DE19807758A1

DE19807758A1 - Lichtemittierendes Element mit verbesserter Lichtextraktion durch Chipformen und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE19807758A1
Application number: DE19807758A
Authority: DE
Inventors: Michael R Krames; Jun Fred A Kish; Tun S Tan
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Lumileds Holding BV
Priority date: 1997-06-03
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2018-02-25
Also published as: US6323063B2; KR19990006588A; GB9811180D0; KR100753710B1; JP2006135360A; KR100745229B1; TW360984B; US6570190B2; US20010000410A1; US6229160B1; DE19807758B4; US20010000209A1; KR20070042938A; DE19861386B4; JPH10341035A; GB2326023A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Prozeß des Entwerfens und Herstellens von lichtemittierenden Halblei terelementen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Verbessern des Lichtextraktionswirkungsgrads und auf das Erhöhen der Gesamtlichtausgabe dieser Elemente.

Der Extraktionswirkungsgrad von lichtemittierenden Halblei terelementen (LEDs) ist durch den großen Kontrast zwischen den optischen Brechungsindizes von Halbleitermaterialien (n_s ∼ 2,2 bis 3,6) und denen der umgebenden Medien, typischer weise Luft (n_a ∼ 1,0) oder optisch transparentem Epoxidharz (n_e ∼ 1,5) begrenzt. Diese große Brechungsindizesdifferenz bewirkt, daß Photonen innerhalb des Elements mit hoher Wahr scheinlichkeit vollständig intern reflektiert werden, wenn sie auf Grenzflächen zwischen dem Halbleiter und dem Umge bungsmedium fallen.

Um dies zu veranschaulichen, sei ein Würfel aus GaP (optisch transparent für Wellenlängen < 555 nm), der von Epoxidharz umgeben ist, betrachtet. Ein Photon λ < 555 nm innerhalb des GaP (n_s ∼ 3,3), der auf eine der sechs Grenzflächen mit dem Epoxidharz (n_e ∼ 1,5) auftrifft, muß in einem Winkel kleiner als Θ_c = ∼ 27° (bezüglich der Normalen) auftreffen, um nicht vollständig intern reflektiert zu werden, wobei dieser Pro zeß als TIR bezeichnet wird (TIR = Total Internal Reflec tion). Dieser begrenzte Winkelbereich, in dem eine Trans mission möglich ist, definiert einen "Austrittskegel" für das Photon. Wenn das Photon mit einer gleichen Emissions wahrscheinlichkeit aus dem GaP in einer beliebigen Richtung innerhalb von 4π Steradianen emittiert wird, beträgt die Wahrscheinlichkeit des Auftreffens auf eine der Grenzflächen innerhalb eines Austrittskegels 33%. Unter Berücksichtigung der Fresnel-Reflexion beträgt die Wahrscheinlichkeit für das Photon, damit es tatsächlich in das Epoxidharz transmittiert wird, 28,4%.

Kommerzielle LEDs sind nicht-ideale Elemente, die viele op tische Verlustmechanismen enthalten, z. B. eine Reabsorption der aktiven Schicht, eine Absorption innerhalb interner epi taxialer Schichten, eine begrenzte Reflektivität des ohm schen Kontakts, eine Absorption von freien Ladungsträgern innerhalb dotierter Regionen. Insbesondere können bei Ele menten mit Emissionsschichten mit niedrigem internen Quan tenwirkungsgrad die Verlustmechanismen aufgrund der aktiven Schicht das extrahierte Licht auf nur die Photonen begren zen, die aus dem Element austreten, ohne daß sie einen zwei ten Durchlauf durch die aktive Schicht nach der Emission vollführen. Dies bedeutet eine Grenze für den erreichbaren Extraktionswirkungsgrad solcher Elemente auf nicht mehr als 28,4% (basierend auf der obigen Berechnung). Anschaulich dargestellt beträgt der Absorptionskoeffizient für einen Band-zu-Band-Prozeß bei der Emissionswellenlänge etwa 10⁴ cm^-1. Ein Photon, das einen einzigen Durchlauf durch eine Emissionsschicht mit einer typischen Dicke von 1 µm voll führt, wird mit einer Wahrscheinlichkeit von 63% absorbiert. Für ein Material mit niedrigem Quantenwirkungsgrad ist die Wahrscheinlichkeit einer Reemission als Photon relativ nied rig, beispielsweise ∼ 10%. Somit beträgt die Wahrscheinlich keit erster Ordnung, daß das anfängliche Photon absorbiert wird und in einen nicht-strahlenden Prozeß umgewandelt wird 57%. Das Problem wird durch andere Verlustmechanismen und durch die Tatsache verschärft, daß eine Mehrheit von Photo nentrajektorien mehr als nur die vertikale Dicke der aktiven Schicht durchlaufen. Somit ist ein großer Teil des Lichts, das aus dem Element austritt, Licht, das durch die Halblei ter/Umgebungs-Grenzflächen unmittelbar beim ersten Auftref fen auf eine solche Grenzfläche transmittiert wird. Dieses Licht ist ein Licht des "ersten Durchlaufs". Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm, das Licht des ersten Durchlaufs und bestimmte der vorher erwähnten Photonenverlustmechanis men und Austrittswege darstellt. "Mehrfach-Durchlauf"-Licht ist das Licht, das erst dann aus dem Chip austritt, nachdem es mehrmals die Oberflächen des LED-Chips getroffen hat.

Bestimmte Verluste können reduziert werden, indem die Dicke der lichtemittierenden aktiven Region und irgendwelcher an derer absorbierender Schichten verringert wird. Fundamentale Begrenzungen im Materialwachstum und der Bauelementephysik (z. B. Trägerbegrenzung, Zwischenflächenrekombination) be grenzen die minimale Dicke der aktiven Schicht, bei der ver nünftige Strahlungswirkungsgrade erreicht werden können. Die Auswahl der Dicke der aktiven Schicht (für ein Material mit niedrigem Strahlungswirkungsgrad) ist ein Kompromiß zwischen dem internen Strahlungswirkungsgrad und dem Extraktionswir kungsgrad. Elemente mit den höchsten erreichbaren Extrak tionswirkungsgraden entstehen aus Halbleiter-LED-Struktur entwürfen, die dafür sorgen, daß ein großer Teil des intern emittierten Lichts ein Licht des ersten Durchlaufs ist. In der Tat stehen selbst in Strukturen mit relativ hohem inter nen Quantenwirkungsgrad Verluste aufgrund ohmscher Kontakte und aufgrund einer Absorption freier Ladungsträger immer noch Entwürfen entgegen, die eine höhere Extraktion von Licht vom ersten Durchlauf bieten. Ein Lösungsansatz, um die Lichtextraktion zu verbessern, besteht darin, die Form oder Geometrie des Chips zu modifizieren.

Eine solche Form ist ein Element in der Form eines inver tierten abgeschnittenen Kegels, wobei der p-n-Übergang an oder nahe an (innerhalb mehrerer µm) der Abschneideebene positioniert ist, wie es von Franklin u. a. in Journal of Applied Physics, Bd. 35, 1153 (1964), offenbart ist. Das Element zeigt verbesserte Lichtemissionscharakteristika in der Vorwärtsrichtung und einen verbesserten externen Wir kungsgrad. Die geformten Seitenwände des kegelförmigen Ab schnitts lenken Licht, das auf diese Oberfläche einfällt, zu der oberen Oberfläche bei nahezu normalem Einfallswinkel um. In Infrared Physics 6,1 (1966) hat Carr bestimmt, daß es ei ne minimale obere Fensterhöhe gibt, über der der Wirkungs grad nicht länger zunimmt. Derselbe hat ferner einen optima len Winkel β_m = (π/2 - Θ_c)/² vorgeschlagen, wobei Θ_c der kritische Winkel für die totale interne Reflexion ist, wobei der optimale Winkel einen maximalen Wirkungsgrad liefern soll. Diese Analyse vernachlässigt die interne Absorption und Sekundärreflexionen. Das gemessene Licht wird nur von der oberen Oberfläche des Elements emittiert. Für Anwendun gen mit hohem Fluß sind diese Elemente (Franklin u. a. und Carr) darin suboptimal, daß sie kein Seitenlicht verwenden, das 40% oder mehr des gesamten extrahierten Lichts einer LED ausmachen kann. Ebenfalls verwendet ein solches Element kei nen Heteroübergang und würde einen reduzierten Injektions wirkungsgrad bei Zimmertemperatur erleiden, wenn derselbe mit den veröffentlichten Daten bei T = 77 K verglichen wird. Ferner ist das obere Extraktionsfenster für dieses Element mit Homoübergang nicht transparent für einen wesentlichen Teil der Photonen, die innerhalb der p-n-Übergang-Aktivre gion erzeugt werden. Da der interne Quantenwirkungsgrad von GaAs-LEDs typischerweise nahe bei 100% liegt (besonders bei T = 77 K), zeigt der relativ niedrige gemessene Wert des ex ternen Quantenwirkungsgrads (< 10% in Luft), daß das Weglas sen der Seitenlichtsammlung und die schlechte Transparenz zu einem wesentlich reduzierten Extraktionswirkungsgrad bei diesem Elemententwurf beitragen.

In "Sov. Phys. Tech. Phys. 23, 476 (1978)" offenbarten Alfe rov u. a. eine andere geformte LED mit einer Doppelmesa struktur, die den Extraktionswirkungsgrad verbessert, indem Abprallwege geschaffen werden, die die aktive Region und die hintere Oberfläche des Elements vermeiden, und zwar für ein Mehrfach-Durchlauf-Licht. Ein Mesaätzen der Seitenwandober flächen erlaubt keine Steuerung bezüglich des Winkels der Seitenwände, welcher ein wichtiger Parameter für die Licht extraktion und die Chipkosten ist. Ebenfalls zeigt das Dop pelmesaelement ein Flächen-Verhältnis von der oberen Ober fläche zu der aktiven Fläche in der Größenordnung von 9 oder mehr. Dieses Flächen-Verhältnis ist die Anzahl von Elemen ten, die pro Einheitsfläche auf einem Wafer erhalten werden können. Da die Reduktion des Flächenertrags (∼ 9 ×) wesent lich größer als der betrachtete Gewinn im Extraktionswir kungsgrad (< 3 × im Vergleich zu herkömmlichen Geometrien) ist, ist dieser Elementlösungsansatz für eine kosteneffekti ve hochvolumige Herstellung nicht geeignet.

In dem U.S.-Patent Nr. 5,087,949, das am 11. Februar 1992 erteilt wurde, offenbarte Haitz eine LED mit diagonalen Sei ten für eine verbesserte Lichtextraktion. Die aktive Schicht in den LEDs ist nahezu neben der Basis mit größerer Fläche (von dem imaginären Scheitelpunkt der Pyramidenform weg) po sitioniert. Folglich profitieren lichtemittierende Regionen in der Nähe des Umfangs der aktiven Schicht nicht so von den angewinkelten Seiten wie es in den mittleren Regionen der aktiven Schicht ist. Daher sind die Gewinne im effektiven Extraktionswirkungsgrad bei einem solchen Element begrenzt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein lichtemittierendes Halbleiterelement und ein Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterelements zu schaffen, um auf wirtschaftliche Art und Weise lichtemittie rende Elemente mit verbessertem Extraktionswirkungsgrad zu erhalten.

Diese Aufgabe wird durch ein lichtemittierendes Halbleiter element gemäß Anspruch 1 oder 14 und durch ein Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterelements gemäß Anspruch 19 gelöst.

Durch Formen eines lichtemittierenden Halbleiterelements (LED), derart, daß die Seitenoberfläche (die Seitenoberflä chen) in einem Winkel (in Winkeln) ausgerichtet ist (sind), die bezüglich der Richtung senkrecht zu der Ebene der licht emittierenden Schicht versetzt sind, wird die gesamte Licht extraktion erhöht. Durch Verwenden eines p-n-Heteroübergangs für einen hohen Injektionswirkungsgrad und durch Verwenden von transparenten Fenstern für eine optische Extraktion mit niedrigem Verlust, sowohl an der oberen als auch an den Sei tenoberflächen, werden hohe externe Gesamtquantenwirkungs grade erreicht. Schließlich sind die Elemententwürfe und Herstellungstechniken für eine hochvolumige Herstellung geeignet. Verfahren zum Schaffen von transparenten Fenstern mittels Wafer-Bonden und epitaxialem Neuwachstum erlauben ein genaues Positionieren des p-n-Übergangs und ermöglichen eine Steuerung sowohl über die Elementcharakteristika als auch über den Ertrag. Der bevorzugte Elemententwurf verbes sert den gesamten Extraktionswirkungsgrad, während ein ver nünftiger Grad an erhaltenen Elementen pro Einheitsfläche auf einem Wafer beibehalten wird.

Die Elementform liefert einen optischen Weg von der aktiven Schicht zu dem Umgebungsmedium, wodurch Begegnungen mit den optischen Verlustmechanismen, die innerhalb des Elements vorhanden sind, minimiert werden. Diese Funktion wird durch geformte Seitenwände erreicht, die Licht zu der oberen Ober fläche des Elements innerhalb des kritischen Winkels der Transmission in die Umgebung hin reflektieren, und wodurch ferner ermöglicht wird, daß TIR-Licht von der oberen Ober fläche aus den geformten Seitenwänden entweichen kann. Somit wird die Extraktion von Licht des ersten Durchlaufs erhöht. Während Licht zur Transmission in die Umgebung ausgerichtet wird, schaffen die geformten Seitenwände ferner auf inhären te Art und Weise ein relativ größeres Volumen aus Material mit niedrigem Verlust, durch das Photonen eine Anzahl von Malen laufen können, ohne daß sie der absorbierenden aktiven Schicht oder einem absorbierenden ohmschen Kontakt begegnen, d. h. der Raumwinkelquerschnitt der aktiven Schicht und des ohmschen Kontakts sind bezüglich des Falls eines herkömmli chen Chips reduziert. Ferner erfordert das geformte Element keine übermäßigen mehrfachen Durchläufe oder nicht vertret bar lange mittlere Fluglängen für Photonen innerhalb des Elements vor der Transmission, weshalb ein solches Element nicht so außerordentlich unter der Absorption von freien Ladungsträgern leidet.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen detaillierter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm, das Lichtwege in einem herkömmlichen lichtemittierenden Element darstellt;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungs beispiels;

Fig. 3 experimentelle Lichtextraktionsgewinne eines be vorzugten Ausführungsbeispiels;

Fig. 4 weitere experimentelle Lichtextraktionsgewinne ei nes bevorzugten Ausführungsbeispiels;

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbei spiel;

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein alternatives Ausführungs beispiel;

Fig. 7 ein Verfahren zum Erhöhen des Flächenertrags bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 Beziehungen zwischen dem Flußgewinn und den Chip kosten in mehreren bevorzugten Ausführungsbeispie len;

Fig. 9 Vorteile bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gegenüber dem Stand der Technik;

Fig. 10 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbei spiels; und

Fig. 11 ein alternatives Ausführungsbeispiel, das einen elektrischen Kontakt für sowohl p als auch n hat, wobei die Kontakte dieselbe Oberflächenausrichtung aufweisen.

Eine Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines lichtemittierenden Halbleiterelements LED ist in Fig. 2 gezeigt. Die LED umfaßt eine Heterostruktur, die eine Mehrzahl von dotierten Epitaxialschichten 10 vom p- und vom n-Typ aufweist, die auf einem Substrat, wie z. B. GaAs, GaP oder Saphir, aufgewachsen sind. Die p- und die n-Schicht sind angeordnet, um eine p-n-Übergangsregion in oder nahe bei einer aktiven Region 11 zu schaffen. Der resultierende Heteroübergang schafft einen hohen Injektionswirkungsgrad bei Zimmertemperatur und ist für Elemente in Hochleistungs anwendungen wesentlich. Die Flächenausdehnung der p-n-Über gangsregion definiert die aktive Elementfläche. Für Hoch- Fluß-Anwendungen ist die aktive Elementfläche vorzugsweise größer als 0,0968 mm² (150 mil²).

Das Wachstumssubstrat kann optional entfernt werden und mit tels Wafer-Bonden ersetzt werden (siehe beispielsweise U.S.-Patent Nr. 5,376,580, am 27. Dezember 1994 an Kish erteilt) oder neuaufgewachsen werden, um ein neues Substrat mit vorteilhaften Charakteristika zu schaffen. Dies ist wün schenswert, wenn das Wachstumssubstrat die Lichtwellenlänge absorbiert, die aus der aktiven Region emittiert wird. Bei der vorliegenden Erfindung kann Wafer-Bonden verwendet werden, um das Befestigen einer transparenten Fensterschicht mit beliebiger Dicke zu ermöglichen. Eine Schicht ist trans parent, wenn ihr optischer Absorptionskoeffizient geringer als 20 cm^-1 bei der Wellenlänge ist, die dem Substratener giebandabstand des Materials im aktiven Bereich entspricht.

Ein transparentes Substrat oder eine Schicht 12, ein Fenster zur Lichtextraktion (und Stromspreizung) ist die obere Fen sterschicht für das Element. Auf ähnliche Art und Weise kann eine Fensterschicht 13 zur Lichtextraktion (und Stromsprei zung) an den epitaxialen Schichten auf der Seite gegenüber der oberen Fensterschicht mittels Wafer-Bonden, epitaxialem Wachstum oder Neuwachstum angebracht werden, um die untere Fensterschicht zu werden. Diese Flexiblität ermöglicht es, daß die aktive Schicht beliebig innerhalb des Elements posi tioniert werden kann, wodurch die Möglichkeit erleichtert wird, einen Kompromiß zwischen dem Anstieg der Lichtausgabe und dem Ertrag an aktiver Fläche pro Einheitsfläche eines Wafers zu schaffen.

Obere und untere elektrische ohmsche Kontakte 14, 15, die an den Fensterschichten angebracht sind, erlauben die Injektion von Elektronen und Löchern in die p-n-Übergangsregion zur Rekombination und entsprechenden Erzeugung von Licht aus der aktiven Region. Für Hochleistungsanwendungen sollte der Wi derstand jedes Kontakts geringer als 2 Ohm sein. Vorzugswei se ist der spezifische Kontaktwiderstand jedes Kontakts ge ringer als 5 × 10^-5 Ohm-cm², um Kontakte mit niedrigem Wi derstand und kleineren Flächen zu schaffen. Dies ermöglicht es, die Verdeckung und Absorption, die durch die Kontakte bewirkt wird, zu minimieren. Der p- und der n-Typ-Ohmkontakt können in einer einzigen Oberflächenausrichtung des Elements hergestellt werden, um die Drahtbondverbindungen zu minimie ren, und um die Lichtverdeckung, die durch einen oberen Kon takt bewirkt wird, zu reduzieren.

Die obere Fensterschicht braucht nicht leitend sein und kann aus einem undotierten Halbleitermaterial, das kristallin oder polykristallin sein kann, oder aus einem amorphen Ma terial mit geeigneten Eigenschaften oder auch aus einer Mi schung, die aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Charakteristika besteht, bestehen. Das Material und die lichtemittierende Schicht haben vorzugsweise ähnliche Bre chungsindizes. Zusätzlich kann einer oder beide Kontakte an einer oder allen Seitenoberflächen des Elements hergestellt werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Seiten wände 16 des Primärfensters in einem Winkel (oder Winkeln) β bezüglich der vertikalen Richtung ausgerichtet, derart, daß das Flächenausmaß der oberen Oberfläche 17 größer als das der aktiven Elementfläche ist. Die Seitenwand bildet einen stumpfen Winkel bezüglich der Heterostruktur. β muß nicht als Funktion der Elementhöhe (wie in Fig. 2 gezeigt) kon stant sein, sondern kann durchgehend gemäß der Elementhöhe variieren, um in entweder teilweise oder vollständig konka ven oder konvexen Seitenwandformen zu resultieren. Die Sei tenwandausrichtung bewirkt, daß Licht, das auf die Seiten wände auftritt, in einen Austrittskegel an der oberen Ober fläche des Elements vollständig intern reflektiert wird, wie es durch einen Strahl 18 in Fig. 2 gezeigt ist. Der größte Teil des Lichts, der an der oberen Oberfläche vollständig intern reflektiert wird, wird in einen Austrittskegel an den Seitenwänden umgeleitet, was durch einen Strahl 19 veran schaulicht ist. Das Seitenlicht macht etwa 40% oder mehr des gesamten extern emittierten Lichts aus. Dies resultiert in einer Zunahme der Extraktion von Licht vom ersten Durchlauf.

Die relative Zunahme der Oberflächenfläche der Halbleiter/ Umgebung-Grenzflächen bezüglich zu der des oberen Kontakts oder der aktiven Region reduziert die Wahrscheinlichkeit, daß ein Photon an diesen Regionen absorbiert wird. Dieser letztere Effekt ist immer merkbarer, wenn der Winkel β und die Höhe h_T der transparenten oberen Fensterschicht erhöht werden. Obwohl die Gesamtlichtextraktion theoretisch mit zu nehmendem β und zunehmendem h_T zunimmt, entstehen praktische Begrenzungen bei der Auswahl von Werten dieser Parameter.

Um dies darzustellen, sind die bevorzugten Größenordnungen bei einer Fläche der aktiven Region von 508 µm × 508 µm (20 Millizoll × 20 Millizoll) für den Seitenwandwinkel β 20° bis 50° und für die Höhe des oberen Fensters h_T = 50,8 µm bis 381 µm (2 bis 15 Millizoll). Die oberen Grenzen für β und h_T werden ausgewählt, um einen vernünftigen Flächenertrag pro Wafer beizubehalten. Innerhalb dieser Geometrie ist es möglich, die Lichtextraktion von nach oben emittiertem Licht von der aktiven Schicht um einen Faktor von etwa 1,8 bezüglich eines herkömmlichen Elements zu verbessern. Wenn das nach unten emittierte Licht berücksichtigt wird, welches zu Anfang nicht denselben Effekt erfährt, liegt der Gesamt effekt der Lichtextraktion in der Größenordnung von 1,4. Für eine begrenzte Absorption in der aktiven Schicht und einem reflektierenden Rückkontakt wird ferner ein Gewinn des Ex traktionswirkungsgrads des oberen Fensters durch das nach unten emittierte Licht beobachtet, derart, daß die Gewinne im Vergleich zu herkömmlichen Elementen einen Faktor von 1,5 oder mehr erreichen können. Selbst dann, wenn die Absorp tion, die der lichtemittierenden Schicht zugeordnet ist, größer als 50% pro Durchlauf ist, kann nicht erwartet wer den, daß nach unten emittiertes Licht wirksam zu dem oberen Fenster hin umgelenkt wird. Es ist daher vorteilhaft, ein unteres Fenster 13 zur Lichtextraktion vorzusehen, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die Fensterschicht sollte dick genug sein, um es zu ermöglichen, daß eine nennbare Menge an Licht vom ersten Durchlauf aus den Seiten des Elements entweicht, während eine ausreichend große untere Oberfläche für die Befestigungsqualität und die Wärmesenkenwirkung machbar ist. Diese Schicht kann dickenmäßig in einem Bereich von 50,8 µm bis zu 254 µm (2 bis 10 Millizoll) liegen, und dieselbe beträgt vorzugsweise 10 bis 40% der seitlichen Breite der aktiven Region bezüglich ihrer Dicke. Die Entwurfsauswahl liefert ein wesentliches Auskoppeln von Licht durch die Seiten der unteren Schicht, während ein Aspektverhältnis beibehalten wird, das für mechanische Stabilität sorgt. Ein Praktiker in der Technik wird erkennen, daß alle Abmessungen mit der Fläche der aktiven Region skaliert sind. Dieses Konzept ist auf andere Geometrien ausdehnbar.

Experimentelle Beobachtungen der erhöhten Lichtausgabe aus geformten Elementen sind in Fig. 3 gezeigt. Diese Elemente haben einen quadratischen aktiven Bereich (in Fig. 5 ge zeigt) und vier Seitenoberflächen, die in einem Winkel von 35° bezüglich der Normalen (in Fig. 2 gezeigt) gewinkelt sind. Die Dicke des oberen Fensters (über der aktiven Re gion) beträgt etwa 200 µm, während die Dicke des unteren Fensters (unter der aktiven Region) etwa 50 µm beträgt. Lichtausgabegewinne von 1,4 × - 1,8 × werden für diese ge formten Elemente bezüglich herkömmlicher Elemente (mit einer rechteckigen quaderförmigen Geometrie) von demselben Wafer beobachtet. Alle Elemente wurden in Epoxidharz (n ∼ 1,5) ge kapselt. Aus Fig. 3 ist zu sehen, daß Gewinne in der relati ven Lichtausgabe für einen breiten Bereich von Wellenlängen beobachtet werden, während die absoluten Wirkungsgrade ein fach von der Auswahl des Startmaterials abhängen.

Für Elemente, bei denen die aktive Schicht sehr nahe (in nerhalb von 20% der Breite der aktiven Fläche in der Dicke) an der Unterseite des Elements ist, ist es wünschenswert, einen stark reflektierenden Rückkontakt bereitzustellen, um die höchsten Extraktionswirkungsgradgewinne zu erreichen. Experimentelle Daten bezüglich der Lichtausgabe von inver tierten, abgeschnittenen Pyramidenelementen sind in Fig. 4 gezeigt. Wenn ein legiertes AuZn in Vollschicht als Rückkon takt verwendet wird, leidet die Lichtausgabe aufgrund der schlechten Reflektivität, die durch einen solchen Kontakt geschaffen ist. Wenn statt dessen ein strukturierter AuZn-Rückkontakt (eine Flächenbedeckung von etwa 20%) in Verbin dung mit reflektierendem Ag-basiertem Chipbefestigungs epoxidharz (gesamte Winkeldurchschnittsreflektivität < etwa 50%) verwendet wird, wird die Gesamtlichtausgabe um etwa 20% erhöht.

Die Seitenansicht in Fig. 2 steht mit einer Vielzahl von Elementgeometrien in Einklang. Eine Draufsicht ist in Fig. 5 für eine quadratische oder rechteckige Basis gezeigt. Bei diesem Element in der Form einer invertierten abgeschnitte nen Pyramide existieren vier getrennte Seitenwände des Ele ments, die in einem Winkel (oder in Winkeln) β bezüglich der Vertikale ausgerichtet sind. Das Element kann hergestellt werden, indem der Elementwafer unter Verwendung eines Säge blatts mit einem gefasten ("V-förmigen") Schneideprofil ge sägt wird, um die Schräge für die Seitenwände zu definieren. Statt dessen kann das Element hergestellt werden, indem ein Abschnitt des Wafers maskiert wird, und indem die erwünschte Geometrie durch Sandstrahlen und durch Steuern der Winkel durch Variieren der Parameter der Sandstrahloperation gebil det wird. Ferner können die Winkel definiert werden, indem vorzugsweise entlang spezifizierter kristallographischer Ebenen geritzt wird, um eine bevorzugte Elementegeometrie zu bilden.

Ein weiteres Verfahren besteht darin, einen Abschnitt des LED-Wafers geeignet zu maskieren, und die Geometrie durch Trocken- oder Naßätzen zu bilden. Das kristallographische Wesen des Substrats kann in diesen Fällen wichtig sein. GaP mit einer (111)-Ausrichtung kann beispielsweise mit den Epi taxialschichten waferverbunden werden, um die obere Fenster schicht zu bilden. Dieses Material kann geätzt oder ge schlitzt werden, um gewinkelte Kristallflächen freizulegen, die die gewinkelten Seitenoberflächen für eine verbesserte Lichtextraktion bei einem lichtemittierenden Element schaf fen. Wenn es erwünscht ist, kann die Fensterschicht durch Wafer-Bonden unter Aufnahme eines Zwischenmaterials (trans parentem ITO, einer sehr dünnen Schicht aus AuGe oder AuZn) wafergebondet werden, um eine wafergebondete Grenzfläche zu ermöglichen, die leitfähig und vernünftig transparent ist. Die kristallographische Ausrichtung des Substrats wird aus gewählt, um eine vernünftige Steuerung über das Chipformen zu bewirken, ohne daß Kompromisse bezüglich anderer Element verhaltenscharakteristika eingegangen werden. Nach einem an fänglichen "rohen" Formprozeß kann es notwendig sein, "fei ne" Formprozesse zu verwenden, um an der schließlichen er wünschten Form anzugelangen und/oder sehr glatte Seitenwände zu erzeugen, die für ein korrekt funktionierendes Element erwünscht sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Element eine unterschiedliche Anzahl von geformten Seiten oberflächen haben, z. B. drei Oberflächen für ein Element in Form einer invertierten abgeschnittenen Dreieckpyramide. Ein photoelektrochemisches Ätzen kann ebenfalls verwendet wer den, um die Elemente entweder zu formen und/oder zu verein zeln. Viele Elementgeometrien werden gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung arbeiten, wobei eine ausgewählte Geometrie durch die Anforderungen einer spezifischen Ele mentanwendung und durch Kosten- und Herstellungs-Überlegun gen bestimmt wird.

Eine Draufsicht eines alternativen Ausführungsbeispiels ist in Fig. 6 gezeigt. Der invertierte abgeschnittene Kegel hat eine Basis, die kreisförmig ist (allgemein elliptisch). Dieses Element kann durch eine geeignete Verarbeitung des Materials durch irgendeines der vorher erwähnten Verfahren geformt oder approximiert werden. Das Strahlungsmuster aus dem konischen Element ist axial symmetrisch und eignet sich vorteilhafterweise zum Fokussieren oder Defokussieren beim Häusen oder bei einer Sekundäroptikanordnung.

Ein Element mit gewinkelten Seitenoberflächen zeigt eine Zunahme im Flächen-Verhältnis der maximalen Erstreckung des Elements (der oberen Fläche des Elements) relativ zu der aktiven Fläche. Für eine gegebene Auswahl einer aktiven Flä che resultiert dies in einer Reduktion der Anzahl von ver fügbaren Elementen pro Einheitsfläche auf einem Wafer (be züglich herkömmlicher Geometrien). Die Wichtigkeit liegt in der Tatsache, daß die epitaxialen Schichten, die die aktive Schicht und den p-n-Übergang aufweisen, typischerweise der stärkste Kostentreiber für den Wafer sind. Diese Flächener tragsreduktion nimmt zu, wenn die Höhe des oberen Fensters erhöht wird. Dieselbe nimmt ebenfalls zu, wenn der Seiten wandwinkel erhöht wird. Bei einem Wafer, der in Elemente in der Form einer invertierten abgeschnittenen Pyramide unter Verwendung einer gefasten Säge (in Fig. 7 gezeigt) geschnit ten wird, beträgt das Elementergebnis pro Wafer für ein Element in der Form einer invertierten abgeschnittenen Pyra mide mit β = 30° etwa 29% bezüglich eines herkömmlichen Ele ments, wenn die aktive Schicht 50 µm von der Oberseite des Wafers (während des Schneidens), der 250 µm dick ist (Posi tion 1) entfernt ist, und wenn der Schneideindex 500 µm be trägt. Ein Plazieren der aktiven Schicht näher an die untere Seite des Wafers während des Schneidens, z. B. 200 µm von der Waferunterseite (Position 2), erhöht den Elementflächen ertrag auf ungefähr 78%. Wenn der Übergang von der Un terseite des Elements wegbewegt wird, wird somit der Flä chenertragsverlust reduziert (wird die Anzahl von Elementen pro Wafer und somit die Kosteneffektivität dieses Elements erhöht). Natürlich kann der Extraktionswirkungsgrad des Ele ments ebenfalls reduziert werden, wenn die Höhe des oberen Fensters des Elements effektiv verringert wird. Die Verrin gerung des Wirkungsgrads durch die Plazierung des Übergangs wird jedoch weniger einschneidend sein, da die Absorption der aktiven Schicht reduziert ist (entweder durch Erhöhen des internen Quantenwirkungsgrads der aktiven Schicht oder durch Verringern der Dicke der aktiven Schicht), da Photonen mehr Durchläufe durch die aktive Schicht überleben können, bevor sie ohne Neuemission absorbiert werden. Beim Reduzie ren der Dicke der aktiven Schicht von 1,0 auf 0,1 µm läuft die Zunahme der Transmission pro Durchlauf (vertikal) von 37% bis zu 90%. Kosteneffektive Lösungen müssen die Über gangsplazierung, den Seitenwandwinkel, die Fensterhöhe (die Fensterhöhen) und den internen Wirkungsgrad der aktiven Fläche zusammen mit Verlustmechanismen, z. B. absorbierenden ohmschen Kontakten, für ein korrektes Elementedesign berück sichtigen. Dies ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung. Es wird bevorzugt, einen breiten Bereich der Steuerung über die Plazierung des Übergangs innerhalb des Elements zu haben. Ein Positionieren der Position des Übergangs erlaubt den Entwurf einer LED mit einer deutlichen Extraktionswir kungsgradverbesserung (< 1,4 ×), die an den zusätzlichen Herstellungskosten aufgrund des Verlusts an Ertrag an akti ver Fläche stärker angepaßt ist. Basierend auf den erwar teten Lichtausgabegewinnen (< 1,4 ×) wird bevorzugt, einen Flächenertrag größer als 33% beizubehalten.

Es existieren mehrere Argumente zum Beibehalten eines Flä chenertrags aufgrund des Chipformens, der größer als 33% ist. Zum Beispiel liegen typische Erträge für eine hochvolu mige Herstellung von LEDs in ausgereifter Technologie in dem Bereich von etwa 30 bis 50%. Es wird bevorzugt, einen Flä chenertrag beizubehalten, der zumindest mit den Erträgen von herkömmlichen LEDs ebenbürtig ist, derart, daß das Formen allein keine harte obere Grenze für erreichbare Verbesse rungen im Ertrag auferlegt. Zweitens wurden viele geformte LEDs mit Geometrien hergestellt, die Flächenerträgen größer als 33% entsprechen, und die Extraktionswirkungsgradgewinne größer als 1,4 × gegenüber herkömmlichen Elementen zeigen. Schließlich ist es für bestimmte Systemanwendungen akzep tabel, die Chipkosten zu verdreifachen und dafür einen 40%igen Gewinn im Wirkungsgrad zu haben, besonders wenn die Chipkosten nur einen Bruchteil der Gesamtkosten des Systems ausmachen.

In dem Kompromiß zwischen dem Ertrag und dem Extraktionswir kungsgrad ist eine kosteneffektive Lösung möglich, indem die Elementhöhe, der Seitenwandwinkel und die Übergangsposi tionsparameter verändert werden. Die Elementhöhe wird durch die Substratdicke, z. B. durch Sägen, Läppen, Polieren oder Ätzen oder durch die Anzahl von Malen des Schichtwachstums, gesteuert. Der Seitenwandwinkel wird durch die Herstellungs technik bestimmt und kann sehr gut definiert werden, bei spielsweise durch gefastes Sägen, durch photoelektrochemi sches Ätzen oder durch kristallographisches Ätzen. Die Über gangsposition wird durch die Anzahl von Malen des Wachstums zu einem bestimmten Grad (epitaxiale Fenster) gesteuert, wo bei jedoch der volle Bereich von Übergangspositionen einfa cher erreicht werden kann, indem die Dicke der waferverbun denen Schichten variiert wird. Die aktive Schicht kann bei spielsweise fast genau in der Mitte eines Elements mit einer Höhe von 203,2 µm (8 Millizoll) durch einfaches Wafer-Bonden von Substraten mit einer Höhe von 101,6 µm auf jeder Seite positioniert werden.

Eine Folge dieser Elementegeometrie auf den Gesamtflußgewinn (einschließlich des Flächenertrags) ist in Fig. 8 darge stellt. Hier ist entlang der y-Achse der experimentelle Ge samtflußgewinn (in Lumen) für LEDs in Form einer invertier ten abgeschnittenen Pyramide (β = 35°) geteilt durch das Flächen-Verhältnis der oberen Ausdehnung des Elements bezüg lich der aktiven Fläche aufgezeichnet. Dieses Flächen-Ver hältnis ist umgekehrt proportional zu der Anzahl von Elemen ten, die pro Wafer verfügbar sind, und ist somit direkt pro portional zu den Herstellungskosten des LED-Chips. Somit ist die y-Achse im wesentlichen das Verhältnis des Gesamtflußge winns als Funktion der Chipkosten bezüglich herkömmlichen Gegenstückelementen (mit vertikalen Seitenwänden), die alle mit derselben Stromdichte von 107,7 A/cm² getrieben werden. Die x-Achse ist das geometrische Aspektverhältnis (Höhe des oberen Fensters geteilt durch die Breite der aktiven Region) der Pyramiden-LEDs. Fig. 8 stellt den allgemeinen Trend des reduzierten Flusses pro Geldeinheit (MU; MU = Monetary Unit) dar, während das Aspektverhältnis des Elements zunimmt. Für eine feste Breite der aktiven Region schlägt der Trend vor, daß ein dünneres oberes Fenster eine günstigere Situation im Hinblick auf den Fluß pro MU schaffen wird. Das obere Fen ster muß dick genug sein, um die Extraktionswirkungsgradan forderungen der Anwendung zu erfüllen. Für das herkömmliche Element beträgt das Fluß/Kosten-Verhältnis 1,0 (dieser Wert wurde offensichtlich normiert!). Es existiert jedoch kein Gewinn beim Extraktionswirkungsgrad für das herkömmliche Element. Ebenfalls ist die Chipkostenzunahme übertrieben dargestellt, da ein Kerbschnittverlust, der der Herstellung herkömmlicher LEDs zugeordnet ist, vernachlässigt ist. Da ferner die Chipkosten nur einen Bruchteil der Kosten einer fertigen LED-Lampe darstellen, ist die Fluß-pro-MU-Situation in der Tat viel besser (in Zahlen ausgedrückt) als es in Fig. 8 für die geformten LEDs dargestellt ist. Ein korrekter Elemententwurf muß die geeignete Mitte zwischen Fluß-pro-MU- und einem minimal erforderlichen Extraktionswirkungsgrad er reichen, die jedoch von Anwendung zu Anwendung variiert.

Fig. 9 stellt eine Verbesserung der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik dar. Die x-Achse ist das Flächen-Verhältnis der Ausdehnung der oberen Oberfläche ei nes Elements relativ zu der aktiven Fläche (proportional zu den Chipkosten). Die y-Achse ist der Extraktionswirkungsgrad geteilt durch das Flächenverhältnis, und dieselbe ist im we sentlichen ein Maß für die Kosten des Lichtausgabewirkungs grads bei einem Element (Lumen pro Ampere pro MU). Die zwei diamantförmigen Punkte stammen aus dem Stand der Technik und wurden unter Verwendung gemessener externer Quantenwirkungs grade (in Luft) als die Zahlen für den Extraktionswirkungs grad dargestellt (d. h. unter der Annahme eines 100%igen in ternen Quantenwirkungsgrads, was für diese Elemente und Testumgebungen vernünftig ist). Der dritte Datenpunkt (Qua drat- und Fehlerbalken) in Fig. 9 entspricht der vorliegen den Erfindung und stellt eine LED in der Form einer inver tierten abgeschnittenen Pyramide dar (β = 35°, h_T = 215,9 µm, AlInGaP-LED bei 636 nm). Da der interne Quantenwirkungs grad der AlInGaP-LED geringer als 100% ist (wie es in der Technik bekannt ist), wird der Extraktionswirkungsgrad aus experimentellen Lichtausgabegewinnen gegenüber herkömmlichen (rechteckigen, quaderförmigen) AlInGaP-LEDs aus demselben Material abgeschätzt. In diesem Fall hat das Element einen Extraktionswirkungsgrad in dem Bereich von etwa 18 bis 22% und per Entwurf ein Flächen-Verhältnis kleiner 3. Es sei an gemerkt, daß dieses Element eine verbesserte Beziehung zwi schen dem Wirkungsgrad und den Kosten bezüglich der bekann ten Elemente aufweist. Das von Alferov beschriebene Element würde, obwohl es einen hohen externen Quantenwirkungsgrad zeigt, übermäßige Chipkosten (< 9 ×) basierend auf der aus gewählten Geometrie haben. Das Element von Franklin u. a. verwendet eine akzeptable Geometrie im Hinblick auf die Chipkosten, dasselbe weist jedoch einen schlechten externen Quantenwirkungsgrad aufgrund des Mangels an Seitenlichtex traktion und aufgrund der mangelhaften Fenstertransparenz auf. Es ist offensichtlich, daß Elemententwürfe innerhalb der vorliegenden Lehren in einer wesentlichen Verbesserung der Beziehung zwischen dem Wirkungsgrad und den Kosten re sultieren und wesentliche Auswirkungen auf die Verwendung von LEDs in vielen Anwendungen haben.

Fig. 10 stellt eine Seitenansicht eines weiteren Ausfüh rungsbeispiels dar. Die geformten Seitenwände sind mit einem stark reflektierenden Dünnfilm beschichtet, der metallisch oder dielektrisch oder eine Kombination derselben sein kann, um zu verhindern, daß Licht aus den Seitenoberflächen des Elements austritt, und um Licht zu unterstützen, das durch die obere Oberfläche austritt. Der optische Entwurf für das Packungsschema ist einfacher, da das gesamte Licht aus einer einzigen planaren Oberfläche emittiert wird. Die optische Packung erfordert keine stark reflektierende Befestigungs oberfläche für die LED, da sich kein nach hinten ausbreiten des Licht in der LED befindet, das umgeleitet werden muß. Ferner kann ein Abschnitt der reflektierenden Dünnfilmbe schichtung einer der ohmschen elektrischen Kontakte zu dem Element sein, um eine Drahtbondbefestigung an einem oberen Kontakt an der oberen Oberfläche des Elements zu beseitigen. Dies reduziert Zuverlässigkeitsprobleme, die dem Drahtbonden zugeordnet sind, entfernt den Drahtbondschritt aus dem Her stellungsprozeß und beseitigt die Verdeckung eines oberen Kontakts gegenüber Licht innerhalb des Elements. Dieses Kon taktierungsschema kann transparentes ITO als ohmschen Kon takt umfassen, welches anschließend mit einer dielektrischen oder mit einer Metallschicht bedeckt wird, um eine starke Reflektivität zu schaffen. Alternativ können die geformten Seitenoberflächen mit einer antireflektierenden Beschich tung, typischerweise einem dielektrischen (z. B. SiO₂, Si₃N₄, Al₂O₃) Dünnfilm oder einem Mehrschichtstapel aus di elektrischen Filmen, beschichtet sein, wie es in der Technik bekannt ist oder in dem Handbook of Optics von Driscoll u. a. (McGraw-Hill, New York, 1978), Abschnitte 8.1 bis 8.124, offenbart ist.

Fig. 11 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem die elektrischen Kontakte zu beiden Seiten des p-n-Übergangs auf den unteren Befestigungsoberflächen des Ele ments gebildet sind. Hier existiert keine Verdeckung eines oberen Kontakts und keine Anforderung nach einer Drahtver bindung zum Bilden eines Stromwegs in dem gehäusten Element. Die Kontaktgeometrie und das Stromspreizen ist derart, daß eine vernünftig gleichmäßige Injektion in die aktive Schicht erreicht wird. Da kein Leitungsweg durch die obere Fenster schicht erforderlich ist, muß die obere Fensterschicht nicht dotiert sein. Diese Schicht braucht kein Halbleiter sein, sondern kann irgendein transparentes Material sein, das an den epitaxialen Schichten angebracht ist, um eine optische Grenzfläche für eine Lichtextraktion aus der aktiven Region des Elements zu bilden.

Claims

1. Lichtemittierendes Halbleiterelement mit folgenden Merkmalen:
einer mehrschichtigen Heterostruktur mit einer ersten Seite;
einem p-n-Übergang (11) innerhalb der mehrschichtigen Heterostruktur, der einen aktiven Bereich des Elements definiert;
Metallkontakten (14, 15), die mit dem p-n-Übergang elektrisch verbunden sind; und
einem primären transparenten Fenster (12), das an die erste Seite anstößt, und das eine obere Fläche des Ele ments und eine durchgehende Seitenoberfläche aufweist, die in einem stumpfen Winkel bezüglich der mehrschich tigen Heterostruktur angeordnet ist.

2. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß Anspruch 1, bei dem die aktive Elementfläche der p-n-Übergangsre gion größer als 0,0968 mm² (150 Quadratmillizoll) ist.

3. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schicht des primären transparenten Fensters (12) eine Dicke zwischen 50 und 250 µm auf weist.

4. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der stumpfe Winkel zwischen 20 und 50° liegt.

5. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die obere Fläche des Elements aus einer Gruppe ausgewählt ist, die ein Qua drat, einen Kreis und ein Dreieck umfaßt.

6. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verhältnis der oberen Fläche zu der aktiven Fläche des Elements klei ner als 3 ist.

7. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das primäre transpa rente Fenster (12) ein Substrat ist.

8. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner ein sekundäres transparentes Fenster (13) aufweist, das an eine zweite Seite der mehrschichtigen Heterostruktur anstößt, wobei die zweite Seite parallel zu der ersten Seite ist.

9. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß Anspruch 8, das ferner einen Reflektor aufweist, der an dem sekun dären transparenten Fenster angebracht ist, und der ei ne Winkeldurchschnittsreflektivität größer als 50% auf weist.

10. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem das sekundäre transparente Fenster (13) eine Dicke zwischen 50 und 250 µm hat.

11. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner ein stark reflek tierendes Metall auf der Seitenoberfläche aufweist, derart, daß die Reflektivität innerhalb des primären transparenten Fensters größer als 80% ist.

12. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen oder mehrere elektrische Kontakte (14, 15) aufweist, die auf der Un terseite des primären transparenten Fensters positio niert sind.

13. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Reflektor, der an einer zweiten Seite der Heterostruktur ange bracht ist, mit einer Winkeldurchschnittsreflektivität größer als 50% aufweist.

14. Lichtemittierendes Halbleiterelement mit folgenden Merkmalen:
einer mehrschichtigen Heterostruktur mit einer ersten Seite;
einem p-n-Übergang (11) innerhalb der mehrschichtigen Heterostruktur, der eine aktive Fläche des Elements de finiert;
Metallkontakten (14, 15), die mit dem p-n-Übergang elektrisch verbunden sind;
einem primären transparenten Fenster (12), das an die erste Seite anstößt, und das eine obere Fläche des Ele ments und eine durchgehende Seitenoberfläche aufweist, die in einem stumpfen Winkel bezüglich der mehrschich tigen Heterostruktur angeordnet ist; und
einem Flächenertrag, wobei der Flächenertrag als das Verhältnis der aktiven Fläche zu der oberen Fläche des Elements definiert ist.

15. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß Anspruch 14, bei dem der Flächenertrag größer als 33% ist.

16. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß Anspruch 15, bei dem die Dicke des primären Fensters (12) kleiner als 250 µm ist.

17. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß Anspruch 15, bei dem der stumpfe Winkel kleiner als 50° ist.

18. Lichtemittierendes Halbleiterelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der spezifische Kon taktwiderstand zumindest eines Metallkontakts kleiner als 5 × 10^-5 Ohm-cm² ist.

19. Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halb leiterelements mit folgenden Schritten:
Herstellen einer mehrschichtigen Heterostruktur mit ei ner p-n-Übergangsregion und mit einer ersten Seite;
Anbringen eines primären transparenten Fensters an die erste Seite;
Herstellen eines elektrischen Kontakts mit dem p-n-Übergang; und
Definieren einer oberen Fläche des Elements durch For men der Seitenoberflächen des Primärfensters, derart, daß die Seitenoberflächen durchgehend und in einem stumpfen Winkel bezüglich der mehrschichtigen Hetero struktur angeordnet sind.

20. Verfahren gemäß Anspruch 19, bei dem der Schritt des Anbringens eines primären transparenten Fensters aus einer Gruppe ausgewählt ist, die die Schritte des Wafer-Bondens und des epitaxialen Wachstums umfaßt.

21. Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 20, das ferner den Schritt des Anbringens eines sekundären transparenten Fensters an einer zweiten Seite der mehrschichtigen Heterostruktur umfaßt, wobei die zweite Seite parallel zu der ersten Seite ist.

22. Verfahren gemäß Anspruch 21, bei dem der Schritt des Anbringens eines sekundären transparenten Fensters aus einer Gruppe ausgewählt ist, die die Schritte des Wafer-Bondens und des epitaxialen Aufwachsens umfaßt.