CH628463A5 - Lichtemittierende halbleitereinrichtung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Halbleitereinrichtung, auf deren Substrat eine Schicht aus n-leitendem Galliumnitrid aufgetragen ist.

Die erfindungsgemässe Halbleitereinrichtung kann in Geräten mit Leuchtelementen, in Anzeigegeräten, Matrizen, auf dem Gebiet des Farbfernsehens sowie in Steuerschaltungen mit Dauer- oder Impulsbetrieb verwendet werden.

Es ist eine lichtemittierende Halbleitereinrichtung bekannt, die in der planaren Technologie ausgeführt ist und bei der auf das p-leitende Siliziumsubstrat nach dem Hochfrequenz-Ver-stäubungsverfahren eine isolierende polykristalline Schicht aus Galliumnitrid (GaN) aufgetragen ist und bei der diese Schicht eine transparente Schicht aus Indiumoxid berührt.

Bei elektrischer Feldstärke E = 106V/cm und einer Speisespannung U = 10 ... 30 V findet in der aus Galliumnitrid bestehenden Schicht die Rekombination von injizierten Ladungsträgern statt, die eine blassblaue Strahlung hervorruft, deren Wellenlänge 0,48 um (s. z.B. US-PS Nr. 3 849 707 vom 7.3.1973) beträgt.

Als nachteilig gilt bei dieser bekannten Einrichtung, dass die Grösse der elektrischen Feldstärke, an der Durchschlagsfeldstärke, die etwa 107V/cm beträgt, nahe liegt. Die genannte Feldstärke ist durch die Rekombination von entgegengesetzt geladenen Trägern im Galliumnitrid bewirkt, deren Quellen das Substrat und der Metallkontakt der Einrichtung sind.

Darüber hinaus weist die bekannte Einrichtung eine nur geringe Leuchtkraft auf, so dass das Aufleuchten beim Tageslicht und bei einer verhältnismässig hohen Speisespannung von 10 bis 30 V kaum sichtbar ist. Dies vermindert die Anzahl der Möglichkeiten zur Anwendung dieser Einrichtung. Ausserdem ist bei der bekannten Einrichtung erforderlich, einen komplizierten transparenten Kontakt zu bilden, und zwar wegen der Strahlungsenergie im Siliziumsubstrat. Dies macht die Herstellung der diese bekannte Einrichtung enthaltenden Geräte kompliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine lichtemittierende Halbleitereinrichtung zu schaffen, bei der auch im hell beleuchteten Raum ersichtlich ist, dass sie leuchtet und die mit einer Speisespannung von weniger als 8 V auskommt.

Diese Aufgabe wird bei der Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss so gelöst, wie dies im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 definiert ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt die erfindungsgemässe lichtemittierende Halbleitereinrichtung.

Die lichtemittierende Halbleitereinrichtung enthält ein Substrat 1 aus Saphir, auf das eine epitaxiale Halbleiterschicht 2 aus einkristallinem n-leitendem Galliumnitrid (GaN) aufgetragen ist. Auf diese Schicht 2 ist eine zweite Schicht 3 aus p-leitendem Aluminiumnitrid (A1N) aufgetragen, die mit der Schicht 2 einen injektierenden heterogenen Übergang 4 bildet. Auf der zweiten Schicht 3 ist eine metallische Elektrode 5 aus Aluminium und auf der ersten Schicht 2 ist eine andere und ebenfalls metallische Elektrode 6 aus Indium aufgetragen.

Die erste Schicht 2 wird durch epitaxiales Aufwachsen von einkristallinem Galliumnitrid auf dem Substrat gebildet. Die zweite Schicht 3 wird auf der aus Galliumnitrid bestehenden ersten Schicht 2 im Plasmaverfahren hergestellt.

Die Schicht 2 bzw. 3 kann man halbisolierend, d.h. hochohmig ausbilden, was gestattet, die Möglichkeiten für die Herstellung der Einrichtung zu erweitern.

Bei Zuführung eines Verschiebungsstromes zu den Elektroden 5 und 6 in der Durchlassrichtung, erfolgt das Injizieren von Ladungsträgern ins Galliumnitrid. Dies wird durch den injizierenden heterogenen Übergang 4 bewirkt, der sich zwischen der aus Galliumnitrid bestehenden Schicht 2 und der aus Aluminiumnitrid gefertigten Schicht 3 befindet. Zudem wird dies durch die Rekombination von Ladungsträgern in der genannten ersten Schicht 2 verursacht. Die Strahlung wird durch das Substrat 1 sowie durch die aus Aluminiumnitrid bestehende Schicht 3, die als optisches Fenster dient, aus der Einrichtung herausgeleitet. Die Strahlung liegt dabei im violetten Bereich.

Die vorgeschlagene Halbleitereinrichtung weist eine wirkungsvolle Injektion von Ladungsträgern bei einer kleinen elektrischen Feldstärke von nicht mehr als 1,5.104 V/cm auf. Sie gibt eine über die gesamte Oberfläche der Einrichtung gleichmässig verteilte Strahlung bei einer Durchlassspannung von 2,5 bis 8 V ab.

Zur vollständigen Erläuterung der Erfindung werden nachstehende Ausführungsbeispiele der lichtemittierenden Halbleitereinrichtung angeführt.

Beispiel 1

Die Einrichtung enthält die folgenden Teile:

a) Substrat aus Saphir (a-Al203) mit Orientierung [0001], welches auf mechanischem Wege bis auf die 14. Genauigkeitsklasse bearbeitet ist, wonach es im Wasserstoffatom bei einer Temperatur von 1500 bis 1700 °C behandelt wird;

b) epitaxiale Halbleiterschicht aus einkristallinem n-leitendem Galliumnitrid mit einer Ladungsträgerkonzentration von etwa 4,1019 cm-3, mit Orientierung [0001], wobei die Dicke dieser Schicht 18/im beträgt;

c) 0,1 pim starke Halbleiterschicht aus p-leitendem Aluminiumnitrid;

d) erste Elektrode mit einem Durchmesser von 0,3 mm, die durch Aufdampfen von Aluminium auf die aus Aluminiumnitrid bestehende Schicht gebildet; und e) zweite Elektrode, die durch eine Schicht gebildet ist, die durch Schmelzen von Indium und durch die Ablagerung desselben auf der aus Galliumnitrid bestehenden Schicht entstanden ist.

Beim Anlegen einer in Durchlassrichtung gepolten Spannung von 5 bis 8 V an die Elektroden, wird eine Strahlung von der Seite des aus Saphir bestehenden Substrates her beobachtet. Die Strahlungsenergie im Maximum des Spektralbereiches beträgt etwa 282 eV (T = 300 °K).

Beispiel 2

Die Einrichtung ist wie folgt aufgebaut:

a) Substrat aus Saphir (a-Al203) mit Orientierung [0001];

b) epitaxiale und 8 firn starke Schicht aus n-leitendem Gal-liumnitrid mit einer Ladungsträgerkonzentration von etwa 4,1019 cm-3, mit Orientierung [0001];

c) 0,03 /im starke Halbleiterschicht aus p-leitendem Aluminiumnitrid;

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d) erste Elektrode mit einem Durchmesser von 0,3 ,«m, die durch Aufdampfen von Aluminium auf die aus Aluminiumnitrid bestehende Schicht ausgebildet ist; und e) zweite Elektrode, gebildet durch Auftragen von geschmolzenem Indium auf die aus Galliumnitrid bestehende Schicht.

Sobald an die Elektroden eine in Durchlassrichtung gepolte Spannung von 2,5 bis 5 V angelegt wird, wird eine Strahlung an der Seite des Substrats beobachtet. Die Strahlungsenergie im Maximum des Spektralbereiches beträgt etwa 5 2,76 eV (T = 300 °K).

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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1. Lichtemittierende Halbleitereinrichtung, auf deren Substrat eine Schicht aus n-leitendem Galliumnitrid aufgetragen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) aus Saphir ist, und dass auf die epitaxial aufgewachsene Halbleiterschicht

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (2) aus Galliumnitrid hochohmig ist.

(2) aus monokristallinem Galliumnitrid eine Halbleiterschicht

(3) aus p-leitendem Aluminiumnitrid aufgetragen ist, die mit der Schicht (2) aus Galliumnitrid einen Injektionsheteroübergang (4) bildet.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (3) aus Aluminiumnitrid hochohmig ist.