BPatG Beschluss vom 16.04.2002 – 23 W (pat) 23/00

BUNDESPATENTGERICHT

23 W (pat) 23/00

_______________

(Aktenzeichen)

Verkündet am

16. April 2002

…

B E S C H L U S S

In der Beschwerdesache

betreffend die Patentanmeldung 197 41 609.8-33

…

hat der 23. Senat (Technischer Beschwerdesenat) des Bundespatentgerichts auf die

mündliche Verhandlung vom 16. April 2002 unter Mitwirkung des Vorsitzenden

Richters Dr. Beyer, sowie der Richter Dr. Meinel, Knoll und Lokys

beschlossen:

Auf die Beschwerde der Anmelderin wird der Beschluß der Prüfungsstelle für Klasse H01L des Deutschen Patent- und Marke- 6.70

namtes vom 2. Mai 2000 aufgehoben und das Patent 197 41 609

mit folgenden Unterlagen erteilt:

Patentansprüche 1 bis 6, Beschreibungsseiten 1 bis 8, diese Unterlagen jeweils übergeben in der mündlichen Verhandlung, und

3 Blatt Zeichnung, Figuren 1 bis 3, 5 und 6, eingegangen am

9. April 2002, und ein Blatt offengelegte Zeichnung, Figur 4.

Bezeichnung: Verwendung einer Übergitterstruktur aus einer

Mehrzahl von hintereinander angeordneten Heterogrenz-flächenschichtfolgen zur Verbesserung der lateralen Stromausbreitung in

einer lichtemittierenden Halbleiterdiode

Anmeldetag: 20. September 1997.

I

Die vorliegende Patentanmeldung

ist mit der Bezeichnung „Halbleiterschichtanordnung zur lateralen Stromausbreitung sowie lichtemittierende Halbleiterdiode

(LED) mit einer solchen Halbleiterschicht-anordnung“ am 20. September 1997 beim

Deutschen Patent- und Markenamt eingereicht worden.

Mit Beschluß von 2. Mai 2000 hat die zuständige Prüfungsstelle für Klasse H01L des

Deutschen Patent- und Markenamtes die Anmeldung zurückgewiesen.

Die Prüfungsstelle hat ihre Entscheidung damit begründet, daß der Gegenstand nach

dem damals geltenden, ursprünglichen Patentanspruch 1 keinen Unterschied zum

Stand der Technik und damit keineswegs eine erfinderische Komponente aufweise,

dh die beanspruchte Schichtenfolge nicht neu und auf jeden Fall nicht erfinderisch sei,

weil die Halbleiterschichtanordnungen gemäß den im Prüfungsverfahren genannten

Entgegenhaltungen

-

-

US-Patentschriften 5 132 750 und 5 550 391,

E. Greger et al. :”Polarization Effect in Light Emitting Diodes

With Orderd GaInP Active Layers” in Appl. Phys. Lett. Bd 68

(1996) Seiten 2383 bis 2385,

- N. Wada et al. :“GaAs/AlGaAs Light Emitters Fabricated on

Undercut GaAs on Si” in Jap. J. of Appl Phys. Bd 33 (1994)

Seiten 1268 bis 1274 und

- W. Bludau:“Halbleiter-Optoelektronik“ C. Hanser-Verlag,

München (1995) Seiten 188 bis 189

ebenfalls Heterogrenzflächenschichtfolgen aufwiesen und somit zwangsläufig Banddiskontinuitäten aufträten mit einer Anreicherungszone für Majoritätsladungsträger, vgl

den angefochtenen Beschluß Seite 4, drittle Abs bis Seite 5, 1. Abs.

Gegen diesen Beschluß richtet sich die Beschwerde der Anmelderin.

In der mündlichen Verhandlung hat die Anmelderin neue Ansprüche 1 bis 6 mit angepaßter Beschreibung überreicht und die Auffassung vertreten, daß dem

Gegenstand des neugefaßten Patentanspruchs 1 der nachgewiesene Stand der

Technik, einschließlich der von ihr selbst genannten Entgegenhaltungen gemäß

- der europäischen Offenlegungsschrift 0 434 233,

- der Literaturstelle H. Sugawara et al.: “High-Efficiency

InGaAlP Visible Light-Emitting Diodes“ in Jpn. J. Appl. Phys.

Bd 31 (1992) Seiten 2446 bis 2451,

- dem Fachbuch von

Ibach

/ Lüth: “Festkörperphysik –

Einführung in die Grundlagen“ 4. Auflage (1995) Springer

Verlag, Seiten 368 bis 381, sowie

- dem Fachbuch von Bergmann/Schaefer: “Lehrbuch der

Experimentalphysik, Bd 6 – Herausgeber Raith :“ Festkörper“

(1992) Verlag Walter de Gruyter, Seiten 564 und 565

nicht patenthindernd entgegenstehe.

Die Anmelderin beantragt,

den Beschluß der Prüfungsstelle für Klasse H01L des Deutschen Patent- und Markenamts vom 2. Mai 2000 aufzuheben

und das Patent mit folgenden Unterlagen zu erteilen:

Ansprüche 1 bis 6, Beschreibungsseiten 1 bis 8, diese Unterlagen jeweils übergeben in der mündlichen Verhandlung, und

3 Blatt Zeichnung, Figuren 1 bis 3, 5 und 6, eingegangen am

9. April 2002, und ein Blatt offengelegte Zeichnung, Figur 4.

Der geltende Patentanspruch 1 hat (nach Korrektur eines Bezugszeichens) folgenden

Wortlaut:

„Verwendung einer Übergitterstruktur (2b) aus einer Mehrzahl von

hintereinander angeordneten Heterogrenzflächenschichtfolgen zur

Herstellung einer lichtemittierenden Halbleiterdiode (LED) mit verbesserter lateraler Stromausbreitung zwischen einer Stromaustrittsfläche (1a) eines Frontkontaktes (1) und einer parallel dazu

angeordneten Wirkfläche (3a) einer optisch aktiven Schicht (3),

wobei die Stromaustrittsfläche (1a) kleiner als die Wirkfläche (3a)

ist und jede aus zwei Halbleiterschichten (2.1, 2.2) bestehende

Heterogrenzflächenschichtfolge eine ausreichende Banddiskontinuität mit einer Anreicherungszone (2.3) für die Majoritätsladungsträger zur Bildung eines lateralen Stromkanales (2.3) in einer der die Heterogrenzflächenschichtfolge bildenden Halbleiterschicht (2.1) aufweist und die Bandabstände der Heterogrenzflächenschichtfolgen ein höheres Energieniveau aufweisen als die

optisch aktive Schicht (3).“

Zu den Unteransprüchen 2 bis 6 und bezüglich weiterer Einzelheiten wird auf den

Akteninhalt verwiesen.

II

Die Beschwerde ist zulässig und auch begründet, denn der Gegenstand des nunmehr

geltenden Patentanspruchs 1 erweist sich nach dem Ergebnis der mündlichen

Verhandlung als patentfähig.

1) Sämtliche Patentansprüche sind zulässig, denn alle Anspruchsmerkmale sind für

den Durchschnittsfachmann – einen berufserfahrenen, mit der Entwicklung von lichtemittierenden Halbleiterdioden oder Halbleiterlasern befaßten Diplom-Physiker oder Diplom-Ingenieur der Fachrichtung Elektrotechnik mit Universitätsabschluß - aus der

Gesamtheit der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen als zur Erfindung gehörend

offenbart herzuleiten.

Der geltende Patentanspruch 1 geht auf die gemäß ursprünglichem Anspruch 6

beanspruchte Verwendung einer Halbleiterschichtanordnung im Rückbezug u.a. auf

den ursprünglichen Patentanspruch 1 iVm dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 mit

zugehöriger Beschreibung auf Seite 6 zurück, wobei die Konkretisierung der Halbleiterschichtanordnung als eine Übergitterstruktur ihre inhaltliche Offenbarungsstütze

in der ursprünglichen Beschreibung auf Seite 4, le Abs und Seite 8, le Abs findet.

Es ist auch für die Offenbarung der Lehre des geltenden Patentanspruchs 1 unschädlich, daß abweichend von dieser Lehre im ursprünglichen Patentanspruch 6 die

Heterogrenzflächenschichtfolge auf isotype Halbleiterschichten beschränkt war, da

gemäß der ursprünglichen Beschreibung Seite 4, 2. Abs die Dotierung der jeweiligen

Schichten der Heterogrenzflächenschichtfolge sowohl isotyp als auch verschieden (pn, p-i-n, i-n usw) sein kann.

Die Verwendung gemäß dem geltenden Anspruch 2, wonach die Bandverbiegung des

Majoritätsladungsträgerbandes wenigstens das Fermi-Niveau erreicht, ist in der

ursprünglichen Beschreibung auf Seite 3, 1. Abs und Seite 7, le Abs offenbart.

Die Verwendung gemäß den geltenden Unteransprüchen 3 bis 5 geht auf den

ursprünglichen Anspruch 6 iVm den jeweiligen ursprünglichen Unteransprüchen 3 bis

5 zurück, während der geltende Unteranspruch 6 seine inhaltliche Stütze in der

Beschreibung ab Seite 8, 2. Abs zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 6 findet.

2) Die vorliegende Patentanmeldung geht von einer lichtemittierenden Halbleiterdiode

(LED) gemäß der europäischen Offenlegungsschrift 0 434 233 als nächstliegendem

Stand der Technik aus, dem zufolge bereits erkannt wurde, daß bei lichtemittierenden

Halbleiterdioden eine nicht ausreichende Stromaufweitung zur Lichterzeugung direkt

unterhalb der nicht

transparenten Elektrode

führt, was eine sehr begrenzte

Lichtausbeute zur Folge hat, vgl dort Sp 1, vorl Abs. Die dortige Lösung dieses

Problems sieht eine transparente Fensterschicht (window layer 24) mit einer Dicke von

2 bis 30 µm und mit einer höheren elektrischen Leitfähigkeit oberhalb der aktiven

Schichten (lower confining layer 21, active layer 22, upper confining layer 23) mit einer

doppelten Heterostruktur vor, vgl Sp 3, Zeilen 15 bis 55 sowie Spalte 4, Zeilen 25 bis

39 iVm Figur 2 und vgl analog die Literaturstelle H. Sugawara (a.a.O) in Figur 3 die

7µm dicke Fensterschicht zur Stromaufweitung (current -spreading layer).

Als nachteilig bei diesen bekannten Lösungen wird von der Anmelderin die gegenüber

den aktiven Schichten (Dicke < 1µm) erhebliche Dicke dieser Fensterschichten

angesehen, die einen hohen Materialaufwand und eine lange Epitaxiezeit zu ihrer

Herstellung erfordern, vgl geltede Beschreibung Seite 1 vorle Abs bis Seite 2 Abs 1.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung als technisches Problem die Aufgabe

zugrunde, eine lichtemittierende Halbleiterdiode (LED) mit verbesserter lateraler

Stromausbreitung zwischen einem Frontkontakt und einer aktiven Schicht der LED anzugeben, die eine sehr gute Lichtleistung aufweist und dabei einfach und

kostengünstig herstellbar ist, vgl geltende Beschreibung Seite 3, Zn 29 bis 34.

Die Lösung ist im einzelnen im Patentanspruch 1 angegeben. Hierbei kommt es

wesentlich darauf an, daß bei einer lichtemittierenden Halbleiterdiode zwischen einer

Stromaustrittsfläche eines Frontkontaktes und einer parallel dazu angeordneten

Wirkfläche einer optisch aktiven Schicht eine an sich, beispielsweise aus dem in der

vorliegenden Beschreibung ab Seite 2, vorl Abs bis Seite 3, 1. Abs zitierten Fachbuch

Ibach / Lüth (a.a.O Seite 373f, Abb 12.24 b), bekannte Übergitterstruktur aus einer

Mehrzahl von hintereinander angeordneten Heterogrenzflächenschichtfolgen mit verbesserter lateraler Stromausbreitung verwendet wird, wobei sich die verbesserte

laterale Stromausbreitung durch eine Anreicherungszone für die Majoritätsladungsträger aufgrund einer hinreichend großer Banddiskontinuität

im Majoritätsladungsträgerband ergibt, weil die dadurch bedingte Bandverbiegung des Majoritätsladungsträgerbandes im Bereich der Halbleitergrenzschichten in die Nähe des Fermi-

Niveaus oder darüber hinaus reicht.

Nach dem vorstehend genannten und von der Anmelderin selbst vorausgesetzten

fachmännischen Wissen liegt die wesentliche Voraussetzung für die Bildung einer

Anreicherungszone für die Majoritätsladungsträger in der Heterogrenzflächenschichtfolge darin, daß das Fermi-Niveau durch n-Dotierung zum Leitungsband bzw durch p-

Dotierung zum Valenzband hin so weit verschoben wird, daß die Majoritätsladungsträger sich in einer Leitungsbandvertiefung bzw in einer Valenzbanderhöhung

ansammeln können.

3) Der Anmeldungsgegenstand nach dem Patentanspruch 1 ist gegenüber dem nachgewiesenen Stand der Technik neu (PatG § 3).

Von den vorstehend genannten und u.a. lichtemittierende Halbleiterdioden betreffenden Entgegenhaltungen offenbart keine eine Verwendung einer Übergitterstruktur aus einer Mehrzahl von hintereinander angeordneten Heterogrenzflächenschichtfolgen mit verbesserter lateraler Stromausbreitung zwischen einem

Frontkontakt und einer parallel dazu angeordneten Wirkfläche einer optisch aktiven

Schicht einer lichtemittierenden Halbleiterdiode, vgl den jeweiligen Schichtaufbau

zwischen dem Frontkontakt und der optisch aktiven Schicht in der US-Patentschrift

5 132 750 die Figuren 1 bis 4 mit Frontkontakt 28 und optisch aktiver Schicht 20 iVm

zugehöriger Beschreibung; weiter in der US-Patentschrift 5 550 391 die Figuren 1B

bis 11 mit den Frontkontakten 10, 512, 612, 712, 812, 912, 112, 132, 212, 312 sowie

die optisch aktiven Schichten 3, 503, 603, 703, 803, 903, 103, 123, 203, 303 iVm

zugehöriger Beschreibung; weiter in der europäischen Offenlegungsschrift 0 434 233

die Figur 2 mit Frontkontakt 25, Stromausbreitungsschicht (window 24) und optisch

aktiver Schicht 22 iVm zugehöriger Beschreibung; weiter in H. Sugawara (a.a.O) mit

Frontkontakt aus AuZn/Au, Stromaufweitungsschicht (Current-spreading layer) und

optisch aktiver Schicht (undoped InGaAlP) iVm zugehöriger Beschreibung; weiter in

N. Wada (a.a.O) die Figur 1(a) mit zugehöriger Legende zu Frontkontakt aus Au-Zn

und optisch aktiver Schicht (n-GaAs active 0,1µm) iVm zugehöriger Beschreibung;

und weiter in G. Greger (a.a.O) Figur 3 mit zugehöriger Legende zu Frontkontakt aus p+-GaAs und optisch aktiver Schicht aus i-GaInP.

Da in diesem Stand der Technik eine lichtemittierende Halbleiterdiode mit einer

Übergitterstruktur zwischen deren Frontkontakt und deren optisch aktiven Schicht zur

verbesserten lateralen Stromausbreitung nicht offenbart ist, ist die Verwendung

gemäß dem Patentanspruch 1 gegenüber diesen Druckschriften neu.

Das Fachbuch W. Bludau (a.a.O) betrifft einen oberflächenemittierenden Halbleiter-

Laser, dessen aktive Schicht, bestehend aus einer zwischen zwei GaAlAs-Schichten

eingebetteten InGaAs-Schicht, beidseitig von p- bzw n-dotierten Übergitterstrukturen

aus abwechselnden Schichten aus AlAs und GaAs als dielektrische Spiegelschichten

eines optischen Resonators umgeben ist, vgl dort Abb 12-7 mit zugehöriger

Beschreibung.

Bei dieser Ausgestaltung eines oberflächenemittierenden Lasers befindet sich zwar

eine p-dotierte Übergitterstruktur zwischen dem Frontkontakt (p-Kontakt) und der

optisch aktiven Schicht, jedoch ist dort die Verwendung einer Übergitterstruktur zur

verbesserten Stromausbreitung zwischen dem Frontkontakt und der optisch aktiven

Schicht auch für den oberflächenemittierenden Laser nicht offenbart, da dort die zur

verbesserten lateralen Stromausbreitung erforderlichen Maßnahmen zum Erzeugen

von Anreicherungszonen durch dotierungsabhängige Verschiebung des Fermi-

Niveaus zur Valenzbandkante nicht angesprochen werden und da das Vorhandensein

solcher Anreicherungszonen aus den kontinuierlichen Stromlinien in der Abbildung 12-

7 nicht gefolgert werden kann.

Daher ist die Verwendung gemäß Patentanspruch 1 gegenüber der Verwendung einer

Übergitterstruktur bei einem oberflächenemittierenden Laser nicht nur wegen des

Unterschiedes zwischen einer lichtemittierenden Halbleiterdiode und einem Laser

neu, sondern auch weil die Verwendung der Übergitterstruktur zur verbesserten

Stromausbreitung zwischen dem Frontkontakt und der optisch aktiven Schicht des

oberflächenemittierenden Laser in diesem Fachbuch nicht offenbart ist.

Die von der Anmelderin selbst genannten Fachbücher Ibach / Lüth (a.a.O Abschnitt

12.7, insbesondere Seite 374) und Bergmann / Schaefer (a.a.O Seite 564f) befassen

sich ganz allgemein mit Halbleiterheterostrukturen und Übergittern mit

Anreicherungszonen

an

den Heterogrenzflächen,

in

denen

sich

die

Majoritätsladungsträger ansammeln.

Zwar entnimmt der Fachmann der dort

getroffenen

Feststellung,

daß

bei

n-dotierten

Halbleiterhetero-

und

Übergitterstrukturen, bei denen die verbogene Leitungsbandkante das Fermi-Niveau

an der Grenzfläche überschreitet, sich im Halbleiter geringerer Bandlücke ein

zweidimensionales Elektronengas ausbildet und somit die laterale Mobilität dieser

Ladungsträger parallel zur Grenzfläche stark erhöht ist, jedoch ist dort von einer

Verwendung einer Übergitterstruktur zur verbesserten lateralen Stromausbreitung zwischen einem Frontkontakt und der optisch aktiven Schicht einer lichtemittierenden

Halbleiterdiode, wie im Patentanspruch 1 vorgesehen, keine Rede.

Somit ist die Verwendung nach Patentanspruch 1 neu gegenüber dem Stand der

Technik gemäß diesen Fachbüchern.

Auch die übrigen, von der Anmelderin in der Beschreibung zitierten Druckschriften

offenbaren keine Verwendung einer Übergitterstruktur zur verbesserten lateralen

Stromausbreitung zwischen einem Frontkontakt und der optisch aktiven Schicht einer

lichtemittierenden Halbleiterdiode, so daß die Verwendung gemäß Patentanspruch 1

auch gegenüber diesem Stand der Technik neu ist.

4) Die gewerblich anwendbare Erfindung (PatG § 5) beruht auch auf einer erfinderischen Tätigkeit, denn die Lehre gemäß dem Patentanspruch 1 ergibt sich für den

in Betracht zu ziehenden, vorstehend definierten Durchschnittsfachmann nicht in

naheliegender Weise aus dem nachgewiesenen Stand der Technik (PatG § 4).

Wie vorstehend zur Frage der Neuheit dargelegt wurde, können die US-Patentschriften 5 132 750 und 5 550 391, die europäische Offenlegungsschrift 0 434 233

sowie die Literaturstellen N. Wada (a.a.O), E. Greger (a.a.O) und H. Sugawara (a.a.O)

mangels einer Verwendung einer Übergitterstruktur zur verbesserten lateralen Stromausbreitung zwischen einem Frontkontakt und der optisch aktiven Schicht einer

lichtemittierenden Halbleiterdiode den Fachmann nicht zu einer Verwendung gemäß

Patentanspruch 1 anregen, zumal auch die bei der lichtemittierenden Halbleiterdiode

nach der US-Patentschrift 5 132 750 vorgesehene Übergitterstruktur des rückseitigen

Reflektors (light-reflecting layer 16 in Figur 2, superlattice 38 in Figur 4) lediglich der

Lichtreflexion und nicht einer – an dieser Stelle der lichtemittierenden Halbleiterdiode

unnötigen – Stromausbreitung dient.

Auch die bei dem oberflächenemittierenden Laser gemäß dem Fachbuch W. Bludau

(a.a.O Abb 12-7) vorgesehene p-dotierte Übergitterstruktur zwischen dem Frontkontakt (p-Kontakt) und der optisch aktiven Schicht wirkt als ein Reflektor des

Laserresonators und dient nicht einer Stromausbreitung mittels von Anreicherungszonen für Majoritätsladungsträger innerhalb der Übergitterstruktur, da einerseits

eine solche Stromausbreitung am stufenförmigen Verlauf der Strombahnen erkennbar

sein müßte und andererseits dort für die Stromeingrenzung um die optisch aktive

Schicht ein Isolator angeordnet ist, um die Strombahnen entsprechend zu leiten.

Somit vermag auch diese Literaturstelle nicht, den Fachmann zu einer Verwendung

nach Patentanspruch 1 anzuregen.

Schließlich belegen die Hinweise auf mögliche Anwendungen solcher Übergitterstrukturen in den Fachbüchern Ibach / Lüth (a.a.O Seite 378 und 381) und Bergmann/Schaefer (a.a.O Seite 564), daß die Fachwelt den Einsatz dieser Übergitterstrukturen wegen ihrer völlig neuen Eigenschaften, die eine neue „Dimension“ im

Bereich der Mikroelektronik geöffnet haben, wohl für die aktiven Schichten „neuer

Bauelementkonzepte“ in Betracht gezogen hat, nicht aber für die überraschend

einfache und doch sehr wirkungsvolle Verwendung einer Übergitterstruktur zur

verbesserten lateralen Stromausbreitung zwischen einem Frontkontakt und der

optisch aktiven Schicht einer lichtemittierenden Halbleiterdiode gemäß Patentanspruch 1.

Nachdem auch die übrigen, von der Anmelderin in der Beschreibung zitierten Druckschriften ebenfalls keine Verwendung einer Übergitterstruktur zur verbesserten

lateralen Stromausbreitung zwischen einem Frontkontakt und der optisch aktiven

Schicht einer lichtemittierenden Halbleiterdiode bzw eines anderen optoelektronischen

Halbleiterbauelements offenbaren, kann der Fachmann auch durch diesen Stand der

Technik nicht zu der Verwendung gemäß Patentanspruch 1 angeregt worden sein.

Die Verwendung einer Übergitterstruktur aus einer Mehrzahl von hintereinander angeordneten Heterogrenzflächenschichtfolgen zur Verbesserung der lateralen Stromausbreitung in einer lichtemittierenden Halbleiterdiode nach dem geltenden Anspruch 1 ist somit patentfähig.

5) An den Patentanspruch 1 können sich die auf ihn zurückbezogenen Unteransprüche 2 bis 6 anschließen, denn sie haben vorteilhafte und nicht selbstverständliche Ausführungsformen der Verwendung nach dem Anspruch 1 zum

Gegenstand; ihre Patentfähigkeit wird von derjenigen des Gegenstandes des

Hauptanspruchs mitgetragen.

6) Die geltende Beschreibung erfüllt die an sie zu stellenden Anforderungen

hinsichtlich der Wiedergabe des maßgeblichen Standes der Technik und - in

Verbindung mit der Zeichnung - bezüglich der Erläuterung der beanspruchten

Verwendung einer Übergitterstruktur zur Verbesserung der

lateralen Stromausbreitung in einer lichtemittierenden Halbleiterdiode.

Dr. Beyer

Dr. Meinel

Knoll

Lokys

Na