekammer abgeschieden, um zu verhindern, dass sie verunreinigt werden, und eine hohe Qualität der so gestapelten Halbleiterschichten sicherzustellen.
Wie in 1B gezeigt, umfasst das Verfahren zur Herstellung der Lichtemissionsvorrichtung 1 ferner einen Bondschritt einer umgekehrten Montage der mehrlagigen Struktur, die durch die obigen Schritte ausgebildet wird, an einem Träger 20 durch Bonden der vierten Halbleiterschicht 153 des zweiten Halbleiterstapels 15 an den Träger 20 durch eine Klebeschicht 21 und einen thermischen Pressprozess, wobei der Träger 20 einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich neben dem ersten Bereich umfasst. Die Bondschicht besteht aus einem Klebematerial. Ein Material des Trägers 20 und der Klebeschicht 21 umfasst ein leitfähiges Material wie z. B. Metall oder Lötmittel. In einer Variante der Ausführungsform umfasst der Träger 20 ein wärmeleitfähiges Material oder ein isoliertes Material. Als nächstes wird das Wachstumssubstrat 10 entfernt, nachdem die vierte Halbleiterschicht 153 des zweiten Halbleiterstapels 15 an den Träger 20 gebondet ist.
Wie in 1C gezeigt, umfasst das Verfahren zur Herstellung der Lichtemissionsvorrichtung 1 ferner das Ausbilden einer strukturierten Maske (nicht dargestellt) auf dem ersten Halbleiterstapel 11 durch einen photolithographischen Prozess und Ätzen des ersten Halbleiterstapels 11 über dem zweiten Bereich des Trägers wie z. B. einem Abschnitt des ersten Halbleiterstapels 11, der Reflexionsschicht 13 und des Tunnelübergangs 14, der nicht von der strukturierten Maske bedeckt ist, durch chemisches Nassätzen oder Trockenätzen, um die Ätzstoppschicht 23 freizulegen, während der erste Halbleiterstapel 11 über dem ersten Bereich des Trägers 20 beibehalten wird. Die Ätzstoppschicht 23 ist aus einem Material der Gruppe III-V, wie z. B. InGaP, mit einer relativ niedrigeren Ätzrate als der erste Halbleiterstapel 11 im Ätzschritt ausgebildet. Der Abschnitt des ersten Halbleiterstapels 11, der mit der strukturierten Maske bedeckt ist, wird auf dem zweiten Halbleiterstapel 15 beibehalten, um eine erste Halbleiterstruktur 11a auszubilden.
Wie in 1D gezeigt, umfasst das Verfahren zur Herstellung der Lichtemissionsvorrichtung 1 ferner das Ausbilden einer Nut 30 durch die freiliegende Ätzstoppschicht 23 und den zweiten Halbleiterstapel 15. Die Nut 30 unterteilt den zweiten Halbleiterstapel 15 in eine zweite Halbleiterstruktur 15a und eine dritte Halbleiterstruktur 15b, wobei die zweite Halbleiterstruktur 15a zwischen dem Träger 20 und der ersten Halbleiterstruktur 11a ausgebildet wird und die dritte Halbleiterstruktur 15b über dem Träger 20 ausgebildet wird und von der zweiten Halbleiterstruktur 15a beabstandet ist.
Wie in 2 oder 3 gezeigt, wird als nächstes eine untere Elektrode 22 auf der Rückseite des Trägers 20 angeordnet, so dass sie mit sowohl der ersten Halbleiterstruktur 11a, der zweiten Halbleiterstruktur 15a als auch der dritten Halbleiterstruktur 15b elektrisch verbunden wird. Eine erste obere Elektrode 17 und eine zweite obere Elektrode 18 werden jeweils auf der Vorderseite der ersten Halbleiterstruktur 11a und der Vorderseite der dritten Halbleiterstruktur 15b ausgebildet.
Als nächstes werden alternative Beispiele des Verfahrens zur Herstellung der Lichtemissionsvorrichtung 1 in 2 bzw. 3 gezeigt.
Siehe 2 für ein erstes Beispiel des Verfahrens zur Herstellung der Lichtemissionsvorrichtung 1. Das Verfahren umfasst ferner das Ausbilden einer dritten oberen Elektrode 16 auf einer freiliegenden Oberfläche 15s der zweiten Halbleiterstruktur 15a und Anlegen eines elektrischen Stroms über der dritten oberen Elektrode 16 und der unteren Elektrode 22, um den Diodencharakter der zweiten Halbleiterstruktur 15a zu durchbrechen. Insbesondere wird eine Vorspannung in Sperrrichtung über der dritten oberen Elektrode 16 und der unteren Elektrode 22 angelegt, um dauerhaft den Diodencharakter der zweiten Halbleiterstruktur 15a zu durchbrechen, so dass die zweite aktive Schicht 152 der zweiten Halbleiterstruktur 15a nicht in der Lage ist, Licht zu emittieren. Insbesondere wird ein elektrischer Strom im Bereich von 80 A/cm² bis 200 A/cm² in die zweite Halbleiterstruktur 15a für eine Zeitdauer zwischen 0,1 und 0,5 Sekunden über der dritten oberen Elektrode 16 und der unteren Elektrode 22 eingespeist, um das Diodenverhalten der zweiten Halbleiterstruktur 15a zu durchbrechen. Folglich wird und fungiert die zweite Halbleiterstruktur 15a als Widerstand mit einem niedrigeren Widerstandswert als 200 Ohm, vorzugsweise niedriger als 100 Ohm, bevorzugter niedriger als 10 Ohm und daher ist die zweite MQW-Struktur der zweiten aktiven Schicht 152 der zweiten Halbleiterstruktur 15a im Wesentlichen nicht leuchtend, selbst wenn die zweite Halbleiterstruktur 15a in Durchlassrichtung vorgespannt wird. Nach dem Beenden aller vorstehend beschriebenen Prozessschritte ist die Lichtemissionsvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausgebildet, wie in 2 gezeigt.
Siehe 3 für ein zweites Beispiel des Verfahrens zur Herstellung der Lichtemissionsvorrichtung 1. Das Verfahren umfasst ferner das Ausbilden einer dritten oberen Elektrode 16 direkt auf einer oberen Oberfläche 15s und einer Seitenoberfläche 15s' der zweiten Halbleiterstruktur 15a, um die zweite Halbleiterstruktur 15a kurzzuschließen, und daher umgeht ein Ansteuerstrom zwischen der ersten oberen Oberfläche 17 und der unteren Elektrode 22 die zweite aktive Schicht 152 der zweiten Halbleiterstruktur 15a, um die zweite aktive Schicht 152 der zweiten Halbleiterstruktur 15a unfähig zu machen, Licht während des normalen Betriebs zu emittieren. Nach dem Beenden aller vorstehend beschriebenen Prozessschritte ist die Lichtemissionsvorrichtung 1 der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausgebildet, wie in 3 gezeigt.
Die erste obere Elektrode 17, die zweite obere Elektrode 18, die untere Elektrode 22 und die dritte obere Elektrode 16 umfassen ein Metallmaterial mit einem niedrigen elektrischen Widerstand, wie z. B. Au, Al, Pt, Cr, Ti, Ni, W oder die Kombination davon, und können aus einer Monoschicht oder mehreren Schichten ausgebildet werden. Eine Dicke der ersten oberen Elektrode 17, der zweiten oberen Elektrode 18, der unteren Elektrode 22 oder der dritten oberen Elektrode 16 ist etwa 0,1 bis 10 Mikrometer. Die erste obere Elektrode 17 und die zweite obere Elektrode 18 weisen jeweils eine Form, wie z. B. Rechteck, Polygon, Kreis oder Ellipse, aus einer Draufsicht der Lichtemissionsvorrichtung 1 auf. Die erste obere Elektrode 17, die zweite obere Elektrode 18, die untere Elektrode 22 und die dritte obere Elektrode 16 können durch Sputtern, Gasphasenabscheidung oder Plattieren ausgebildet werden.
2 zeigt eine Schnittansicht der Lichtemissionsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Lichtemissionsvorrichtung 1 umfasst ein erstes Lichtemissionselement 1a und ein zweites Lichtemissionselement 1b. Das erste Lichtemissionselement 1a umfasst die erste Halbleiterstruktur 11a und die zweite Halbleiterstruktur 15a und das zweite Lichtemissionselement 1b umfasst die dritte Halbleiterstruktur 15b. Das erste Lichtemissionselement 1a und das zweite Lichtemissionselement 1b sind beide auf dem Träger 20 ausgebildet. Das erste Lichtemissionselement 1a umfasst die erste Halbleiterstruktur 11a und die zweite Halbleiterstruktur 15a, die zwischen der ersten Halbleiterstruktur 11a und dem Träger 20 ausgebildet ist. Die erste aktive Schicht 112 der ersten Halbleiterstruktur 11a des ersten Lichtemissionselements 1a umfasst eine MQW-Struktur, die durch die erste obere Elektrode 17 und die untere Elektrode 22 angesteuert wird, um Licht mit einer ersten dominanten Wellenlänge λ₁ zu emittieren. Die zweite aktive Schicht 152 der zweiten Halbleiterstruktur 15a des ersten Lichtemissionselements 1a umfasst eine zweite MQW-Struktur, die kein Licht emittiert, wenn das erste Lichtemissionselement 1a angesteuert wird, um Licht mit einer ersten dominanten Wellenlänge λ₁ zu emittieren. Das zweite Lichtemissionselement 1b umfasst eine dritte Halbleiterstruktur 15b, die über dem Träger 20 und neben dem ersten Lichtemissionselement 1a ausgebildet ist, wobei die zweite aktive Schicht 152 der dritten Halbleiterstruktur 15b eine dritte MQW-Struktur mit derselben Materialzusammensetzung und derselben Schichtsequenz wie die zweite MQW-Struktur der zweiten Halbleiterstruktur 15a umfasst und die dritte MQW-Struktur durch die zweite obere Elektrode 18 und die untere Elektrode 22 angesteuert wird, um Licht mit einer zweiten dominanten Wellenlänge λ₂ zu emittieren. Die erste MQW-Struktur der ersten Halbleiterstruktur 11a umfasst ein Material oder eine Materialzusammensetzung, die von jener der zweiten MQW-Struktur der zweiten Halbleiterstruktur 15a oder der dritten MQW-Struktur der dritten Halbleiterstruktur 15b verschieden ist. Die erste dominante Wellenlänge λ₁ ist von der zweiten dominanten Wellenlänge λ₂ verschieden. In einem Beispiel der Ausführungsform ist die erste dominante Wellenlänge λ₁ größer als die zweite dominante Wellenlänge λ₂. In einem anderen Beispiel der Ausführungsform liegt die erste dominante Wellenlänge λ₁ im Infrarotbereich und die zweite dominante Wellenlänge λ₂ liegt im roten Bereich. In einem anderen Beispiel der Ausführungsform liegen die erste dominante Wellenlänge λ₁ und die zweite dominante Wellenlänge λ₂ beide im roten Bereich.
Die dritte obere Elektrode 16 ist auf der Oberfläche 15s der zweiten Halbleiterstruktur 15a ausgebildet. Die erste obere Elektrode 17 und die untere Elektrode 22 liefern einen ersten elektrischen Strom, um die erste MQW-Struktur der ersten aktiven Schicht 112 der ersten Halbleiterstruktur 11a in Durchlassrichtung vorzuspannen, um Licht mit einer ersten dominanten Wellenlänge λ₁ zu emittieren. Die zweite obere Elektrode 18 und die untere Elektrode 22 liefern einen zweiten elektrischen Strom, um die dritte MQW-Struktur der zweiten aktiven Schicht 152 der dritten Halbleiterstruktur 15b in Durchlassrichtung vorzuspannen, um Licht mit einer zweiten dominanten Wellenlänge λ₂ zu emittieren, wobei λ₁ von λ₂ verschieden ist. Insbesondere emittiert das erste Lichtemissionselement 1a nur die erste dominante Wellenlänge, die in der ersten MQW-Struktur erzeugt wird, unter einem elektrischen Strom 100, der in Reihe durch die erste MQW-Struktur und die zweite MQW-Struktur fließt, wobei die zweite MQW-Struktur der zweiten aktiven Schicht 152 der zweiten Halbleiterstruktur 15a nicht leuchtend ist, selbst wenn die zweite Halbleiterstruktur 15a in Durchlassrichtung vorgespannt wird.
3 zeigt eine Schnittansicht einer Lichtemissionsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die in 3 gezeigten Elemente, die mit denselben Zeichen bezeichnet sind wie die in 2 gezeigten Elemente, umfassen dieselbe Struktur, dasselbe Material und dieselben Funktionen und werden nicht erneut angesprochen.
Wie in 3 gezeigt, bilden die erste Halbleiterstruktur 11a und die zweite Halbleiterstruktur 15a des ersten Lichtemissionselements 1a eine abgestufte Form an einer Oberfläche 15s der zweiten Halbleiterstruktur 15a. Die dritte obere Elektrode 16 umfasst einen Kontakt 161, der an der oberen Oberfläche 15s der zweiten Halbleiterstruktur 15a ausgebildet ist, und eine Brücke 162, die auf einer Seitenoberfläche 15s' der zweiten Halbleiterstruktur 15a beschichtet ist. Insbesondere liegt die dritte obere Elektrode 16 an der Oberfläche der zweiten Halbleiterstruktur 15a an. Der Kontakt 161 ist an der Oberfläche 15s der zweiten Halbleiterstruktur 15a angeordnet und die Brücke 162 erstreckt sich vom Kontakt 161 zum Träger 20 oder zur Klebeschicht 21. Die zweite MQW-Struktur der zweiten aktiven Schicht 152 der zweiten Halbleiterstruktur 15a wird durch die dritte obere Elektrode 16 kurzgeschlossen und am Emittieren von Licht gesperrt. Die dritte obere Elektrode 16 umfasst ein Metallmaterial mit einem niedrigen elektrischen Widerstand, wie z. B. Au, Al, Pt, Cr, Ti, Ni, W oder die Kombination davon, und kann aus einer Monoschicht oder mehreren Schichten ausgebildet sein. Die dritte obere Elektrode 16 schafft eine elektrische Reihenschaltung zwischen der ersten oberen Elektrode 17 und der unteren Elektrode 22. Die dritte obere Elektrode 16 wird direkt auf der oberen Oberfläche und der Seitenoberfläche der zweiten Halbleiterstruktur 15a ausgebildet, um die zweite Halbleiterstruktur 15a kurzzuschließen, und daher umgeht ein Ansteuerstrom zwischen der ersten oberen Elektrode 17 und der unteren Elektrode 22 die zweite aktive Schicht 152 der zweiten Halbleiterstruktur 15a, um die zweite aktive Schicht 152 der zweiten Halbleiterstruktur 15a unfähig zu machen, Licht während des normalen Betriebs zu emittieren. Die erste MQW-Struktur der ersten aktiven Schicht 112 der ersten Halbleiterstruktur 11a wird durch die erste obere Elektrode 17 und die untere Elektrode 22 angesteuert, um Licht mit der ersten dominanten Wellenlänge λ₁ zu emittieren. Insbesondere emittiert das erste Lichtemissionselement 1a nur die erste dominante Wellenlänge λ₁, die in der ersten MQW-Struktur erzeugt wird, unter einem elektrischen Strom 200, der in Reihe durch die erste MQW-Struktur und die zweite MQW-Struktur fließt, wobei die zweite MQW-Struktur nicht leuchtend ist.
Wie in 2-3 gezeigt, umfasst die Lichtemissionsvorrichtung 1 die Klebeschicht 21 mit einem Metallmaterial wie z. B. Cu, Al, Pt, Ti, W, Ag oder der Kombination davon. Die Klebeschicht 21 ist zwischen dem ersten Lichtemissionselement 1a und dem Träger 20 und/oder zwischen dem zweiten Lichtemissionselement 1b und dem Träger 20 ausgebildet, um das in der ersten aktiven Schicht 112 des ersten Lichtemissionselements 1a erzeugte Licht in Richtung der Lichtgewinnungsoberfläche des ersten Lichtemissionselements 1a entfernt vom Träger 20 und/oder das in der zweiten aktiven Schicht 152 des zweiten Lichtemissionselements 1b erzeugte Licht in Richtung einer Lichtgewinnungsoberfläche des zweiten Lichtemissionselements 1b zu reflektieren. In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Lichtgewinnungseffizienz des ersten Lichtemissionselements 1a und des zweiten Lichtemissionselements 1b durch die Klebeschicht verbessert werden.
Ferner kann der Diodencharakter der zweiten Halbleiterstruktur 15a des ersten Lichtemissionselements 1a in der ersten Ausführungsform nicht vollständig durchbrochen werden oder der Kurzschluss, der durch die dritte obere Elektrode 16 (Kontakt 161 und Brücke 162) in der zweiten Ausführungsform gebildet wird, kann nicht vollständig den elektrischen Strom blockieren, der durch die zweite aktive Schicht 152 der zweiten Halbleiterstruktur 15a des ersten Lichtemissionselements 1a fließt. Einiges dunkles Licht mit schwacher optischer Ausgangsleistung kann erzeugt und von der zweiten aktiven Schicht 152 der zweiten Halbleiterstruktur 15a des ersten Lichtemissionselements 1a emittiert werden. Folglich ist die Reflexionsschicht 13 zwischen der ersten Halbleiterschicht 151 der zweiten Halbleiterstruktur 15a des ersten Lichtemissionselements 1a und der zweiten Halbleiterschicht 113 der ersten Halbleiterstruktur 11a des ersten Lichtemissionselements 1a ausgebildet, wie in 2 und 3 gezeigt, um das in der ersten aktiven Schicht 112 der ersten Halbleiterstruktur 11a des ersten Lichtemissionselements 1a erzeugte Licht in Richtung einer Lichtgewinnungsoberfläche der ersten Halbleiterstruktur 11a des ersten Lichtemissionselements 1a zu reflektieren und das in der zweiten aktiven Schicht 152 der zweiten Halbleiterstruktur 15a des ersten Lichtemissionselements 1a erzeugte Licht von der Lichtgewinnungsoberfläche der ersten Halbleiterstruktur 11a des ersten Lichtemissionselements 1a weg zu reflektieren. In diesen Fällen emittiert die zweite aktive Schicht 152 der zweiten Halbleiterstruktur 15a des ersten Lichtemissionselements 1a eine optische Ausgangsleistung, die geringer ist als 10 % einer gesamten optischen Ausgangsleistung der Lichtemissionsvorrichtung 1.

Claims

Lichtemissionsvorrichtung (1), die umfasst: einen Träger (20); eine auf dem Träger (20) ausgebildete erste Halbleiterstruktur (11a) mit einer ersten aktiven Schicht (112); eine zweite Halbleiterstruktur (15a) mit einer zweiten aktiven Schicht (152), die zwischen dem Träger (20) und der ersten Halbleiterstruktur (11a) ausgebildet ist; einen Tunnelübergang (14), der zwischen der ersten Halbleiterstruktur (11a) und der zweiten Halbleiterstruktur (15a) ausgebildet ist; eine untere Elektrode (22), die auf einer Rückseite des Trägers (20) angeordnet ist und mit der ersten Halbleiterstruktur (11a) und der zweiten Halbleiterstruktur (15a) elektrisch verbunden ist; und eine dritte obere Elektrode (16) auf einer oberen Oberfläche (15s) der zweiten Halbleiterstruktur (15a); wobei die erste aktive Schicht (112) dazu konfiguriert ist, ein erstes Licht mit einer ersten dominanten Wellenlänge während eines normalen Betriebs zu emittieren, wobei ein Diodencharakter der zweiten Halbleiterstruktur (15a) in Folge einer Vorspannung in Sperrrichtung an der dritten oberen Elektrode (16) und der unteren Elektrode (22) dauerhaft durchbrochen ist, sodass die zweite aktive Schicht (152) während des normalen Betriebs kein Licht emittiert.
Lichtemissionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, weiter umfassend eine zwischen der ersten Halbleiterstruktur (11a) und der zweiten Halbleiterstruktur (15a) angeordnete Reflexionsschicht (13), welche eine DBR-Struktur und ein Halbleitermaterial der Gruppe III-V umfasst, wobei die erste Halbleiterstruktur (11a) eine erste Halbleiterschicht (111) mit einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht (113) mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der vom ersten Leitfähigkeitstyp verschieden ist, umfasst, und die DBR-Struktur denselben Leitfähigkeitstyp wie die zweite Halbleiterschicht (113) aufweist.
Lichtemissionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Halbleiterstruktur (11a) eine erste n-Typ Halbleiterschicht, eine erste p-Typ Halbleiterschicht und die erste aktive Schicht (112) umfasst, die zwischen der ersten n-Typ Halbleiterschicht und der ersten p-Typ Halbleiterschicht angeordnet ist, und wobei die zweite Halbleiterstruktur (15a) eine zweite n-Typ Halbleiterschicht, eine zweite p-Typ Halbleiterschicht und die zweite aktive Schicht (152) umfasst, die zwischen der zweiten n-Typ Halbleiterschicht und der zweiten p-Typ Halbleiterschicht angeordnet ist.
Lichtemissionsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ferner eine erste obere Elektrode (17), die auf der ersten Halbleiterstruktur (11a) ausgebildet ist, umfasst.
Lichtemissionsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die erste Halbleiterstruktur (11a) eine erste Halbleiterschicht (111) und eine zweite Halbleiterschicht (113) umfasst und die erste aktive Schicht (112) zwischen der ersten Halbleiterschicht (111) und der zweiten Halbleiterschicht (113) angeordnet ist; wobei der Tunnelübergang (14) eine erste stark dotierte Schicht und eine zweite stark dotierte Schicht mit unterschiedlichen Leitfähigkeitstypen umfasst und die Dotierungskonzentration der ersten stark dotierten Schicht und/oder der zweiten stark dotierten Schicht um mindestens eine Größenordnung höher als die der ersten Halbleiterschicht (111), der zweiten Halbleiterschicht (113) oder der ersten aktiven Schicht (112) ist.
Lichtemissionsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Halbleiterstruktur (15a) einen Widerstand von weniger als 200 Ohm aufweist.
Lichtemissionsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste aktive Schicht (112) In_xGa_yAl_1-x-yAs (0 ≤ x, y ≤ 1) umfasst, und die zweite aktive Schicht (152) In_aGa_bAl_1-a-bP (0 ≤ a, b ≤ 1) umfasst.
Lichtemissionsvorrichtung (1) umfassend: einen Träger (20); eine auf dem Träger (20) ausgebildete erste Halbleiterstruktur (11a) mit einer ersten aktiven Schicht (112); eine zweite Halbleiterstruktur (15a) mit einer zweiten aktiven Schicht (152), die zwischen dem Träger (20) und der ersten Halbleiterstruktur (11a) ausgebildet ist; eine untere Elektrode (22), die auf einer Rückseite des Trägers (20) angeordnet ist und mit der ersten Halbleiterstruktur (11a) und der zweiten Halbleiterstruktur (15a) elektrisch verbunden ist; einen Tunnelübergang (14), der zwischen der ersten Halbleiterstruktur (11a) und der zweiten Halbleiterstruktur (15a) ausgebildet ist; eine zwischen der ersten Halbleiterstruktur (11a) und der zweiten Halbleiterstruktur (15a) angeordnete Reflexionsschicht (13), welche eine DBR-Struktur und ein Halbleitermaterial der Gruppe III-V umfasst, wobei die erste Halbleiterstruktur (11a) eine erste Halbleiterschicht (111) mit einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht (113) mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der vom ersten Leitfähigkeitstyp verschieden ist, umfasst, und die DBR-Struktur denselben Leitfähigkeitstyp wie die zweite Halbleiterschicht (113) aufweist; und eine dritte obere Elektrode (16), ausgebildet direkt auf einer oberen Oberfläche (15s) und auf einer Seitenoberfläche (15s') der zweiten Halbleiterstruktur (15a), um die zweite Halbleiterstruktur (15a) kurzzuschließen, sodass die zweite aktive Schicht (152) in einem normalen Betrieb kein Licht emittiert.
Lichtemissionsvorrichtung (1) nach Anspruch 8, weiter umfassend eine Ätztoppschicht (23), die zwischen der ersten Halbleiterstruktur (11a) und der zweiten Halbleiterstruktur (15a) ausgebildet ist.
Lichtemissionsvorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, die ferner eine Klebeschicht (21) umfasst, die zwischen dem Träger (20) und der zweiten Halbleiterstruktur (15a) ausgebildet ist.