Die Erfindung bezieht sich auf eine aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer sol¬ chen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Mischfarben-Sensor sowie auf ein die aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur enthaltendes Farbdisplay.

Eine aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur der oben genannten Art ist in einem Aufsatz von I. Ozden et al.: „A dual-wavelength indium gallium nitride quantum well light emitting diode" in Applied Physics Letters, Vol. 79, Nr. 16, 2001, S. 2532 - 2534, beschrieben. Dabei handelt es sich um eine monolithische, Zweifachwellenlängen (Blau/grün) lichtemittierende Diode (LED) mit zwei aktiven Indium-Gallium- Nitrid/Galliumnitrid (InGaN/GaN) Mehrfachquantentopf-Segmenten. Die Segmente sind Teil einer einzelnen vertikalen Epitaxialstruktur, in der ein p /n /InGaN/GaN Tunnelübergang zwischen den LED's eingefügt ist. Die Segmente emittieren jeweils bei 470 nm und 535 nm.

Die EP-A-I 403 935 offenbart eine lichtemittierende Diode mit einem ersten aktiven Bereich, einem zweiten aktiven Bereich und einem Tunnelübergang. Der Tunnelüber¬ gang umfasst eine Schicht aus einem ersten leitfähigen Typ und eine Schicht aus einem zweiten leitfähigen Typ, die beide dünner sind als eine Schicht eines ersten leitfähigen Typs und eine Schicht eines zweiten leitfähigen Typs, welche den ersten aktiven Be¬ reich umgeben. Der Tunnelübergang erlaubt die vertikale Stapelung der aktiven Berei¬ che, wodurch das durch das Element erzeugte Licht ohne Vergrößerung der Größe der Lichtquelle gesteigert werden kann.

Die EP-A-O 727 830 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittie¬ renden Diode (LED) mit einer Mehrzahl von Schichten umfassend angrenzende erste und zweite Schichten, die an einem Zwischenstück verbunden sind. Die Herstellung kann nach dem Waver-Bonding- Verfahren durchgeführt werden. Multiple LED- Strukturen können mit anderen Schichten verbunden werden, wenn die Zwischenschicht derart ausgebildet ist, dass eine hohe elektrische Leitfähigkeit durch das Element ge¬ währleistet ist. Der Dotierungstyp der Schichten der oberen LED-Struktur entspricht dem Dotierungstyp der Schichten der unteren LED-Struktur. Somit werden die beiden LED-Strukturen mit derselben Polarität zueinander angeordnet. Die miteinander zu ver¬ bindenden (Wafer-Boηding) Oberflächen sollten sehr hoch dotiert sein. Wenn die Struk¬ turen gebondet werden, wird ein hochdotierter Tunnelübergang mit entgegengesetzter Polarität der LED 's gebildet. Alternativ wird vorgeschlagen, dass der Tunnelübergang epitaktisch aufgewachsen wird.

Aus der WO-A-00/77861 ist eine aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur bekannt, umfassend eine Vielzahl auf verschiedene Wellenlängen selektive aktive Schichten, die in einem vertikalen Stapel auf einem Substrat angeordnet sind, so dass dem einfallenden Licht ermöglicht wird, die Schichten mit gleichförmig abfallenden Bandlücken zu durchqueren. Photonen unterschiedlicher Energie werden dabei selektiv absorbiert oder von den aktiven Schichten emittiert. Kontaktmittel sind separat an den äußeren Seiten jeder Schicht oder einem Satz von Schichten mit den gleichen Parametern angeordnet zum Abführen von Ladungen, die in den photonen-absorbierenden Schichten erzeugt werden und/oder Einleiten von Ladungsträgern in die photonenemittierenden Schichten. Einsatzzweck für dieses Element sind beispielsweise Displays oder Solarzellen.

Die EP-B-O 649 202 bezieht sich auf einen Halbleiterlaser und dessen Herstellungsver¬ fahren. Der Halbleiterlaser besteht aus einer Vielzahl von durch Löten derart überein¬ ander geschichteten Halbleiterchips, dass ihre Laserabstrahlungsoberflächen koplanar zueinander angeordnet sind, wobei jeder Laserchip ein Substrat mit darauf aufgebrach¬ ten Epitaxierschichten einschließlich einer aktiven Schicht aufweist. Aus der WO 99/57788 ist eine weitere lichtemittierende Halbleitereinrichtung der oben genannten Art bekannt. Dort wird eine zweifarbige Lichtemissions- Halbleitereinrichtung beschrieben, die zwischen ihrer Vorderseite und ihrer Rückseite eine erste oberflächenemittierende Lichtemissionsdiode mit einer ersten aktiven Zone, welche die Strahlung einer ersten Wellenlänge emittiert und einer zweiten oberflächen¬ emittierenden Lichtemissionsdiode mit einer zweiten aktiven Zone, welche die Strah¬ lung einer zweiten Wellenlänge emittiert, wobei zwischen beiden aktiven Zonen eine erste Reflektionsschicht angeordnet ist, die für die ersten Wellenlänge reflektierend und für die zweite Wellenlänge durchlässig ist. Ferner ist vorgesehen, dass zwischen der zweiten aktiven Zone und der Rückseite eine zweite Reflektionsschicht angeordnet ist, die für die zweite Wellenlänge reflektierend ist. Die Reflektionsschichten bewirken eine bessere Ausnutzung des in Richtung auf die Rückseite aufgestrahlten Lichtes beider Dioden und sind vorzugsweise aus einem Mehrfachschichtsystem aus Schichten mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex gebildet, wobei die Schichten vor¬ zugsweise aus einem Gitter angepassten Halbleitermaterial aufgebaut sind.

Bei der bekannten Halbleitereinrichtung sind die aktiven Zonen auf zwei gegenüberlie¬ genden Oberflächen eines Substrates aufgebracht, so dass eine von der unteren aktiven Zone emittierte Lichtstrahlung das Substrat sowie zumindest eine Reflektionsschicht durchqueren muss, wodurch optische Verluste möglich sind. Des Weiteren sind mit der bekannten Lichtemissionshalbleitereinrichtung lediglich zwei Lichtstrahlungen erzeug¬ bar. Dem Einsatz als Farbdisplay sind damit Grenzen gesetzt.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur sowie ein Verfahren zur Herstellung einer sol¬ chen derart weiterzubilden, mit der die Nachteile des Standes der Technik behoben werden. Insbesondere soll eine lichtemittierende Halbleitereinrichtung sowie ein Ver¬ fahren zur Herstellung einer solchen derart weitergebildet werden, dass die Lichtaus¬ beute verbessert, das Herstellungsverfahren vereinfacht und mehrere Photonen- Emissions-Peaks unterschiedlicher Wellenlänge innerhalb eines Halbleitermaterials erzeugbar sind. Das Problem wird erfindungsgemäß durch eine erste Ausführungsform dadurch gelöst, dass die Halbleiterstruktur als eine definiert viele Lichtwellenlängen emittierende oder absorbierende Multiwavelenght-Diode ausgebildet ist dass zwischen der unteren aktiven Zone und der oberen aktiven Zone ein oder mehrere weitere aktive Zonen epitaktisch aufgewachsen sind, dass die unterste aktive Zone eine geringe energetische Bandlücke aufweist, wobei die folgenden aktiven Zonen jeweils eine höhere energetische Bandlü¬ cke aufweisen, als eine vorherige aktive Zone und dass die zum Aufwachsen bzw. Epi¬ taxieren der Trenndioden bzw. Tunneldioden verwendeten Halbleitermaterialien entwe¬ der einen indirekten Bandübergang aufweisen oder eine energetische Bandlücke, die jeweils etwas höher liegt als die der darunter liegenden verwendeten Halbleitermateria¬ lien.

Mit der erfindungsgemäßen lichtemittierenden Halbleitereinrichtung, die auch als MuI- ti-Wavelength-Diode bezeichnet werden kann, können mehrere Photonen-Emissions- Peaks unterschiedlicher Wellenlänge innerhalb eines Chips erzeugt werden. Das Prinzip beruht darauf, dass auf einem geeigneten Substrat epitaktische Halbleitermaterialien aufgewachsen werden. Die lichtemittierenden, als pn- oder np-Übergänge ausgebildeten aktiven Zonen werden in dem Chip von unten nach oben seriell verschaltet. Dabei er¬ folgt die Verschaltung epitaktisch über Trennschichten wie beispielsweise Trenndioden, die als niederohmige Widerstände verwendet werden. Diese Trenndioden bestehen aus einem np- oder pn-Übergang, an dem eine nur sehr geringe entgegengerichtete Span¬ nung abfällt.

Gemäß einer alternativen Ausfuhrungsform wird das Problem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Halbleiterstruktur als eine definiert viele Lichtwellenlängen emittieren¬ de oder absorbierende Multiwavelenght-Diode ausgebildet ist, dass zwischen der unte¬ ren aktiven Zone und der oberen aktiven Zone ein oder mehrere weitere aktive Zonen epitaktisch aufgewachsen sind, dass die unterste aktive Zone eine geringe energetische Bandlücke aufweist, wobei die folgenden aktiven Zonen jeweils eine höhere energeti¬ sche Bandlücke aufweisen, als eine vorherige aktive Zone und dass die Trennschicht als metallischer Kontakt ausgebildet ist. Die alternative Ausführungsform sieht vor, dass als Zwischenschicht ein leitfahiger, z. B. metallischer Kontakt für die serielle Verschattung eingesetzt ist.

Es ist vorgesehen, dass das Material des Substrates GaAs, Ge, InP, GaSb, GaP, InAs, Si, SiGe, SiC, SiGe : C, Saphir, Diamant ist.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Material der aktiven Zonen GaAs, GaInP (geei¬ gnete 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 oder eine oder mehrere dieser Materialien enthält.

Eine Bandemissionsdiode zeichnet sich durch folgenden Aufbau aus: ein GaAs- oder Ge-Substrat, eine auf das Substrat aufgewachsene GaAs-Diode (untere Diode), darüber in abwechselnder Reihenfolge eine auf die GaAs-Diode aufgewachsene Trenndiode wie GalnP-Trenndiode bzw. AlGaAs-Trenndiode gefolgt von einer auf die Trenndiode aufgewachsenen GalnP-Diode bzw. AlGaAs-Diode, wobei die Anzahl der Dioden (AZl - AZn) die Anzahl der Peaks einen Bandemissionsbereich definiert.

Der Bandemissionsbereich ist dadurch definiert, dass die Anzahl der Dioden, die An¬ zahl sowie deren Breite der Peaks einen zusammenliegenden Lichtemissionsbereich ausbildet, in der Art, wie er durch einen einzelnen Peak nicht erreicht werden könnte, somit einen resultierenden Emissionsbereich erhält.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass auf eine aktive Zone eine Absorptionsschicht mit gleichem Material der pn-Schicht der aktiven Zone aufgewachsen ist. Dies geschieht zum Zweck der Intensitätsanpassung von emittierten Licht der jeweiligen aktiven Zone im Falle der seriellen Verschaltung.

Auch können die einzelnen aktiven Zonen jeweils mit einem eigenen metallischen Kon¬ takt zum Anschluss einer Zuleitung versehen sein für den Fall, dass jede oder ausge¬ suchte einzelne aktive Zonen separat angesteuert werden sollen.

Eine Mischfarben-LED der Farbe braun mit nur einem Chip weist vorzugsweise folgen¬ den Aufbau auf: ein GaA- oder Ge-Substrat, eine auf das Substrat aufgewachsene untere aktive Zone aus z. B. GaInP (auch AlGaInP), deren geeignete Emissisonswellenlänge im roten Bereich liegt, eine erste auf die untere aktive Zone aufgewachsene Trenndiode aus GaInP oder AlGaInP, deren Bandenergie höher liegt als die der darunterliegenden aktiven Zone, eine auf die Trenndiode aufgewachsene mittlere aktive Zone aus AlInGaP, deren Emissionswellenlänge im gelben Bereich liegt, eine zweite Trenndiode und deren Bandenergie unter der Bandenergie der darun¬ ter liegenden aktiven Zone liegt und eine auf die zweite Trenndiode aufgewachsene obere aktive Zone aus AlInGaP, deren Emissionswellenlänge im grünen Bereich liegt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass eine Misch¬ farben-LED umfasst: ein GaAs- 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 aktive Zone (AZn) einen me¬ tallischen Kontakt (K) zur Verbindung mit einem elektrischen Anschluss auf¬ weist. Dabei kann vorgesehen sein, dass der zwischen den aktiven Zonen angeordneten Me¬ tallkontakt geklebt, gelötet, gedrückt, gebondet oder geschweißt ist.

Ein Teil der gewünschten Mischfarben werden durch 1 -Chip-Bauteile mit unterschiedli¬ chen aktiven Zonen mit Trenndioden erzeugt, ein zweiter Teil der gewünschten Misch¬ farben werden durch einen anderen Chip erzeugt, wobei die aktiven Zonen über eine metallische Verbindung zusammengefügt werden. Somit entsteht das gesamte Spektrum der gewünschten Mischfarben.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die untere aktive Zone aus einem AlInGaP-Material mit einer Wellenlänge von ca. 620 nm ist, dass die mittlere aktive Zone ein AlInGaP-Halbleitermaterial mit einer Wellenlänge von ca. 550 nm ist und dass die obere aktive Zone ein GalnN-Halbleitermaterial mit einer Wellen¬ länge im Bereich von ca. 400 bis 450 nm ist. Bei dieser Ausführungsform entsteht die Mischfarbe „weiß" aus einem einzigen Chip.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform bezieht sich darauf, dass die aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruktur als Mischfarben-Sensor ausgebildet ist, wobei die akti¬ ven Zonen als Photodioden ausgebildet sind. Ein bevorzugter Mischfarbensensor weist den folgenden Aufbau auf: ein GaAs- oder ein Ge-Substrat auf dessen Unterseite ein metallischer Kontakt und auf dessen Oberseite eine GaInP- oder AlInGaP-Photodiode aufgebracht wie aufgewachsen ist, dass auf der Photodiode eine np-Trenndiode aus einem AlInGaP-, AlGaAs- oder GalnP-Material aufgebracht ist, ein zweiter pn-Übergang aus einer AlInGaP-Photodiode, eine np-Trenndiode und ein dritter pn-Übergang als die GaAlN- oder AlGalnN-Photodiode.

Dabei ist vorgesehen, dass die erste Photodiode in einem Wellenbereich von λ = 600 nm bis 680 nm liegt, dass die mittlere Photodiode in einem Wellenbereich von λ = 550 nm liegt und dass die dritte Photodiode in einem Wellenbereich von λ = 400 nm bis 450 nm liegt, und somit ein 1-Chip Weißlicht- Analysator ist. Dabei ist jede der lichtdetektie- renden Photodioden mit einem metallischen Kontakt zum Anschluss einer elektrischen Leitung versehen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung als Mischfarbensensor, wobei die aktiven Zo¬ nen als Photodioden ausgebildet sind, kann eintreffendes Mischfarbenlicht selektiv in den dazugehörigen aktiven Zonen absorbiert werden, so dass ein in diesen generierter Strom selektiv abgegriffen werden kann.

Die Ausbildung als AlGalnN-Photodiode bietet den Vorteil, dass insgesamt ein Wei߬ licht-Detektor entsteht, der die drei Grundfarben blau, grün und rot in seiner Zusam¬ mensetzung der Intensität nach, d. h. über den generierten Strom in den jeweiligen akti¬ ven Zonen, analysieren kann.

Schließlich bezieht sich die Erfindung darauf, dass die aktive Zonen aufweisende Halb¬ leiterstruktur ein Farbdisplay bildet. Dabei kann das Farbdisplay aus einer Vielzahl von lichtemittierenden Halbleitereinrichtungen gemäß vorliegender Erfindung bestehen, wobei im Pixel des Farbdisplays einer lichtemittierenden Halbleitereinrichtung ent¬ spricht und wobei jeder Pixel und die entsprechenden Farben selektiv ansteuerbar sind.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kom¬ bination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von den Zeichnungen zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. Ia, b einen schematischen Aufbau einer Zwei-Peak-Diode mit zugehöriger Wellenlängen-Intensitätsverteilung ,

Fig. 2 eine Übersicht über Materialeigenschaften verschiedener Halbleitermate¬ rialien, Fig. 3a, b eine beispielhafte Bandemissionsdiode mit zugehöriger beispielhafter Wellenlängen-Intensitätsverteilung

Fig. 4a, b die beispielhafte Bandemissionsdiode gemäß Fig. 3 mit einer zwischen einer aktiven Zone und einer Trenndiode angeordneten Absorptions¬ schicht und beispielhaften Wellenlängen-Intensitätsverteilung,

Fig. 5 einen schematischen Aufbau einer beispielhaften Mehrfach- Wellenlängen-Diode mit explizit ansteuerbaren aktiven Zonen,

Fig. 6a, b einen schematischen Aufbau einer beispielhaften Mischfarben- Leuchtdiode (braun) mit beispielhafter Wellenlängen- Intensitätsverteilung,

Fig. 7a, b einen beispielhaften schematischen Aufbau einer Mischfarben- Leuchtdiode (weiß) mit beispielhafter Wellenlängen-Intensitätsverteilung,

Fig. 8a, b einen schematischen Aufbau eines beispielhaften Mischfarben-Sensors mit zugehöriger Wellenlängen-Intensitätsverteilung,

Fig. 9a, b einen schematischen Aufbau einer beispielhaften Mehrfach-Peak- Leuchtdiode mit Trenndioden-Kontakten bzw. Metallkontakten und bei¬ spielhaften Wellenlängen-Intensitätsverteilung,

Fig. 10 einen schematischen Aufbau einer Halbleiterstruktur mit getrennt ansteu¬ erbaren Diodenaufbauten,

Fig. 11 einen schematischen Aufbau einer Halbleiterstruktur mit getrennt ansteu¬ erbaren Diodenaufbauten und

Fig. 12 einen schematischen Aufbau eines Farbdisplays. Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer aktive Zonen AZ aufweisenden Halblei¬ terstruktur 10, die als Zwei-Peak-Leuchtdiode bezeichnet werden kann. Die Zwei-Peak- Diode 10 umfasst ein Substrat SUB, welches beispielsweise aus GaAs- oder Ge¬ Material besteht. Eine untere Oberfläche 12 des Substrates SUB ist mit einem metalli¬ schen Kontakt Kl versehen, wobei auf einer oberen Oberfläche 14 eine erste (untere) aktive Zone AZl als beispielsweise GaAs-Diode aufgewachsen ist. Über der unteren aktiven Zone AZl ist eine Trennschicht TDl als Trenndiode beispielsweise GaInP- Trenndiode angeordnet, die eine Dicke im Bereich von ca. 40 nm aufweist. Diese Trenndiode TD dient und wirkt wie ein als niederohmiger Verbindungswiderstand für die serielle Verschaltung der als pn-Übergang ausgebildeten unteren aktiven Zonen AZl . Über die Tunneldiode TD wird eine weitere, obere aktive Zone AZ2 gewachsen, die beispielsweise als GalnP-Diode ausgebildet ist. Der Fig. Ib ist eine beispielhafte spektrale Verteilung zu entnehmen, wobei ein erster Peak 16 im Bereich der Wellenlän¬ ge 680 nm liegt (GaInP) und ein zweiter Peak 18 im Bereich der Wellenlänge 870 nm (GaAs).

Die für den Aufbau der erfindungsgemäßen Halbleitereinrichtung verwendeten Halblei¬ termaterialien werden vorzugsweise nach folgenden Kriterien bestimmt:

- epitaktisches Wachstum auf dem Substrat SUB wird ermöglicht, - geeignete Bandlücke und geeignetes Dotierniveau, welches die gewünschte E- missionswellenlänge erzeugt, Der unterste pn-Übergang AZl weist die kleinste energetische Bandlücke für die Lichterzeugung auf, die darüber liegenden als pn-Übergänge ausgebildeten akti¬ ven Zonen AZl bis AZn weisen jeweils höhere energetische Bandlücken auf, da ansonsten die emittierte Strahlung der darunter liegenden Diode LEDl absor¬ biert wird, - die Bandlücke der Halbleitermaterialien, aus dem die Trenndiode TD hergestellt wird, sollte ebenfalls höher sein als die energetische Bandlücke der darunter lie¬ genden aktiven Zone AZx, da ansonsten auch dort Absorption stattfindet, wobei die Trenndiode TD idealerweise aus einem indirekten Halbleiterübergang be¬ steht, - epitaktisches, kristallines Wachstum der verwendeten Halbleitermaterialien auf die darunter liegende Schicht.

Eine in Fig. 1 a schematisch dargestellte aktive Zonen aufweisende Halbleiterstruk¬ tur 10 stellt die Grundlage dar, auf der eine Reihe von Gestaltungsmöglichkeiten aufgebaut werden können. So können z. B. Mehr-Peak-Dioden hergestellt werden, die auf einen bestimmten Anwendungsfall abgestimmt werden. Ferner können Bandemissionsdioden hergestellt werden, die von einer bestimmten Anfangswellen¬ länge zu einer bestimmten Endwellenlänge quasi kontinuierlich Licht emittieren. Des Weitern können Mischfarben-LED' s mit nur einem Chip hergestellt werden.

Im Folgenden werden weitere schematische Aufbauten von Multi-Wavelenght- Dioden erläutert.

Aus der beispielhaften epitaktischen Landkarte können beispielhaft geeignete Mate¬ rialsysteme entnommen werden. So kann das Substrat SUB beispielsweise als GaAs-Substrat oder als Ge-Substrat gewählt werden. Darauf eignen sich z. B. für ein epitaktisches Wachstum aktive Zonen AZ Materialien wie GaAs, GaInP (geeig¬ nete Kompositionen), AlGaAs (viele geeignete Kompositionen), GaInAs (geeignete Komposition), AlInGaP (viele geeignete Kompositionen) oder sogar GaAsN, GaN, InN, GaInN; GaInAlN ( geeignete Kompositionen), GaAlSb5 GaInAlSb, CdTe, HgTe, HgCdTe, CdS, ZuSe, InSb, AIP, AlAs, AlSb, InAs, AlSb, MgSe, MgS, 6HSiC, ZnTe, CdSe, GaAsSb, GaSb, InAsN, 4H-SiC, α - Sn, BN, BP, BAs, AlN, ZnO, ZnS, ZnSe, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, PbS, PbSe, PbTe.

Auch können andere Substrate SUB verwendet werden, wie z. B. InP, GaSb, InAs, Si, GaP, Diamant, Saphir, SiGe, SiC, SiGe : C und viele mehr.

In Fig. 3 ist rein schematisch der Aufbau einer beispielhaften Bandemissionsdiode 16 dargestellt. Die Bandemissionsdiode 16 umfasst ein Substrat SUB wie GaAs- oder Ge-Substrat mit einem unteren Kontakt Kl und einer auf dem Substrat aufge¬ wachsenen aktiven Zonen AZl als GaAs-Diode (untere Diode). Auf der LEDl ist ei¬ ne Trenndiode TD als niederohmiger Verbindungswiderstand für die serielle Ver¬ schattung zu der nächsten LED2 vorgesehen. Die Trenndiode TDl besteht aus Al- GaAs oder GaInP. Darüber wird die nächste aktive Zone AZ2 als pn-Übergang ge¬ wachsen (AlGaAs-Diode mit wenig Al-Gehalt). Anschließend wird wieder eine np- Trenndiode TD2 eingesetzt, so dass sich schließlich Trenndioden TD und aktive Zonen AZ abwechseln. Auf der obersten aktiven Zone AZ6 (beispielhaft) ist ein Kontakt K2 vorgesehen.

Eine spektrale Verteilung 18 ist in Fig. 3b dargestellt, die den Verlauf von sechs Peaks Pl -P6 und die daraus entstehende Einhüllende E, die gleichzeitig den Bandemissionsbereich darstellt.

Verwendet man beispielhaft eine GaAs-Diode mit einem Wellenlängenbereich λ = 870 nm als untere aktive Zone AZl, darauf folgend eine AlGaAs-Diode (λvon 875 - 625 nm einstellbar) als TDl und darauf folgend geeignete Kompositionen im AlIn- GaP-Mischkristallsystem (λ von 650 nm bis 540nm einstellbar), so kann ein Bandemissionsbereich E von λ = 870 nm bis 540 nm hergestellt werden. Dies be¬ deutet eine Bandemission von infrarot bis grün.

Dieses Konzept erlaubt auch die Herstellung von Bandemissionsdioden mit freien Bereichen, d. h. Emissionslöchern.

Falls die Intensität einer einzelnen aktiven Zone AZn (Leuchtdiode) - wie in Fig. 4a, b dargestellt - einen helleren bzw. intensiveren Peak 20 zeigt, besteht die Möglich¬ keit, unmittelbar über der aktiven Zone eine Absorptionsschicht ABS geeigneter Di¬ cke und aus dem gleichen Material zu placieren, aus dem die pn-Schicht AZn be¬ steht.

Fig. 4b zeigt den Peak 20 ohne Absorptionsschicht und einen korrigierten Peak 22 mit Absorptionsschicht ABS. Fig. 5 zeigt eine schematische Anordnung einer Hchtemittierenden Halbleiterein¬ richtung 24, umfassend ein Substrat SUB mit darauf aufgewachsenen aktiven Zonen AZl - AZ 6, die über Tunneldioden TDl - TD5, welche zwischen den aktiven Zo¬ nen AZl - AZ6 angeordnet sind, seriell miteinander verschaltet sind. Die Ausfüh¬ rungsform der lichtemittierenden Halbleitereinrichtung 24 zeichnet sich dadurch aus, dass jede aktive Zone AZl - AZ6 mit einem metallischen Kontakt Kl - K6 versehen ist, mit der Möglichkeit, dass innerhalb der Halbleiterstruktur, die auch als Multi-Wavelenght-Diodenstacks bezeichnet werden kann, bestimmte Wellenlängen- Peaks durch entsprechende Signale explizit ansteuerbar sind. Dadurch wird es mög¬ lich, Lichtemissionspeaks gezielt zu steuern bzw. zu regeln und zwar nach ihrer Hel¬ ligkeit/Intensität, ihrer Farbe durch Auswahl der Peaks und nach bezweckter Misch¬ farbe oder gewünschten Bandemissionsteilbereichen.

Fig. 6a zeigt eine schematische Anordnung einer lichtemittierenden Halbleiterein¬ richtung 26, welche als Mischfarben-LED bezeichnet werden kann und in der Farbe braun leuchtet. Die beispielhafte lichtemittierende Halbleitereinrichtung 26 umfasst ein Substrat SUB als GaAs- oder Ge-Substrat. Darauf wird eine GalnP-Diode AZl gewachsen, welche einen Wellenlängenbereich von ca. λ = 680 nm abdeckt. Dar¬ über folgt eine np-Trenndiode TDl. Vorzugsweise ist die Trenndiode TDl mehr¬ schichtig ausgebildet mit einem höheren energetischen Bandgap als die darunter lie¬ gende AZl und dient als niederohmiger Verbindungswiderstand für die serielle Ver¬ schattung zum weiteren pn-Übergang AZ2, der im Materialsystem AlInGaP eine Wellenlänge λ von ca. 590 nm ausgebildet ist. Schließlich wird wieder eine np- Trenndiode TD2 gewachsen und darauf wiederum ein dritter pn-Übergang als aktive Zone AZ3, welche mit dem Material AlInGaP mit einem Wellenlängenbereich λ von ca. 550 nm ausgebildet ist.

Der Fig. 6b ist eine Spektralverteilung 28 zu entnehmen, die den Verlauf von drei Farb-Peaks 30, 32, 34 zeigt, die für das menschliche Auge den Eindruck einer „braun-LED" darstellt. Da es verschiedene Brauntöne gibt, kommt es im Wesentli¬ chen auf die verwendete Wellenlänge und die entstehende Intensität der Emissions- Peaks 30, 32, 34 an. Der braune Eindruck kann mehr rötlich, gelblich oder grünlich gestaltet werden.

Fig. 7a zeigt den schematischen Aufbau einer Mischfarben-LED 36 zur Abgabe von weißem Licht. Die Mischfarben-LED 36 umfasst ein Substrat SUB, auf dem eine untere aktive Zone AZl aus AlInGaP-Material (Farbe rot) aufgewachsen ist, gefolgt von einer Tunneldiode TDl aus AlInGaP-Material mit hohem Bandgap, einer mitt¬ leren aktiven Zone AZ2 aus AlInGaP-Material (Farbe grün), einer weiteren Tunnel¬ diode TD2 aus AlInGaP-Material (höheres energetisches Bandgap) und einer oberen aktiven Zone AZ3 aus GalnN-Material, oder AlGalnN-Material in einem Wellenbe¬ reich von λ ca. 400 nm bis 450 im.

Eine Spektralverteilung 38 ist in Fig. 7b dargestellt und umfasst drei Farben-Peaks 40, 42, 44, die für das menschliche Auge den Eindruck einer LED mit der Farbe „weiß" erzeugen.

Da es viele Weiß-Eindrücke gibt, ist die verwendete Wellenlänge und die entspre¬ chende Intensität der Emissions-Peaks 40, 42, 44 von entscheidender Bedeutung. Der weiße Eindruck kann mehr rötlich, grünlich oder bläulich gestaltet werden.

Des Weiteren kann der weiße Farbeindruck mit jeder Farbe der Normfarbtafel er¬ zeugt werden, deren direkte Verbindungsstrecke durch den Weißpunkt läuft (bei zwei Farben). Werden drei Farben verwendet, wird ein Farbdreieck in der Norm¬ farbtafel aufgespannt. Je nach Verwendung der Farbe und deren Intensität kann auch hierbei der gewünschte Weißpunkt erlangt werden. Nach dem oben genannten Prin¬ zip sind nahezu beliebig viele Mischfarben möglich. Die Variation der Far¬ ben/Wellenlänge und deren Intensität müssen nach dem gewünschten Farbton abge¬ stimmt werden.

Fig. 8a zeigt rein schematisch einen Aufbau eines Mischfarben-Sensors 46, wobei die aktiven Zonen PDl - PD3 als Photodioden ausgebildet sind. Der Mischfarben- Sensor 46 umfasst ein Substrat SUB, an dessen Unterseite ein erster elektrischer Kontakt Kl angebracht ist. Auf einer Oberseite des Substrats SUB ist beispielhaft eine erste aktive Zone PDl als GaInP- oder AlInGaP-Photodiode aufgewachsen, welche einen Wellenlängenbereich λ von ca. 600 nm bis 680 nm abdeckt. Die Band¬ lücke des Materials sollte etwas langwelliger sein, als das zu detektierende Licht. Auf einer im Bereich der Oberseite der Photodiode PDl ist ein elektrisch leitender Kontakt Kl angebracht und auf einem weiteren Oberflächenbereich ist eine np- Trenndiode TDl aus AlInGaP-, AlGaAs- oder GalnP-Material angeordnet, die als niederohmiger Verbindungswiderstand für die serielle Verschattung zum zweiten pn-Übergang dient. Über die Trenndiode TDl wird eine weitere Photodiode PD2 gewachsen, die als AlInGaP-Diode in einem Wellenbereich von λ = ca. 550 nm bzw. etwas langwelliger ausgebildet ist. Darauf ist wiederum eine np-Trenndiode TD2 und anschließend eine weitere Photodiode PD3 als GalnN-Diode mit einem Wellenlängenbereich im Bereich λ von 400 bis 450 nm aufgewachsen. Die spezifi¬ sche Wellenlänge einer RGB-weiß-LED werden selektiv in den Photodioden- Schichten PDl - PD3 absorbiert und erzeugen ein elektrisches Signal, welches aus¬ gelesen und ausgewertet werden kann. Entsprechende Intensitäten von Signalen 48, 50, 52 sind der Intensitätsverteilung gemäß Fig. 8b zu entnehmen. Nach dem oben genannten Prinzip sind nahezu beliebig viele Mischfarben-Sensoren möglich.

Wie bereits zuvor erläutert, können die Mehr-Peak-Dioden bzw. Multi-Wavelenght- Dioden mit Trenndiodenkontakten TDl — TDn oder mit leitfähigen Kontakten LK seriell verbunden werden, was am Beispiel einer weiß leuchtenden RGB-Diode 54 gemäß Fig. 9a beschrieben wird. Die Mischfarben-LED 54 besteht aus einem Sub¬ strat SUB, mit einem Kontakt Kl an seiner Unterseite und einer unteren aktiven Zo¬ ne AZl, gefolgt von einer Trenndiode TDl und einer mittleren aktiven Zone AZ2, falls es ein bestimmten Materialsystemen nicht möglich ist, auf ein darunter liegen¬ des System aufzuwachsen, z. B. wegen zu großer Gitterfehlanpassung, Kristallstruk¬ tur, Wachstumstemperaturen usw., kann ein leitfähiger Kontakt LK wie z. B. Me¬ tallkontakt als serielle Verschaltung verwendet werden. Mittels Chip-on-Chip- Bonding kann dieser z. B. geklebt, gelötet, gebondet, geschweißt oder gedrückt werden, wodurch ein Kontakt zwischen den beiden Chips ermöglicht wird. Ein aus dem Substrat (SUB), der aktiven Zone AZl, Trenndiode TDl und mittlerer Leucht- diode AZ2 bestehender Dioden-Stack 58 ist nur mit einem Bond-Kontakt BK an der Oberfläche versehen. Ein weiterer Chip 56, umfassend ein Substrat SUB und eine Leuchtdiode mit der aktiven Zone AZ3, wird mit an seiner Unterseite angeordneten metallischen Kontakt K mit dem Bondkontakt BK des unteren Chips 58 verbunden, so dass ein gleitender Übergang entsteht.

Beispielsweise ist der Aufbau des unteren Chips dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Substrat wie GaInP- oder AlInGaP-Diode als Leuchtdiode AZl aufgewach¬ sen ist, mit einer Wellenlänge λ im Bereich von 600 nm bis 680 nm (rot). Darüber wird die np-Trenndiode TDl aus AlInGaP-, AlGaAs- oder GalnP-Material gewach¬ sen, die als niederohmiger Verbindungswiderstand für die serielle Verschaltung zum mittleren pn-Übergang AZ2 führt. Der mittlere pn-Übergang als Leuchtdiode LED2 ist als AlInGaP-Diode mit einer Wellenlänge λ im Bereich von 550 nm (grün) aus¬ gebildet. Die Leuchtdiode AZ2 ist mit dem leitfähigen BK versehen. Durch diesen Chip 58 wird der obere Chip 56 befestigt, wie beispielsweise geklebt, gelötet, ge- bondet, geschweißt, gedrückt usw., wobei dieser die Farbe blau emittieren kann und beispielsweise aus einem Material wie GaInN-, AlGaInN- oder GaN- Material mit transparentem oder leitfähigem Substrat besteht. Die Diode AZ3 des oberen Chips 56 weist eine Wellenlänge λ im Bereich von ca. 400 bis 450 nm auf.

Eine Spektralverteilung 60 ist in Fig. 9b dargestellt und zeigt den Verlauf von 3- Farb-Peaks 62, 64, 66, die für das menschliche Auge den Eindruck einer weißen Farbe vermitteln.

Da es viele weiß-Kombinationen gibt, kommt es auch hier auf die verwendete Wel¬ lenlänge und die entstehende Intensität des Emissions-Peäks an. Der weiße Eindruck kann mehr rötlich, grünlich oder bläulich gestaltet werden.

Der weiße Farbeindruck kann mit jeder Farbe der Normfarbtafel erzeugt werden, de¬ ren direkte Verbindungsstrecke durch den Weißpunkt läuft (bei 2 Farben). Wenn drei Farben verwendet werden, wird ein Farbdreieck in der Normfarbtafel aufge¬ spannt. Je nach Verwendung der Farbe und deren Intensität kann man auch hier an den gewünschten Weißpunkt gelangen. Nach diesen Prinzipien sind viele Mischfar¬ ben möglich zu realisieren. Die Variation der Farbe/Wellenlänge und der Intensität müssen für den gewünschten Farbton abgestimmt werden.

Eine weitere Ausführungsform einer lichtemittierenden Halbleitereinrichtung 68 ist in Fig. 10 dargestellt. Diese ermöglicht es, dass innerhalb des Strukturaufbaus be¬ stimmte Intensitäten von Einzel-Peaks parzelliert werden und über die Flächenerhö¬ hung bzw. Flächenvergrößerung eine Intensitätssteigerung ermöglicht wird. Zudem kann auch dadurch zum gesamten Aufbau auch nur ein Teilbereich des gewachse¬ nen Aufbaus mit einem elektrischen Signal versorgt werden.

Auf einem Substrat SUB mit einem an der Unterseite angeordneten Kontakt Kl sind der gesamte Diodenaufbau 70 aufgewachsen. Durch technologische Trennung und technologischen Abtrag der gewachsenen Strukturen kann man einen verringerten Diodenaufbau 72 erhalten. Der erste Diodenaufbau 70 besteht aus einer Abfolge von Leuchtdioden AZl — AZ5, welche über Trenndioden TDl — TD5 seriell miteiander verschaltet sind. Auf der obersten AZ5 ist ein Kontakt K2 aufgebracht.

Der Diodenaufbau 72 umfasst ferner parallel zu den Diodenschichten des Dio¬ denstacks 70, Leuchtdioden AZl - AZ3 getrennt durch Trenndioden TDl, TD2. An der oberen Leuchtdiode AZ3 ist ein Kontakt K3 vorgesehen.

Durch diese Anordnung kann eine Erhöhung der Intensität aus Leuchtdiode AZ 1, AZ2 und Leuchtdiode AZ3 durch partielle Flächenvergrößerung erreicht werden.

Eine alternative Ausführungsform umfasst einen Strukturaufbau 74, wobei auf ei¬ nem Substrat SUB zwei Diodenaufbauten 76, 78 angeordnet sind. Dabei besteht der Diodenstack, wie bereits zuvor erläutert, aus einer Abfolge von beispielsweise fünf Leuchtdioden AZl - AZ5, die jeweils über eine Trenndiode TDl - TD5 verschaltet sind. Der Diodenaufbau 78 besteht aus Leuchtdioden AZl, AZ2, die über Trenndioden TDl und TD2 seriell verschaltet sind. Der Strukturaufbau 74 zeichnet sich dadurch aus, dass durch den Teilbereich 78 das emittierende Licht zusätzlich mit einem e- lektrischen Signal versehen werden kann.

Die zuvor beschriebenen technologischen Varianten ermöglichen, dass innerhalb des Strukturaufbaus 68, 74 bestimmte Intensitäten-Peaks parzelliert werden können. Über die Flächenerhöhung kann zudem eine Intensitätssteigerung ermöglicht wer¬ den. Auch kann dadurch zum gesamten Aufbau 70, 72 bzw. 76, 78 ein Teilbereich mit einem elektrischen Signal versehen werden.

Alle zuvor aufgeführten systematischen und technologischen Varianten können in Chip-Bauweise (dies) oder als Display angewandt werden. Der schematische Auf¬ bau eines Farbdisplays 80 ist beispielsweise in Fig. 12 dargestellt, umfassend ein Grundsubstrat SUB mit einem unteren Kontakt Kl, wobei jeder Pixel 82 sogar ent¬ sprechende Farben selektiv ansteuerbar sind.

Die Pixel 82 umfassen dabei eine Struktur der oberen im Zusammenhang mit Fig. 1 - 11 beschriebenen Ausführungsformen. Dabei wird von einem RGB-Chip ausge¬ gangen. Durch diese Display-Bauweise können Bildschirme hergestellt werden, die sehr hell leuchten und durch sehr kleine Pixel-Bauweise eine sehr hohe Auflösung aufweisen.

Das Prinzip der Multi-Wavelenght-Diode kann für die vielfältigsten Anwendungen eingesetzt werden, z. B.:

im Beleuchtungsbereich durch die Herstellung von sehr hellen weißen LED 's und Mischfarben-LED' s mittels eines Chips, die Multi-Wavelenght-Photodioden (Sensoren) zur Überwachung von Mischfar¬ ben-Licht eingesetzt und detektieren die Zusammensetzung des Lichtspektrums, - Bandemissionsdioden in der Sensorik (Spektralanalyse, Farbmessung und vieles mehr), - das Ein-Chip-Design kann nach individuellen Anforderungen gefertigt werden, - für kleine und mittelgroße Bildschirmdisplays mit sehr hoher Auflösung und Lichtstärke, - zur Datenübertragung von verschiedenfarbigen Signalen bei gleicher Übertra¬ gungsfrequenz (Glasfaser-Übertragung) u. v. m.