WO2005073485B1 - Aktive zonen aufweisende halbleiterstruktur - Google Patents

Aktive zonen aufweisende halbleiterstruktur

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur wie Leuchtdiode oder Photodiode (10, 16, 24, 26, 36, 46, 54, 68, 74, 80), umfassend ein Substrat (SUB) mit zumindest zwei aktiven Zonen (AZ1 - AZn), von denen jede eine Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge emittiert oder absorbiert. Zur Realisierung einer Muli-Wavelenght-Diode ist vorgesehen, dass eine erste (untere) aktive Zone (AZ1) auf eine Oberfläche des Substrates (SUB) aufgewachsen ist, wobei ein oder mehrere weitere aktive Zonen (AZ1 - Azn) übereinander epitaktisch aufgewachsen sind und wobei die aktiven Zonen (AZ1 - AZn) über als niederohmige Widerstände dienende Tunneldioden (TD1 - TDn) von der unteren aktiven Zone (AZ1) bis zu einer oberen aktiven Zone (AZn) seriell verschaltet sind.

Claims

GEÄNDERTE ANSPRÜCHE[beim Internationalen Büro am 06. Februar 2006 (06.02.06) eingegangen]Patentansprüche
Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur
Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur in Form einer definiert viele Lichtwellenlängen emittierende oder absorbierende Multiwavelenght-Diode wie Leuchtdiode oder Photodiode (10, 16, 24, 26, 36, 46, 54, 68, 74, 80), umfassend ein Substrat (SUB) mit zumindest zwei aktiven Zonen (AZl — AZn), von denen jede eine Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge emittiert oder absorbiert, wo¬ bei eine erste (untere) aktive Zone (AZl) auf eine Oberfläche des Substrates (SUB) aufgewachsen ist, wobei zumindest eine weitere (obere) aktive Zone (AZl - AZn) epitaktisch auf¬ gewachsen ist und wobei die aktiven Zonen (AZl - AZn) über zumindest eine als niederohmiger Widerstand dienende Trennschicht (TDl - TDn) von der un¬ teren aktiven Zone (AZl) bis zu der oberen aktiven Zone (AZn) seriell verschal¬ tet sind, wobei die Trennschicht (TDl - TDn) als gegenpolarisierter np- oder pn- Übergang in Form einer Trenndiode bzw. Tunneldiode ausgebildet ist, wobei zwischen der unteren aktiven Zone (AZl) und der oberen aktiven Zone (AZn) ein oder mehrere weitere aktive Zonen (AZn) epitaktisch aufgewachsen sind, wobei die unterste aktive Zone (AZl) eine geringe energetische Bandlücke auf¬ weist, wobei die folgenden aktiven Zonen (AZ2 - AZn) jeweils eine höhere e- nergetische Bandlücke aufweisen, als eine vorherige aktive Zone und wobei die zum Aufwachsen bzw. Epitaxieren der Trenndioden bzw. Tunneldioden (TD) verwendeten Halbleitermaterialien entweder einen indirekten Bandübergang aufweisen oder eine energetische Bandlücke, die jeweils etwas höher liegt als die der darunter liegenden verwendeten Halbleitermaterialien, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf eine aktive Zone (AZn) eine Absorptionsschicht (AbsS) mit gleichem Material der pn-Schicht der aktiven Zone (AZn) aufgewachsen ist.
GEÄNDERTES BbTfT (ARTIKEL 19)
2. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur in Form einer Leuchtdiode oder Photodiode (10, 16, 24, 26, 36, 46, 54, 68, 74, 80), umfassend ein Substrat (SUB) mit zumindest zwei aktiven Zonen (AZl - AZn), von denen jede eine Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge emittiert oder absorbiert, wobei eine erste (untere) aktive Zone (AZl) auf eine Oberfläche des Substrates (SUB) auf¬ gewachsen ist, wobei zumindest eine weitere (obere) aktive Zone (AZl - AZn) epitaktisch aufgewachsen ist und wobei die aktiven Zonen (AZl - AZn) über zumindest eine als niederohmiger Widerstand dienende Trennschicht (TDl — TDn) von der unteren aktiven Zone (AZl) bis zu der oberen aktiven Zone (AZn) seriell verschaltet sind, wobei definiert viele Lichtwellenlängen emittierende oder absorbierende Multiwavelenght-Diode zwischen der unteren aktiven Zone (AZl) und der oberen aktiven Zone (AZn) ein oder mehrere weitere aktive Zo¬ nen (AZn) epitaktisch aufgewachsen sind, wobei die unterste aktive Zone (AZl) eine geringe energetische Bandlücke aufweist, wobei die folgenden aktiven Zo¬ nen (AZ2 - AZn) jeweils eine höhere energetische Bandlücke aufweisen, als ei¬ ne vorherige aktive Zone und dass die Trennschciht (TDl-TDn) als metallischer Kontakt (K) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine aktive Zone (AZn) eine Absorptionsschicht (AbsS) mit gleichem Material der pn-Schicht der aktiven Zone (AZn) aufgewachsen ist.
3. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Substrates (SUB) GaAs, Ge, InP, GaSb5 GaP, InAs, Si, SiGe, SiC, SiGe : C, Saphir, Diamant ist.
4. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach zumindest einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der aktiven Zonen (AZl - AZn) GaAs, GaInP (geeignete Kompositionen), AlGaAs (viele geeignete Kompositionen), GaInAs (geeignete Kompositionen), AlInGaP (viele geeignete Kompositionen), GaAsN, GaN, GaInN, InN, GaInAlN (geeignete Kompositionen), GaAlSb, GaInAlSb, CdTe, MgSe, MgS, 6HSiC, ZnTe, CgSe, GaAsSb, GaSb, InAsN, 4H-SiC, α - Sn, BN, BP, BAs, AlN, ZnO, ZnS, ZnSe, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, PbS, PbSe, PbTe, HgTe, HgCdTe, CdS, ZnSe, InSb, AIP, AlAs, AlSb, InAs und/oder AlSb ist o- der eine oder mehrere dieser Materialien enthält.
5. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach zumindest einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bandemissionsdiode (16) folgenden Aufbau umfasst:
- ein GaAs- oder Ge-Substrat (SUB),
- eine auf das Substrat aufgewachsene GaAs-Diode (AZl) (untere Diode),
- darüber in abwechselnder Reihenfolge eine auf die GaAs-Diode (AZl) aufgewachsene Trenndiode wie GalnP-Trenndiode (TD) bzw. AlGaAs- Trenndiode (TDl ... TDn) gefolgt von einer auf die Trenndiode aufge¬ wachsenen GalnP-Diode (AZ3) bzw. AlGaAs-Diode (AZ3-AZn) ,
wobei der Bandemissionsbereich dadurch definiert wird, dass die Anzahl der Dioden (AZl - AZn), die Anzahl sowie deren Breite der Peaks einen zusam¬ menliegenden Lichtemissionsbereich ausbildet, in der Art, wie er durch einen einzelnen Peak nicht erreicht werden könnte und somit ein resultierender Emis¬ sionsbereich entsteht.
6. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach zumindest einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen aktiven Zonen (AZl - AZn) jeweils mit einem eigenen metal¬ lischen Kontakt (K) zum Anschluss einer Zuleitung versehen sind.
7. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach zumindest einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischfarben-LED (26) (braun) folgenden Aufbau umfasst:
- ein GaA- oder Ge-Substrat (SUB), eine auf das Substrat aufgewachsene untere aktive Zone (AZl)aus z. B. GaInP (auch AlGaInP), eine erste auf die untere aktive Zone aufgewachsene Trenndiode (TDl) aus GaInP oder AlGaInP,
- eine auf die Trenndiode aufgewachsene mittlere aktive Zone (AZ2) aus AlInGaP,
- eine zweite Trenndiode (TD2) und
- eine auf die zweite Trenndiode aufgewachsene obere aktive Zone (AZ3) aus AlInGaP.
8. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach zumindest einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischfarben-LED (36) folgenden Aufbau umfasst: - ein GaAa- oder Ge-Substrat (SUB), eine auf das Substrat aufgewachsene untere aktive Zone (AZl) gefolgt von zwei weiteren aktiven Zonen (AZ2 -AZn) zwischen denen jeweils eine Tunneldiode (TDl — TDn) angeordnet ist und wobei die obere akti¬ ve Zone (AZn) einen metallischen Kontakt (K) zur Verbindung mit ei¬ nem elektrischen Anschluss aufweist.
9. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach zumindest einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den aktiven Zonen (AZl - Azn) .angeordnete Metallkontakt (K, BK, LK) geklebt, gelötet, gedrückt, gebondet oder geschweißt ist.
10. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach zumindest einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die untere aktive Zone (AZl) aus einem AlInGaP-Material mit einer Wel¬ lenlänge von ca.620 nm ist, dass die mittlere aktive Zone (AZ2) ein AlInGaP- Halbleitermaterial mit einer Wellenlänge von ca.550 nm ist und dass die obere aktive Zone (AZ3) ein GalnN-Halbleitermaterial mit einer Wellenlänge im Be¬ reich von ca.400 bis 450 nm ist.
11. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach zumindest einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer obersten aktiven Zonen (AZn) einen Kontakt (BK) wie Bond-Kontakt aufweist.
12. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach zumindest einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Zonen (AZl - Azn, PDl- PDn) aufweisende Halbleiterstruktur (46) ein Mischfarbensensor ist, wobei die aktiven Zonen (PDl — PDn) als Pho¬ todioden ausgebildet sind und eintreffendes Mischfarbenlicht selektiv in den dazugehörigen aktiven Zonen absorbierbar ist, von wo ein generierter Strom se¬ lektiv abgreifbar ist.
13. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach zumindest einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischfarbensensor (46) den folgenden Aufbau aufweist: ein GaAs- oder ein Ge-Substrat (SUB) auf dessen Unterseite ein metalli¬ scher Kontakt (K) und auf dessen Oberseite eine GaInP- oder AlInGaP- Photodiode (PDl) aufgebracht wie aufgewachsen ist,
- dass auf der Photodiode eine np-Trenndiode (TDl) aus einem AlInGaP-, AlGaAs- oder GaInP -Material aufgebracht ist,
- ein zweiter pn-Übergang aus einer AlInGaP-Photodiode (PD2),
- eine np-Trenndiode (TD2) und
- ein dritter pn-Übergang als die GaAlN- oder AlGalnN-Photodiode (PD3) ausgebildet ist.
14. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach zumindest einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Photodiode (PDl) in einem Wellenbereich von λ = 600 nm bis 680 nm liegt, dass die mittlere Photodiode (PD2) in einem Wellenbereich von λ = 550 nm liegt und dass die dritte Photodiode (PD3) in einem Wellenbereich von λ = 400 nm bis 450 nm liegt.
15. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach zumindest einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der lichtdetektierenden Photodioden (PDl - PDn) mit einem metalli¬ schen Kontakt (K) zum Anschluss einer elektrischen Leitung versehen ist.
16. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach zumindest einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Zonen aufweisende Halbleiterstruktur wie Leuchtdiode oder Photodiode ein Farbdisplay (80) bilden.
17. Aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach zumindest einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbdisplay (80) aus einer Vielzahl von lichtemittierenden Halblei¬ tereinrichtungen (82) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebil¬ det ist, wobei ein Pixel (82) des Farbdisplays (80) einer lichtemittierenden Halb¬ leitereinrichtung entspricht und wobei jeder Pixel (82) und die entsprechenden Farben selektiv ansteuerbar sind.
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