DE4218806A1

DE4218806A1 - Mesa LED with n-doped semiconductor substrate - has depressions formed over surface of p-doped epitaxial layer, pref. in edge region and extending to mesa flank

Info

Publication number: DE4218806A1
Application number: DE19924218806
Authority: DE
Inventors: Gerhard Birkenstock
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1992-06-06
Filing date: 1992-06-06
Publication date: 1993-12-09

Abstract

The LED pn junction (3) is formed by the n-doped substrate (1), on which a p-doped epitaxial layer (2) is deposited. In the latter surface distributed depressions (5) are formed, pref. in the edge region of the epitaxial layer, reaching as far as the mesa flank (6). The depressions may be directly adjacent and may be of a hemispherical shape. Alternately they are formed as strips and grooves. They are typically formed by chemical or physical material removal from the epitaxial layer surface (4). ADVANTAGE - Increased light yield.

Description

Bei der Herstellung der Lumineszenz-Halbleiterelemente von Mesa-Lumineszenz-Dioden (Mesa-LEDs) - beispiels weise Infrarot-Dioden oder Grünlicht-emittierende Di oden - wird zur Bildung eines PN-Übergangs auf ein N-dotiertes Substrat eine P-dotierte Epitaxieschicht abgeschieden. Durch Grabenätzung werden die Mesastruk turen erzeugt, die Lumineszenz-Halbleiterelemente ent lang der Mesagräben vereinzelt und unter Verwendung eines Reflektors in ein Gehäuse eingebaut.In the manufacture of the luminescent semiconductor elements of mesa luminescence diodes (mesa LEDs) - for example as infrared diodes or green light-emitting di oden - is used to form a PN transition to a N-doped substrate a P-doped epitaxial layer deposited. By trench etching, the mesastruk tures generated, ent the luminescence semiconductor elements isolated along the mesa trenches and using of a reflector built into a housing.

Bei Stromfluß durch die Lumineszenz-Halbleiterelemente wird Licht emittiert, wobei die vom Brechungsindex und von geometrischen Faktoren abhängige Austrittsoberflä che entscheidend für die Licht- bzw. Strahlungsausbeute ist.When current flows through the luminescent semiconductor elements light is emitted with the refractive index and exit surface dependent on geometric factors decisive for the light or radiation yield is.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mesa-Lumineszenz-Halbleiterelement gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1 mit vergrößerter Lichtaus beute anzugeben.The invention is based on the object Mesa luminescence semiconductor element according to the Oberbe handle of claim 1 with enlarged light specify prey.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the feature in Characteristic of claim 1 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Advantageous further developments of the invention result from the subclaims.

Die in die Oberfläche der Epitaxieschicht, d. h. in die Mesa-Oberfläche eingebrachten Vertiefungen entsprechen in ihrer Funktionsweise "Mikroreflektoren", die die Oberfläche der Epitaxieschicht vergrößern. Daher steht gegenüber konventionellen Lumineszenz-Halbleiterelemen ten mehr Oberfläche für den Licht- bzw. Strahlungsaus tritt zur Verfügung, die Austrittswahrscheinlichkeit des Lichts bzw. der Strahlung steigt an, so daß bei einem bestimmten Stromfluß mehr Licht bzw. Strahlung aus der LED austreten kann.The in the surface of the epitaxial layer, i.e. H. in the Corresponding recesses in the mesa surface in their functioning "microreflectors" that the Enlarge the surface of the epitaxial layer. Therefore stands compared to conventional luminescence semiconductor elements more surface for light or radiation exposure occurs the probability of exit of light or radiation increases, so that at a certain current flow more light or radiation can emerge from the LED.

Die Vertiefungen werden in flächiger Verteilung vor zugsweise jeweils unmittelbar aneinandergrenzend ange ordnet und befinden sich überwiegend im Randbereich der Mesa-Oberfläche, wo sie sich bis an den Rand der Me saflanke erstrecken. Hergestellt werden die Vertiefun gen (beispielsweise Löcher/Ätzgruben oder Rillen) durch physikalisches oder chemisches Abtragen der Oberfläche der Epitaxieschicht; beispielsweise können sie durch chemische Ätzung mittels einer Maske in die Epitaxie schicht eingebracht werden, wobei die Tiefe der "Reflektoren" abhängig von der Geometrie der Maske ist. Durch die Vergrößerung der Lichtausbeute kann die Struktur der LEDs verkleinert werden, wodurch die Her stellung der LEDs billiger wird.The wells are presented in a flat distribution preferably directly adjacent to each other organizes and is mostly in the marginal area of the Mesa surface, where it extends to the edge of the me stretch saflanke. The recesses are made conditions (for example holes / etching pits or grooves) physical or chemical removal of the surface the epitaxial layer; for example, you can by chemical etching into the epitaxy using a mask be introduced, the depth of the "Reflectors" is dependent on the geometry of the mask. By increasing the light output, the Structure of the LEDs can be reduced, which means the Her position of the LEDs becomes cheaper.

Weiterhin soll die Erfindung anhand des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels be schrieben werden.Furthermore, the invention will be described with reference to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 be.

Die Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht und die Fig. 2 im Schnitt ein vereinzeltes Mesa-Lumines zenz-Halbleiterelement, bei dem auf einem N-dotierten Substrat 1 eine P-dotierte Epitaxieschicht 2 zur Bil dung des PN-Übergangs 3 angeordnet ist. In der Mitte der Epitaxieschicht 2 ist auf deren Oberfläche 4 ein Metallisierungsfleck 8 vorgesehen, auf dem ein Bond draht 7 zur Kontaktierung des Lumineszenz-Halbleiter elements angebracht ist; vom Metallisierungsfleck 8 weg erstrecken sich auf der Oberfläche 4 der Epitaxie schicht 2 Metallisierungsfinger 9, die zur großflächi gen Kontaktierung des Lumineszenz-Halbleiterelements dienen. In die Oberfläche 4 der Epitaxieschicht 2 sind - abgesehen vom Bereich des Metallisierungsflecks 8 und der Metallisierungsfinger 9 - ganzflächig Vertiefun gen 5 eingebracht, die halbkugelförmige Gestalt besit zen und bis zum äußeren Rand der Epitaxieschicht 2, das heißt bis zur Mesaflanke 6 reichen. Fig. 1 shows a perspective view and Fig. 2 in section an isolated mesa-luminescence semiconductor element, in which a P-doped epitaxial layer 2 is arranged on an N-doped substrate 1 to form the PN junction 3 . In the middle of the epitaxial layer 2 , a metallization spot 8 is provided on the surface 4 thereof, on which a bonding wire 7 is attached for contacting the luminescence semiconductor element; extend from the metallization spot 8 on the surface 4 of the epitaxial layer 2 metallization fingers 9 , which are used for contacting the luminescence semiconductor element with a large surface area. In the surface 4 of the epitaxial layer 2 - apart from the area of the metallization spot 8 and the metallization finger 9 - recesses 5 are introduced over the entire surface, the hemispherical shape possesses zen and extend to the outer edge of the epitaxial layer 2 , that is to say to the mesa flank 6 .

Das N-dotierte Substrat - beispielsweise aus Gal lium-Phosphid - besitzt eine quaderförmige Gestalt mit der quadratischen Grundfläche von 290 µm × 290 µm und der Höhe (Substratdicke) von 265 µm, auf dem die Mesa struktur mit einer Mesa-Basisfläche von 260 µm × 260 µm, einer Mesahöhe von 15 µm und einem Me sawinkel von ca. 60° angeordnet ist. Die P-Epitaxieschicht 2 besteht beispielsweise aus Gal lium-Phosphid und ist in einer Dicke von beispielsweise 10 µm auf das N-Substrat 1 aufgebracht. Auf die Ober fläche 4 der Epitaxieschicht 2 ist im Zentrum der Me tallisierungsfleck 8 mit einem Durchmesser von 100 µm aufgebracht; von diesem aus erstrecken sich vier Metal lisierungsfinger 9 mit jeweils 25 µm Länge, wobei die äußeren Enden der Metallisierungsfinger 9 jeweils 140 µm voneinander entfernt sind. In die Oberfläche 4 der Epitaxieschicht 2 werden mittels einer strukturier ten Maske durch einen chemischen Ätzprozeß ca. 80 Vertiefungen mit einem Durchmesser von 6 µm und einer Tiefe von 3 µm ganzflächig aufgebracht. The N-doped substrate - for example made of gallium phosphide - has a cuboid shape with a square base of 290 µm × 290 µm and a height (substrate thickness) of 265 µm, on which the mesa structure with a mesa base area of 260 µm × 260 µm, a mesa height of 15 µm and a measuring angle of approximately 60 ° is arranged. The P epitaxial layer 2 consists, for example, of gal lium phosphide and is applied to the N substrate 1 in a thickness of, for example, 10 μm. On the upper surface 4 of the epitaxial layer 2 , the tallization spot 8 with a diameter of 100 μm is applied in the center; from this extend four metal lierungsfinger 9 each 25 microns in length, the outer ends of the metallization 9 are each 140 microns apart. In the surface 4 of the epitaxial layer 2 approximately 80 wells with a diameter of 6 microns and a depth of 3 microns are applied over the entire surface by means of a structured mask by a chemical etching process.

Abweichend von dem vorgestellten Ausführungsbeispiel können jedoch Anzahl, Geometrie, Tiefe und Anordnung der Vertiefungen sowie das Herstellungsverfahren je nach gewünschtem Anwendungsfall bzw. Verwendungszweck variabel gewählt werden.Deviating from the presented embodiment can, however, number, geometry, depth and arrangement of the wells and the manufacturing process each according to the desired application or purpose can be chosen variably.

Claims

1. Mesa-luminescence semiconductor element with an N-doped substrate ( 1 ), on which a P-doped epitaxial layer ( 2 ) is deposited to form a PN junction ( 3 ), characterized in that the surface ( 4 ) of the Epitaxial layer ( 2 ) in a flat arrangement of depressions ( 5 ) are introduced.

2. Luminescence semiconductor element according to claim 1, characterized in that the depressions ( 5 ) are arranged in the essential area in the edge region of the epitaxial layer ( 2 ).

3. luminescence semiconductor element according to claim 1 or 2, characterized in that the depressions ( 5 ) extend to the mesa flank ( 6 ).

4. luminescence semiconductor element according to one of claims 1-3, characterized in that the gene gene ( 5 ) directly adjoin each other.

5. luminescence semiconductor element according to any one of claims 1-4, characterized in that the gene gene ( 5 ) have a substantially hemispherical shape.

6. Luminescence semiconductor element according to one of claims 1-4, characterized in that the gene gene ( 5 ) are formed as strips / grooves.

7. luminescence semiconductor element according to one of claims 1 to 6, characterized in that the recesses gene ( 5 ) by chemical or physical removal in the surface ( 4 ) of the epitaxial layer ( 2 ) are introduced.

8. luminescence semiconductor element according to claim 7, characterized in that the recesses ( 5 ) are brought into the epitaxial layer ( 2 ) by means of chemical mask etching.

9. luminescence semiconductor element according to claim 8, characterized in that the depth of the gene gene ( 5 ) is selected depending on the geometry of the mask.