[发明专利]LED半导体及LED半导体的应用

说明书

本发明涉及一种LED半导体以及LED半导体的应用。

本专利申请要求德国专利申请102006046039.1的优先权以及德国专利申请102006051745.8的优先权，该两个文件所公开内容通过引用结合在本文中。

对于例如投影应用或显示器背光的光学应用，期望获得较高的光密度。在传统的LED半导体中，所产生的辐射量依赖于用以驱动LED半导体的电流强度。然而，有源层中的电流密度不应超过依赖于各个所应用的材料系统的最大电流密度，否则存在过度老化效应而使得LED半导体的使用寿命不利地缩短的危险。

本发明的目的是提供一种具有更高光密度的LED半导体。

该目的通过根据权利要求1的LED半导体实现。

本发明的有利改进及设置在从属权利要求中给出。

根据本发明的LED半导体具有至少一个产生辐射的第一有源层及至少一个产生辐射的第二有源层，该第二有源层在竖直方向上堆叠在第一有源层之上并与第一有源层串联连接，其中第一有源层及第二有源层借助于接触区来导电连接。

在此，接触区应理解为相对而言具有更好的导电率的区域，其中接触区优选地实施成无隧道接触并因此没有隧道结。此外，在根据本发明的LED半导体中在第一有源层及第二有源层之间的载荷子迁移不需要隧道结。这样的优点是，LED半导体也可由外延地相对难于形成隧道结的材料生产。虽然，若可将有源层并联连接，则隧道结为多余的，然而并联连接的缺点是，对于不同的串联电阻，不能够将直流电流注入到两个有源层或必须使用巨大的额外开销来将直流电流注入到两个有源层。有利的是，根据本发明可借助于接触区而在第一有源层与第二有源层之间提供充分的载荷子迁移，此外，借助于串联电路来将直流注入到两个有源层中。

在此串联电路中，有源层的pn结优选为同向地设置，使得它们构成pn-pn结构或np-np结构。自然，在多于两个有源层时优选的是pn-...-pn结构或np-...-np结构。

除了简单的pn结，有源层可具有双异质结构、单量子阱结构或多量子阱结构(MQW)。在公开文件WO 01/39282、WO 98/31055、US5831277、EP1017113及US5,684,309中说明了MQW结构的示例，上述公开文件中涉及MQW结构的公开内容通过引用结合在本文中。

根据本发明，尤其优选的是接触区的两种设置。根据第一种设置，接触区设置在半导体的侧面上。根据第二种设置，接触区集成在LED半导体中第一有源层与第二有源层之间。

由于第一有源层与第二有源层串联连接，在有源层同向设置时，接触区方便地将第一导电类型的半导体层与第二导电类型的半导体层连接。优选地，第一导电类型的半导体层在竖直方向上在第一有源层之后，而第二导电类型的半导体层在竖直方向上设置在第一导电类型的半导体层及第二有源层之间。例如，第一导电类型的半导体层可为p掺杂的半导体层，且第二导电类型的半导体层可为n掺杂的半导体层。备选地，第一导电类型的半导体层可为n掺杂的半导体层，且第二导电类型的半导体层可为p掺杂的半导体层。这依赖于有源层的pn结设置。

为了改善半导体(其接触区设置在侧面)中的载荷子迁移，第一导电类型的半导体层及第二导电类型的半导体层可构成隧道结，除了接触区，此隧道结也支持载荷子迁移。为此，第一导电类型的半导体层及第二导电类型的半导体层可尤其是高掺杂的。

根据优选的实施方式，第一导电类型的半导体层具有未由半导体材料覆盖的第一自由区。而且，第二导电类型的半导体层优选地具有未由半导体材料覆盖的第二自由区。第二导电类型的半导体层可尤其相对其余半导体凸出，而第一导电类型的半导体层可相对第二导电类型的层凸出。因此，在第一有源层与第二有源层之间的半导体的截面的形式可至少相应于阶梯式的侧面。由此可知，LED半导体具有包括多个层的层序列(Schichtenfolge)，这些层的至少一部分包含半导体材料。在此，未由半导体材料覆盖的自由区理解为未由用于层序列的层的半导体材料覆盖的区域。

根据尤其优选的变型，接触区自第一自由区延伸到第二自由区。接触区尤其可为接触层。例如，接触层可至少部分覆盖第一自由区及第二自由区。

对于接触区所应用的材料及接触区的尺寸，优选地依赖于层的横向导电率而选择，其中接触区导电连接这些层。例如，p掺杂的GaN层具有相对较小的横向导电率，因此在这种情况下，接触区应构成为相对面积较大并且应包含具有较高导电率的材料。

根据LED半导体的优选实施方式，接触区包含金属材料。这类接触区的特征在于相对较好的导电率。有利的是，较好的导电率使得在第一有源层与第二有源层之间的载荷子迁移较容易。