DE10020612A1 - LED auf Basis eines AIGalnP-Systems und epitaxialer Wafer für die LED - Google Patents

LED auf Basis eines AIGalnP-Systems und epitaxialer Wafer für die LED

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine LED auf Basis eines A1GaInP-Systems und einen epitaxialen Wafer zu deren Herstellung. Die Ausbildung einer hohen Potentialbarriere an einer Heterogrenzfläche zwischen einer p-A1GaInP-Mantelschicht und einer p-GaP-Fensterschicht wird mit Hilfe einer Einfügungsschicht verhindert, die zwischen der p-a1GaInP-Mantelschicht und der p-GaP-Fensterschicht eingefügt wird und eine kleinere Energielücke als p-A1GaInP-Mantelschicht aufweist. Die Einfügungsschicht dient zur Reduzierung der Durchlaßspannung. Auf diese Weise ist die Durchlaßspannung einer hieraus gebildeten LED vermindert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtdiode auf Basis eines AlGaInP-Systems zum Emittieren von Licht mit einer Wellenlänge von 650 nm (rot) bis 550 nm (gelb-grüner Bereich) und ei­ nen epitaxialen Wafer für die Leuchtdiode.
Seit einiger Zeit besteht großer Bedarf an Leuchtdioden (im folgenden: LED) auf Basis eines AlGaInP-Systems für rotes oder gelbes Licht mit großer Helligkeit. Diese Diode wird für ver­ schiedene Zwecke genutzt, beispielsweise für Verkehrssteuersignale, für Heck- oder Nebel­ schlußleuchten von Fahrzeugen oder eine Vollfarbanzeige.
Fig. 1 zeigt eine Struktur eines herkömmlichen epitaxialen Wafers für die LED auf Basis des AlGaInP-Systems zum Emittieren von Licht mit einer Wellenlänge von 590 nm.
Der epitaxiale Wafer für die LED nach Fig. 1 wird mit Hilfe des aufeinanderfolgenden Wachsens der folgenden Schichten hergestellt: eine n-GaAs-Pufferschicht 2a, eine n- (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Mantelschicht 3a, eine nichtdotierte, aktive (Al0,1Ga0,9)0,5In0,5P-Schicht 4a, eine p-(Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Mantelschicht 5a und eine p-GaP-Fensterschicht 6a auf einem n-GaAs-Substrat 1a.
Alle epitxialen Schichten 2a bis 6a wachsen mit Hilfe des organischen Metallaufdampf- Phase-Epitaxialwachsens (im folgenden: MOVPE). Obwohl eine AlGaAs-Schicht, in welcher das Zusammensetzungsverhältnis von Al größer als 0,6 ist, manchmal als die Fensterschicht der LED genutzt wird, ist diese Fensterschicht nicht für eine wirksame Übertragung des emit­ tierten Lichts geeignet und kann die wirksame Lichtübertragung stören. Bei dieser Sichtweise ist die GaP-Schicht wegen eines großen Bandabstands und einer Oxidations- Widertandseigenschaft für die Fensterschicht geeignet.
Im Zusammenhang mit der GaP-Fensterschicht bestehen jedoch die folgenden Probleme.
In Fig. 2 sind die Strukturen der Energiebänder nahe der der Heterogrenzfläche zwischen der p-Fensterschicht 6a und der p-AlGaInP-Mantelschicht 5a in den epitaxialen Schichten der LED auf der Basis des AlGaInP-Systems erklärt. Ein Pfeil zeigt in Fig. 2 eine Bewegungs­ richtung positiver Löcher in dem Fall, daß eine Vorwärts- bzw. Durchlaßspannung angelegt ist.
In der p-GaP-Fensterschicht 6a und der p-(Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Mantelschicht 5a wird eine hohe Potentialbarriere (eine Stufe der Energiebänder) auf der Heterogrenzfläche gebildet, weil zwischen der p-Mantelschicht 5a und der Fensterschicht 6a ein Unterschied hinsichtlich einer Affinität der Elektronen besteht, wobei die mit Hilfe eines gestrichelten Kreises B dargestellte Potentialbarriere die Bewegung der positiven Löcher behindert. Wenn die LED aktiviert wird, wird die Potentialbarriere ein primärer Faktor für die Behinderung der Bewegungen der posi­ tiven Löcher von der p-Fensterschicht 6a zur p-(Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Mantelschicht 5a. Im Er­ gebnis wird die Vorwärts- bzw. Durchlaßspannung der LED (eine Betriebsspannung, die einer Spannung entspricht, die an die LED in dem Fall anglegt ist, in welchem ein Strom von 20 mA geliefert wird) hoch. Im Allgemeinen vermindert sich die Zuverlässigkeit der LED wenn die Vorwärts- bzw. Durchlaßspannung der LED erhöht wird. In der LED mit der p-GaP- Fensterschicht 6a ist es von wesentlicher Bedeutung, die Vorwärtsspannung zu reduzieren.
In Fig. 3 ist ein weiterer herkömmlicher, epitaxialer Wafer für eine LED auf Basis des Al-GaInP-Systems dargestellt.
Eine LED, die aus einem epitaxialen Wafer gemäß Fig. 3 hergestellt ist, emittiert Licht mit einer Wellenlänge von 590 nm. Dieser epitaxiale Wafer wird mit Hilfe des aufeinanderfol­ genden Wachsens der folgenden Schichten hergestellt: eine n-GaAs-Pufferschicht 2b, eine Si- oder Se-dotierte n-AlGaInP-Mantelschicht 3b, eine nicht dotierte AlGaInP-Aktivschicht 4b, eine Zn-dotierte p-AlGaInP-Mantelschicht 5b und eine Zn-dotierte p-GaP-Fensterschicht 6b auf einem n-GaAs-Substrat. Das Verfahren wird mit Hilfe des MOVPE-Wachsens ausgeführt.
Ein mit der herkömmlichen Technologie verbundenes Problem besteht in dem Phänomen, daß das als p-Dotant genutzte Zn in ungewöhnlicher Weise in die Heterogrenzfläche benachbarter Schichten diffundiert.
  • 1. Weil die Fensterschicht 6b eine hohe Konzentration (etwa 5 × 1018 cm-3) von p-Trägern benötigt, um einen Strom aufzubauen, der von einer Elektrode in Richtung auf eine Oberfläche eines Chips geliefert wird, wird die Fensterschicht 6b mit einer hohen Konzentration von Zn dotiert.
  • 2. Weil die Fensterschicht 6b bis auf eine Dicke von mehr als 0,5 µm wächst, um den erwähnten Stromaufbau zu unterstützen, wird die Wachstumszeit hierfür lang.
  • 3. Der epitaxiale Wafer für die LED auf Basis des AlGaInP-Systems wächst im Allge­ meinen mit einer Wachstumstemperatur von größer als 650°C auf, um die Konzentra­ tion von Sauerstoff zu reduzieren, der als Verunreinigung wirkt.
Wegen dieser drei Faktoren diffundiert Zn während des Wachsens des epitaxialen Wafers leicht in den epitaxialen Wafer, wobei dieser Prozeß durch die beim Wachsen angewendete Wärme angetrieben wird. Zn startet ausgehend von der Fensterschicht, die mit einer hohen Zn-Konzentration dotiert ist, und diffundiert über die p-AlGaInP-Mantelschicht in die Aktiv­ schicht, die als lichtemittierender Bereich dient. Es ist bekannt, daß Zn nichtstrahlende Rekombinationszentren bildet, die die Leuchtcharakteristik der LED behindern, wenn Zn in die Aktivschicht diffundiert.
Es ist weiterhin bekannt, daß die Wirkung der nichtstrahlenden Rekombinationszentren regi­ strierbar wird, wenn an die LED ein Treiberstrom kontinuierlich angelegt wird, was die Zu­ verlässigkeit der LED wesentlich behindert.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zu verhindern, daß eine hohe Potential­ barriere zwischen einer p-Mantelschicht und einer Fensterschicht gebildet wird, und eine LED auf Basis des AlGaInP-Systems zu schaffen, in welcher eine Vorwärts- bzw. Durchlaßspan­ nung gering ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, zu verhindern, daß zwischen einer p-Mantelschicht und einer Fensterschicht eine hohe Potentialbarriere gebildet wird, und einen epitaxialen Wa­ fer für eine LED auf Basis des AlGaInP-Systems zu schaffen, in welcher eine Vorwärts- bzw. Durchlaßspannung niedrig ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, zu verhindern, daß Störstellen bzw. Verunreini­ gungen in eine Aktivschicht diffundieren, und eine LED auf Basis des AlGaInP-Systems zu schaffen, die eine hohe Leuchtcharakteristik und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, zu verhindern, daß Störstellen in eine Aktiv­ schicht diffundieren, und einen epitaxialen Wafer für eine LED auf Basis eines AlGaInP- Systems zu schaffen, welche eine hohe Leuchtcharakteristik und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfaßt eine LED auf Basis eines AlGaInP-Systems:
  • - ein Substrat mit einer Leitfähigkeit;
  • - eine n-Mantelschicht, die aus einem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist;
  • - eine Aktivschicht, die aus einem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems ge­ bildet ist und eine kleinere Bandabstandsenergie als die n-Mantelschicht aufweist;
  • - eine p-Mantelschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist und eine größere Bandabstandsenergie als die Aktivschicht aufweist;
  • - eine aus GaP gebildete p-Fensterschicht;
  • - Elektroden, die auf vorbestimmten Abschnitten der Fensterschicht und des Sub­ strats gebildet sind; und
  • - eine Einfügungsschicht, welche zwischen der p-Mantelschicht und der p- Fensterschicht eingefügt wird und eine geringere Bandabstandsenergie bzw. Energielücke als die p-Mantelschicht aufweist.
Bei der beschriebenen Struktur kann es zweckmäßig sein, daß die Energielücke der Einfü­ gungsschicht größer als die der Aktivschicht in der LED auf Basis des AlGaInP-Systems ist.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, daß ein Leitfähigkeitstyp der Einfügungsschicht in der LED vom p-Typ ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Trägerkonzen­ tration der p-Einfügungsschicht der LED 5 × 1017 cm-3 bis 5 × 1018 cm-3 beträgt.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, daß die Einfügungsschicht der LED aus einem Material gebildet ist, dessen Kristallgitter an die p-Mantelschicht angepaßt ist.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Einfügungsschicht der LED aus AlGaInP, GaInP, AlInP, GaAs, AlGaAs, GaAsP oder InGaAsP gebildet ist, wobei das Material eine solche Zusammensetzung aufweist, daß die Energielücke bzw. der Bandab­ stand kleiner als bei der p-Mantelschicht ist.
Zweckmäßig kann weiterhin vorgesehen sein, daß eine Fensterschicht aus GaxIn1-xP(0<x≦1), AlyIn1-yP(0<y≦1) oder AlzGa1-zP(0<z≦1) gebildet ist und anstelle der p-Fensterschicht benutzt wird, die bei der erfindungsgemäßen LED aus GaP gebildet ist.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein epitaxialer Wafer für eine LED auf Basis des AlGaInP-Systems geschaffen, der epitaxiale Wafer aufweisend:
  • - ein Substrat mit einer Leitfähigkeit;
  • - eine n-Mantelschicht, die aus einem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist;
  • - eine Aktivschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems ge­ bildet ist und eine kleinere Bandabstandsenergie bzw. Energielücke als die n- Mantelschicht aufweist;
  • - eine p-Mantelschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist und eine größere Energielücke als die Aktivschicht aufweist;
  • - eine aus GaP gebildete p-Fensterschicht; und
  • - eine Einfügungsschicht, welche zwischen der p-Mantelschicht und der p- Fensterschicht eingefügt wird und eine kleinere Energielücke bzw. einen kleine­ ren Bandabstand als die p-Mantelschicht aufweist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß in dem epitaxialen Wafer für die LED auf Basis des AlGaInP-Systems die Energielücke der Einfügungsschicht gößer als die der Aktiv­ schicht ist.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, daß die Einfügungsschicht des epitaxialen Wafers für die LED auf Basis AlGaInP-Systems vom p-Typ ist.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Trägerkonzentration der Einfügungsschicht des epitaxialen Wafers für die LED auf Basis des AlGaInP-Systems 5 × 1017 cm-3 bis 5 × 1018 cm-3 beträgt.
Es kann weiterhin vorteilhaft vorgesehen sein, daß das Kristallgitter der Einfügungsschicht des epitaxialen Wafers für die LED auf Basis des AlGaInP-Systems an die p-Mantelschicht angepaßt ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Einfügungsschicht des epitaxialen Wafers für die LED auf Basis des AlGaInP-Systems aus AlGaInP, GaInP, AlInP, GaAs, AlGaAs, GaAsP oder InGaAsP besteht, wobei die Zusammensetzung so ist, daß eine Energielücke des Materials kleiner als die der p-Mantelschicht ist.
Darüber hinaus kann in dem epitaxialen Wafer für die LED auf der Basis des AlGaInP- Systems anstelle der aus GaP gebildeten p-Fensterschicht eine Fensterschicht vorgesehen sein, die aus GaxIn1-xP(0<x≦1), AlyIn1-yP(0<y≦1) oder AlzGa1-zP(0<z≦1) gebildet ist.
Die Bildung einer hohen Potentialbarriere an der Heterogrenzfläche zwischen der p-AlGaInP- Mantelschicht und der p-GaP-Schicht ist mit Hilfe des Einfügens einer Einfügungsschicht zwischen der p-AlGaInP-Mantelschicht und der p-GaP-Fensterschicht verhindert, wobei die Einfügungsschicht eine kleinere Energielücke als die p-AlGaInP-Mantelschicht aufweist, so daß die Vorwärts- bzw. Durchlaßspannung der LED vermindert ist.
Nach einen dritten Aspekt der Erfindung ist eine LED auf Basis eines AlGaInP-Systems ge­ schaffen, die LED aufweisend:
  • - ein Substrat vom n-Leitfähigkeitstyp;
  • - eine n-Mantelschicht, die aus einem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist;
  • - eine Aktivschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems ge­ bildet ist und eine kleinere Energielücke bzw. einen kleineren Bandabstand als die n-Mantelschicht aufweist;
  • - eine p-Mantelschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist und eine größere Energielücke bzw. einen größeren Bandabstand als die Aktivschicht aufweist;
  • - eine p-Fensterschicht; und
  • - eine Einfügungsschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist und in die p-Mantelschicht oder zwischen der p-Mantelschicht und der p-Fensterschicht eingefügt ist, wobei das Kristallgitter der Einfügungsschicht an die p-Mantelschicht angepaßt ist, und wobei ein Zusammensetzungsverhältnis von Al in der Einfügungsschicht geringer als in der p-Mantelschicht und höher als in der Aktivschicht ist.
Zweckmäßig kann vorgesehen sein, daß die LED auf Basis des AlGaInP-Systems eine aus GaP gebildete Fensterschicht aufweist.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die LED auf Basis des AlGaInP- Systems die p-Mantelschicht und die p-Fensterschicht aufweist, wobei beide Schichten mit Zn dotiert sind.
Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, daß die Trägerkonzentration der Einfügungsschicht der LED auf Basis des AlGaInP-Systems 2 × 1017 cm-3 bis 5 × 1018 cm-3 beträgt.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung ist ein epitaxialer Wafer für eine LED auf Basis eines AlGaInP-Systems geschaffen, der epitaxiale Wafer aufweisend:
  • - ein Substrat vom n-Leitfähigkeitstyp;
  • - eine n-Mantelschicht, die aus einem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist;
  • - eine Aktivschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems ge­ bildet ist und eine kleinere Energielücke als die n-Mantelschicht aufweist;
  • - eine p-Mantelschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist und eine größere Energielücke als die Aktivschicht aufweist;
  • - eine p-Fensterschicht; und
  • - eine Einfügungsschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist, wobei die Einfügungsschicht in die p-Mantelschicht oder zwischen der p-Mantelschicht und der p-Fensterschicht eingefügt ist, wobei das Kristallgit­ ter der Einfügungsschicht and die p-Mantelschicht angepaßt ist, und wobei ein Zusammensetzungsverhältnis von Al in der Einfügungsschicht kleiner als in der p-Mantelschicht und größer als in der Aktivschicht ist.
Es kann vorgesehen sein, daß eine LED auf Basis des AlGaInP-Systems eine aus GaP gebil­ dete p-Fensterschicht aufweist.
Zweckmäßig kann vorgesehen sein, daß ein epitaxialer Wafer für eine LED auf Basis des Al- GaInP-Systems die p-Mantelschicht und die p-Fensterschicht umfaßt, wobei die Schichten mit Zn dotiert sind.
Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, daß die Trägerkonzentration der Einfügungsschicht eines epitaxialen Wafers für die LED auf Basis des AlGaInP-Systems 2 × 1017 cm-3 bis 5 × 1018 cm-3 beträgt.
Erfindungsgemäß werden die folgenden Schichten aufeinanderfolgend auf einem Substrat vom n-Leitfähigkeitstyp ausgebildet:
  • - eine n-Mantelschicht, die aus einem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist;
  • - eine Aktivschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems ge­ bildet ist und eine kleinere Energielücke als die n-Mantelschicht aufweist;
  • - eine p-Mantelschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist und eine größere Energielücke als die Aktivschicht aufweist; und
  • - eine p-Fensterschicht;
wobei eine Einfügungsschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems ge­ bildet ist, in die p-Mantelschicht oder zwischen der p-Mantelschicht und der p-Fensterschicht eingefügt wird. Darüber hinaus ist das Kristallgitter der Einfügungsschicht an die p- Mantelschicht angepaßt und ein Zusammensetzungsverhältnis von Al in der Einfügungs­ schicht geringer als in der p-Mantelschicht und höher als in der Aktivschicht. Bei der be­ schriebenen Struktur wird eine Verringerung des Ausgangs der LED verhindert, indem das Diffundieren von Störstellen bzw. Verunreinigungen in die Aktivschicht verhindert wird.
Bei dem Herstellungsverfahren der LED auf Basis des AlGaInP-Systems muß hinsichtlich einer Energielücke, eines spezifischen Widerstands und einer Zuverlässigkeit als Fenster­ schicht nur eine GaP-Schicht auf der p-Mantelschicht wachsen, wobei das Kristallgitter der GaP-Schicht nicht an das Substrat angepaßt ist. Dieses gilt, obwohl die Zusammensetzungen entsprechender epitaxialer Schichten gewöhnlich so ausgewählt wird, daß die Gitterkonstante der p-Mantelschicht an die des Substrat angepaßt ist, daß von einer epitaxialen Schicht un­ mittelbar über dem Substrat der p-Mantelschicht umfaßt ist.
Dementsprechend wurde in der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 10-256598 eine Einfügungsschicht vorgeschlagen, die eine Zwischengitterkonstante aufweist, deren Wert zwischen der Gitterkonstante der p-Mantelschicht und der Fensterschicht liegt, wobei die Ein­ fügungsschicht zwischen diesen beiden Schichten eingefügt ist, um Deformationen der Gitter auszugleichen. Obwohl es Ziel des erwähnten Vorschlags ist, die Kristallisierung der GaP- Schicht zu verbessern, welche unter Bedingungen gewachsen ist, die zu einer Fehlanpassung der Gitterkonstante führen, kann es nicht wirksam verhindert werden, daß bei dieser Lösung Zn diffundiert.
Als Ergebnis von Untersuchungen der Erfinder ergab sich, daß die erwähnte Diffusion von Zn durch Defekte des zu Al in Beziehung stehenden Kristalls ausgelöst wird, und daß Zn geeig­ net ist, in Materialien zu diffundieren, in denen ein Zusammensetzungsverhältnis bzw. Gehalt von Al hoch ist. Im Gegensatz dazu ist es für Zn schwierig in Materialien zu diffundieren, in denen das Zusammensetzungsverhältnis von Al niedrig ist. Die Erfinder nahmen deshalb an, daß eine Einfügungsschicht als ein Widerstand gegen die Diffusion von Zn wirkt und eine durch Zn verursachte Verunreinigung in der Aktivschicht im Vergleich zu herkömmlichen LEDs wesentlich vermindert wird, wenn die Einfügungsschicht auf Basis des AlGaInP- Systems, in welcher der Gehalt bzw. das Zusammensetzungsverhältnis von Al geringer als in der p-Mantelschicht des AlGaInP-Systems ist, in die p-Mantelschicht oder zwischen die p- Mantelschicht und die Fensterschicht eingefügt wird. Hierbei ist es grundsätzlich nicht wün­ schenswert, daß Zn in der p-Mantelschicht und der Fensterschicht in die undotierte Aktiv­ schicht diffundiert. Darüber hinaus ist es notwendig, daß ein Zusammensetzungsverhältnis bzw. ein Gehalt von Al in der Einfügungsschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist, höher als in der Aktivschicht ist, um Licht durch die Einfügungs­ schicht zu übertragen bzw. zu senden, welches von der Aktivschicht emittiert wurde. Es ist weiterhin erstrebenswert, daß das Kristallgitter der Einfügungsschicht an die an die p- Mantelschicht angepaßt ist.
Hieraus ergibt sich, daß eine hohe Leuchtintensität und eine hohe Zuverlässigkeit erfindungs­ gemäß dadurch erreicht werden können, daß eine Standard-LED auf Basis des AlGaInP- Systems, in welchem die obere Elektrode als eine p-Elektrode genutzt wird, so erzeugt wird, daß die Einfügungsschicht in die p-Mantelschicht oder zwischen die p-Fensterschicht und die p-Mantelschicht eingefügt wird, um das Diffundieren von Störstellen in die Aktivschicht zu verhindern, wobei die Einfügungsschicht einen Al-Gehalt aufweist, der geringer als in der p- Mantelschicht und höher als in der Aktivschicht ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine Struktur eines herkömmlichen, epitaxialen Wafers für eine LED auf Basis eines AlGaInP-Systems zum Emittieren von Licht mit einer Wellenlänge von 590 nm;
Fig. 2 Strukturen von Energiebändern in der Nähe einer Heterogrenzfläche zwischen einer p-GaP-Fensterschicht und einer p-AlGaInP-Mantelschicht in einem epi­ taxialen Wafer für eine LED auf Basis eines AlGaInP-Systems gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine Struktur eines anderen herkömmlichen, epitaxialen Wafers für eine LED auf Basis eines AlGaInP-Systems;
Fig. 4 eine Struktur eines epitaxialen Wafers für eine LED auf Basis des AlGaInP- Systems gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 5 einen Grund für eine reduzierte Vorwärtsspannung einer LED gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 6 eine elektrische Charakteristik einer LED gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 7 eine Struktur eines epitaxialen Wafers für eine LED auf Basis eines AlGaInP- Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 8 eine Zn-Verteilung in einem epitaxialen Wafer nach Fig. 7, wobei eine SIMS- Analyse genutzt wird;
Fig. 9 eine Struktur eines epitaxialen Wafers für eine LED auf Basis des AlGaInP- Systems nach einer Modifikation der zweiten Ausführungsform;
Fig. 10 eine Zn-Verteilung in einem epitaxialen Wafer nach Fig. 9, wobei eine SIMS- Analyse genutzt wird; und
Fig. 11 eine Zn-Verteilung in einem herkömmlichen epitaxialen Wafer, wobei eine SIMS-Analyse genutzt wird.
Im folgenden werden ein epitaxialer Wafer für eine LED auf Basis eines AlGaInP-Systems und die LED gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung erklärt. Hierbei werden strukturelle Elemente, die in den herkömmlichen Technologien gemäß Fig. 1 genutzt wer­ den, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind.
Das Merkmal des epitaxialen Wafers für die LED auf Basis des AlGaInP-Systems gemäß der ersten Ausführungsform besteht in einer Einfügungsschicht 7a, die eine kleinere Energielücke als eine p-AlGaInP-Mantelschicht 5a aufweist und zwischen der p-AlGaInP-Mantelschicht 5a und einer p-GaP-Fensterschicht 6a gebildet ist.
In Fig. 5 sind die Gründe dafür erklärt, daß Vorwärtsspannungen des epitaxialen Wafers für die LED auf Basis des AlGaInP-Systems nach der LED bei der ersten Ausführungsform ver­ mindert werden können.
Die Ausbildung einer hohen Potentialbarriere in einer Heterogrenzfläche zwischen der p- (Al0,7GA0,3)0,5In0,5P-Mantelschicht 5a und der p-GaP-Fensterschicht 6a wird mit Hilfe des Ausbildens einer Einfügungsschicht 7a zwischen der p-(Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Mantelschicht 5a und der p-GaP-Fensterschicht 6a verhindert. Die mit Hilfe eines gestrichelten Kreises C in Fig. 5 gezeigte Potentialbarriere ist niedriger als die mitttels eines gestrichelten Kreises B in Fig. 2 gezeigte. Eine Vorwärts- bzw. Durchlaßspannung der LED kann dadurch vermindert werden, daß bei der Herstellung der LED der erfindungsgemäße epitaxiale Wafer für die LED auf Basis des AlGaInP-Systems verwendet wird.
In Fig. 4 ist eine Struktur eines epitaxialen Wafers für eine LED auf Basis des AlGaInP- Systems gemäß der ersten Ausführungsform dargestellt. Die erste Ausführungsform wird für den Fall erklärt, daß der epitaxiale Wafer für eine LED konstruiert ist, die rotes Licht mit ei­ ner Wellenlänge von 625 nm emittiert.
Der epitaxiale Wafer für die LED auf Basis des AlGaInP-Systems nach Fig. 4 wird wie folgt hergestellt.
Zunächst werden auf einem n-GaAs-Substrat 1a mit Hilfe des MOVPE-Verfahrens die fol­ genden Schichten nacheinander gebildet: Eine n-(Se-dotierte)-GaAs-Pufferschicht 2a, eine n- (Se-dotierte)-(Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Mantelschicht 3a, eine undotierte (Al0,1Ga0,9)0,5In0,5P- Aktivschicht 4a und eine p-(Zn-dotierte)-(Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Mantelschicht 5a.
Danach wächst mit Hilfe des MOVPE-Verfahrens auf der p-Mantelschicht 5a eine p- (Al0,1Ga0,9)0,5In0,5P-Schicht 7a (im folgenden: die Vorwärtsspannung reduzierende Schicht) mit einer Dicke von 100 nm, die als eine Einfügungsschicht dient (ein wesentliches Struktur­ element der Erfindung). Darüber hinaus wächst eine 10 µm dicke GaP-Fensterschicht.
Alle epitaxialen Schichten 2a bis 7a wachsen unter Bedingungen mit einer Wachstumstempe­ ratur von 700°C, einem Wachstumsdruck von 50 Torr, einer Wachstumsrate von 0,3 bis 3,0 nm pro Sekunde und einem V/III-Verhältnis von 100 : 600. Danach wird der epitaxiale Wafer verarbeitet, um eine LED zu bilden.
Ein Bereich des LED-Chips beträgt 300 µm × 300 µm. Über die gesamte Fläche einer Grund­ fläche des LED-Chips wird eine n-Elektrode gebildet. Auf einer oberen Fläche des LED- Chips wird eine p-Kreiselektrode mit einem Durchmesser von 150 µm gebildet. Danach wer­ den auf die n-Elektrode Au/Ge-, Ni- und Au-Schichten mit Dicken von 60 nm, 10 nm und 500 nm aufeinanderfolgend aufgedampft. In ähnlicher Weise werden Au/Zn-, Ni- und Au- Schichten mit Dicken von 60 nm, 10 nm und 1000 nm aufeinanderfolgend auf die p-Elektrode aufgedampft. Darüber hinaus wird der Chip mit Anschlüssen versehen und mit Harz vergos­ sen. Danach werden für die hergestellte LED eine Leuchtcharakteristik und eine Spannungs- Strom-Kennlinie gemessen.
Fig. 6 zeigt die elektrische Charakteristik der erfindungsgemäßen LED, wobei auf der Ab­ szisse die Vorwärts- bzw. Durchlaßspannung und auf der Ordinate der Vorwärts- bzw. Durchlaßstrom aufgetragen sind.
In Fig. 6 zeigt die durchgezogene Linie die elektrische Charakteristik der LED gemäß der ersten Ausführungsform, welcher die (Al0,1Ga0,9)0,5In0,5P-Aktivschicht und die die Durchlaß­ spannung reduzierende Schicht 7a umfaßt. Die gestrichelte Linie zeigt das Verhalten einer herkömmlichen LED.
Obwohl die Durchlaßspannung der herkömmlichen LED 2,4 V beträgt, beträgt die Durchlaß­ spannung der LED, die aus dem epitaxialen Wafer für die LED auf Basis des AlGaInP- Systems gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt ist, 1,8 V. Mit Hilfe der Erfindung wurde somit eine wesentliche Verbesserung erreicht.
Der kleinste Wert der Durchlaßspannung der LED wird durch die Energielücke der Aktiv­ schicht 4a bestimmt. Der Wert der Durchlaßspannung von 1,8 V liegt nahe dem geringsten Wert, welcher mit der Energielücke der Aktivschicht 4a des epitaxialen Wafers für die LED auf Basis des AlGaInP-Systems gemäß der ersten Ausführungsform erreicht wird. Dieser Wert ist nahezu gleich dem Wert der Durchlaßspannung in dem Fall, daß eine AlGaAs- Fensterschicht genutzt wird. Die Ausbildung einer Potentialbarriere an der Heterogrenz­ schicht zwischen der p-GaP-Fensterschicht 6a und der p-Mantelschicht 5a wird mit Hilfe der die Durchlaßspannung reduzierenden Schicht 7a ausreichend verhindert. Darüber hinaus ist die Helligkeit des von der LED gemäß der ersten Ausführungsform emittierten Lichts nicht geringer als die der herkömmlichen LED, wenn die die Durchlaßspannung reduzierende Schicht 7a vorgesehen ist.
Obwohl einer Einfügungsschicht 7a mit einer kleineren Energielücke als die p-Mantelschicht 5a zwischen der p-Mantelschicht 5a und der p-GaP-Fensterschicht 6a eingefügt werden kann, um die wegen einer dazwischen auftretenden Diskontinuität der Energiebänder auftretende Potentialbarriere zu reduzieren, wenn die die Durchlaßspannung reduzierende Schicht 7a, die eine kleinere Energielücke als die Aktivschicht 4a aufweist, eingefügt ist, wird das von der Aktivschicht 4a emittierte Licht von der die Durchlaßspannung reduzierenden Schicht 7a ab­ sorbiert und die Lichtübertragungseffizienz der LED wird sehr gering. Deshalb ist es wün­ schenswert, daß die Energielücke der die Durchlaßspannung reduzierenden Schicht 7a kleiner als die Energielücke der p-Mantelschicht 5a und größer als die Energielücke der Aktivschicht 4a ist.
Des weiteren wird bevorzugt, daß der Leitfähigkeitstyp der die Durchlaßspannung reduzie­ renden Schicht 7a ähnlich zu der p-Mantelschicht 5a und der p-GaP-Fensterschicht vom p- Typ ist und die Trägerkonzentrationen hiervon größer als 5 × 1017 cm-3 und kleiner als 5 × 1018 cm-3 sind. Wenn die Trägerkonzentration in der die Durchlaßspannung reduzierenden Schicht 7a geringer als 5 × 1017 cm-3 ist, wird ein spezifischer Widerstand der die Durchlaß­ spannung reduzierenden Schicht 7a hoch, so daß die Durchlaßspannung erhöht ist. Wenn die Trägerkonzentration der die Durchlaßspannung reduzierenden Schicht 5a größer als 5 × 1018 cm-3 ist, nehmen die Kristalldefekte zu und die Lichtemissionseffizienz wird verrin­ gert.
Vorzugsweise ist das Kristallgitter der die Durchlaßspannung reduzierenden Schicht 7a an die p-Mantelschicht 5a angepaßt, die als eine Unterschicht hierfür dient. Wenn das Kristallgitter der die Durchlaßspannung reduzierenden Schicht 7a nicht an die p-Mantelschicht 5a angepaßt ist, entstehen in der epitaxialen Schicht Defekte, so daß dahingehend Probleme auftreten, daß die Lichtemissionseffizienz vermindert ist und die Oberfläche der p-GaP-Fensterschicht ge­ trübt ist.
Obwohl gemäß der bisherigen Beschreibung des epitaxialen Wafers das n-Substrat und die LED aus demselben gebildet sind, ist der Leitfähigkeitstyp niemals auf den n-Typ beschränkt. Dieselbe Wirkung kann in einem epitaxialen Wafer mit einem p-Substrat und einer hieraus hergestellten LED erreicht werden.
Der epitaxiale Wafer für die LED auf Basis des AlGaInP-Systems und die hieraus hergestellte LED, in welcher die Durchlaßspannung niedrig ist, können geschaffen werden.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine zweite Ausführungsform beschrieben.
Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform eines epitaxialen Wafers für eine LED. Hierin werden Strukturelemente, die dieselbe Funktion wie solche in Fig. 3 aufweisen, mit demsel­ ben Bezugszeichen bezeichnet.
Der epitaxiale Wafer für die LED wird mit Hilfe des aufeinanderfolgenden Wachsens der folgenden Schichten hergestellt:
  • - eine n-GaAs-Pufferschicht 2b, eine n-(Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P-Mantelschicht 3b, eine nichtdotierte (Al0,15Ga0,86)0,5In0,5P-Aktivschicht 4b, eine p-(Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P- Mantelschicht 5b, eine p-(Al0,3Ga0,7)0,5In0,5P-Einfügungsschicht 7b und eine p- GaP-Fensterschicht 6b auf einem n-GaAs-Substrat 1b.
Vorzugsweise wird die Einfügungsschicht 7b ähnlich zu der p-Mantelschicht 5b aus einem Material des AlGaInP-Systems gebildet. Ein Gehalt bzw. ein Zusammensetzungsverhältnis von Al in der Einfügungsschicht 7b sollte geringer als in der p-Mantelschicht 5b und höher als in der Aktivschicht 4b sein. Der Grund für die Annahme der beschriebenen Struktur ist, daß ungewollte Verunreinigung verhindert werden kann und der Kristall leicht wachsen kann. Die Einfügungsschicht 7b ist jedoch nicht notwendigerweise aus einem Material des Al- GaInP-Systems. Die Diffusion von Zn kann mit Hilfe des Einfügens einer AlGaAs-Schicht oder einer GaAs-Schicht, die kein Al enthält, unterdrückt werden.
Der Grund dafür, daß die Gitterkonstante der Einfügungsschicht 7b der darunterliegenden p- Mantelschicht 5b angepaßt ist, besteht darin, daß hierdurch die Verursachung von Defekten in den epitaxialen Schichten verhindert werden kann.
Der Grund dafür, daß ein Zusammensetzungsverhältnis von Al in der Einfügungsschicht 7b größer als in der Aktivschicht 4b ist, besteht darin, daß von der Aktivschicht 4b emittiertes Licht durch die Einfügungsschicht 7b gelangen kann.
Der Grund dafür, daß die Trägerkonzentration in der Einfügungsschicht 7b 2 × 1017 cm-3 bis 5 × 1018 cm-3 beträgt, besteht darin, daß der spezifische Widerstand der Einfügungsschicht 7b groß wird und die Treiberspannung der LED zu groß wird, wenn die Trägerkonzentration geringer als 2 × 1017 cm-3 ist. Wenn die Trägerkonzentration höher als 5 × 1018 cm-3 ist, ver­ schlechtert sich die Kristallisierung der Einfügungsschicht und die Leuchtleistung der LED wird verringert. Folglich kann in beiden Fällen eine nutzbare LED nicht geschaffen werden.
Obwohl bevorzugt wird, daß die Energielücke der Einfügungsschicht 7b größer als die der Aktivschicht 4b ist, so daß das emittierte Licht nicht von der Einfügungsschicht 7b absorbiert wird, kann auch bei einer Einfügungsschicht 7b mit einer kleineren Energielücke als der der Aktivschicht 4b ein ausreichendes Ergebnis erreicht werden, wenn die Einfügungsschicht 7b so dünn ist, daß die Absorbtion des emittierten Lichts vernachlässigbar ist, so daß die Einfü­ gungsschicht 7b mit der kleineren Energielücke nicht grundsätzlich ausgeschlossen ist.
Weil der optimale Wert für die Dicke der Einfügungsschicht 7b in Beziehung zu einem Zu­ sammensetzungsverhältnis bzw. einem Gehalt von Al in der Einfügungsschicht 7b, der Art der p-Mantelschicht 5b, dem Umfang der Dotierung von Zn in der Fensterschicht 6b und zu einer thermischen Hysterese in der epitaxialen Wachstumszeit steht, ist die Dicke der Einfü­ gungsschicht 7b nicht notwendigerweise begrenzt.
Um die Ausdehnung der Diffusion von Zn in die Aktivschicht 4b zu verhindern, können die mehreren Einfügungsschichten 7b in die p-Mantelschicht 5b eingefügt werden.
(Ausführungsform 1b)
Ein epitaxialer Wafer für eine LED auf Basis des AlGaInP-Systems mit einer Struktur gemäß Fig. 7, welcher rotes Licht mit einer Wellenlänge von 620 nm emittiert, wird gemäß der zweiten Ausführungsform hergestellt.
Die Struktur des epitaxialen Wafers und ein Verfahren für das epitaxiale Wachsen sind die­ selben, wie sie im Folgenden zum Vergleich erwähnt werden. Eine 0,1 µm dicke, 5 × 1017 cm-3 dotierte p-(Al0,3Ga0,7)0,5In0,5P-Einfügungsschicht wird zwischen der p-Mantelschicht 5b und der Fensterschicht 6b eingefügt.
In Fig. 8 ist die Verteilungskonzentration von Zn in dem nach der zweiten Ausführungsform hergestellten epitaxialen Wafer dargestellt, wobei mit Hilfe einer SIMS analysiert wurde. Auf der Abszisse ist die Tiefe aufgetragen. Auf der Ordinate ist auf einer logarithmischen Skala die Konzentration von Zn aufgetragen.
Gemäß Fig. 8 entspricht die Verteilung von Zn nahezu den Erwartungen der Erfindung. Die anormale Diffusion von Zn, welche in der herkömmlichen LED auftritt, kann nicht beobachtet werden.
Danach wird der epitaxiale Wafer zur Herstellung einer LED auf gewöhnliche Weise verar­ beitet, und die Leuchtcharakteristik der LED wird gemessen. Die Leuchtleistung beträgt 1,1 mW. Die Durchlaßspannung beträgt 1,9 Volt, wenn ein Versorgungsstrom von 20 mA ange­ legt ist.
(Ausführungsform 2b)
Fig. 9 zeigt eine Struktur eines epitaxialen Wafers auf Basis des AlGaInP-Systems für eine LED gemäß der zweiten Ausführungsform.
In Fig. 9 ist ein epitaxialer Wafer dargestellt, der für eine LED genutzt wird, die rotes Licht mit einer Wellenlänge von etwa 620 nm emittiert.
Die Struktur und das Verfahren für das epitaxiale Wachsen der Ausführungsform 2b entspre­ chen im wesentlichen der Struktur und dem Verfahren nach Ausführungsform 1b. Zwischen den p-Mantelschichten 5b1 und 5b2 wird als eine Einfügungsschicht 7b eine Schicht einge­ fügt, die 0,1 µm dick ist, eine Zn-Dotierung von 5 × 1017 cm-3 aufweist und als eine p- (Al0,2Ga0,8)0,5In0,5P-Schicht ausgebildet ist.
Fig. 10 zeigt das Ergebnis der SIMS-Analyse der Zn-Konzentration in dem epitaxialen Wa­ fer gemäß Fig. 9, wobei auf der Abszisse die Tiefe und auf der Ordinate (eine logarithmi­ sche Skala) die Zn-Konzentration aufgetragen sind.
Gemäß Fig. 10 vermindert sich die Zn-Verteilung bei der Einfügungsschicht 7b, wie es von den Erfindern erwartet wurde, und die Zn-Diffusion in der aktiven Schicht 4b konnte nicht beobachtet werden.
Der so erhaltene epitaxiale Wafer wird verarbeitet, um eine LED zu bilden. Darüber hinaus wurde die Leuchtcharakteristik der LED gemessen. Die Leuchtleistung beträgt 1,3 mW. Die Durchlaßspannung beträgt 1,9 Volt, wenn ein Strom von 20 mA angewendet wird.
(Vergleichsbeispiel)
Es wird ein epitaxialer Wafer für eine LED auf der Basis von Fig. 3 hergestellt, die rotes Licht mit einer Wellenlänge von etwa 620 nm emittiert.
Aufeinanderfolgend werden auf einem n-GaAs-Substrat 1b mit Hilfe des MOVPE- Wachstums die folgenden Schichten gebildet: Eine n-Se-dotierte-GaAs-Pufferschicht 2b, eine n-Se-dotierte-Mantelschicht 3b, eine Aktivschicht 4b und eine p-Mantelschicht 5b. Dar­ über hinaus wächst auf der p-Mantelschicht 5b eine Fensterschicht 6b mit einer Dicke von 10 µm.
Das MOVPE-Wachstum der epitaxialen Schichten 2b bis 5b wird bei einer Wachstumstempe­ ratur von 700°C und einem Wachtumsdruck von 50 Torr ausgeführt, bis die p-Mantelschicht 5b gebildet ist. Die epitaxialen Schichten 2b, 3b und 4b wachsen mit einer Wachstumsrate von 0,3 bis 1,0 nm/Sekunde und einem V/III-Verhältnis von 300 zu 600. Die Fensterschicht 6b wächst bei einem V/III-Verhältnis von 100 und einer Wachstumsrate von 1 nm/Sekunde. Die Zn-Konzentration in der p-Mantelschicht 5b beträgt 5 × 1017 cm-3. Die Zn-Konzentration im GaP der Fensterschicht 6b beträgt 1 × 1018 cm-3.
Fig. 11 zeigt die Verteilung der Zn-Konzentration in dem herkömmlichen epitaxialen Wafer, in der mittels SIMS gemessenen Tiefeneinrichtung, wobei auf der Abzisse die Tiefe und auf der Ordinate (eine logarithmische Skala) die Zn-Konzentration aufgetragen sind.
Es wurde bestätigt, daß in der Fensterschicht 6b Zn in großem Umfang in die n-Mantelschicht 3b, die Aktivschicht 4b und den Licht emittierenden Bereich der p-Mantelschicht 5b diffun­ diert, wie es das Ergebnis der SIMS-Analyse zeigt.
Der epitaxiale Wafer wurde zu einer LED verarbeitet. Der Bereich eines Chips beträgt 300 µm × 300 µm. Über die gesamte Grundfläche des Chips wird eine n-Elektrode gebildet. Auf einer Oberfläche des Chips wird eine p-Kreiselektrode mit einem Durchmesser von 150 µm gebildet. Die n-Elektrode wird mit Hilfe des aufeinanderfolgenden Aufdampfens von Au/Ge-, Ni- und Au-Schichten mit Dicken von 60 nm, 10 nm und 500 nm gebildet. Die p-Elektrode wird mit Hilfe des aufeinanderfoldgenden Aufdampfens von Au/Zn-, Ni- und Au-Schichten mit Dicken von 60 nm, 10 nm und 100 nm gebildet. Nach dem Ausbilden der Anschlüsse dieses Chips wird eine Leuchtcharakteristik gemessen. Die Leuchtleistung beträgt 0,6 mW. Die Durchlaßspannung beträgt 2,4 V, wenn ein Strom von 20 mA auf die LED angewendet wird.
Wie bereits erwähnt wurde, kann mit Hilfe einer einfachen Struktur eine LED mit einer hohen Leuchtleistung und einer hohen Zuverlässigkeit erhalten werden.
Da die Reproduzierbarkeit der Zn-Diffusion für herkömmliche Wafer ungenügend ist, ist die Fluktuation der Verteilung der Zn-Konzentration in den einzelnen Wafern und zwischen vie­ len Wafern wesentlich, welches ein Grund für die Verschlechterung der Einheitlichkeit und der Reproduzierbarkeit der Produkte ist. Da die Zn-Diffusion jedoch erfindungsgemäß unter­ drückt werden kann, können diese Probleme gelöst werden.
Da sich die Zn-Konzentration so verteilt, wie es die Erfinder erwarteten, kann zwischen der p- Mantelschicht und der Fensterschicht eine Schicht mit hoher Trägerkonzentration gebildet werden und die LED mit einer kleinen Durchlaßspannung kann mit hoher Reproduzierbarkeit erhalten werden.
Mit Hilfe der Erfindung können der epitaxiale Wafer für die LED auf Basis des AlGaInP- Systems und hieraus die LED hergestellt werden, wobei die Durchlaßspannung niedrig ist.
Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.

Claims (22)

1. LED auf Basis eines AlGaInP-Systems mit:
  • - einem Substrat mit einer Leitfähigkeit;
  • - einer n-Mantelschicht, die aus einem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist;
  • - einer Aktivschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems ge­ bildet ist und eine kleinere Energielücke als die n-Mantelschicht aufweist;
  • - einer p-Mantelschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist und eine größere Energielücke als die Aktivschicht aufweist;
  • - einer aus GaP gebildeten p-Fensterschicht;
  • - Elektroden, die auf vorbestimmten Abschnitten der Fensterschicht und des Sub­ strats gebildet sind; und
  • - einer Einfügungsschicht, die zwischen der p-Mantelschicht und der p- Fensterschicht eingefügt ist und eine kleinere Energielücke als die p- Mantelschicht aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Energielücke der Einfügungsschicht größer als die Energielücke der Aktivschicht ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Leitfähigkeitstyp der Einfügungsschicht vom p- Typ ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Trägerkonzentration in der p-Einfügungsschicht 5 × 1017 cm-3 bis 5 × 1018 cm-3 beträgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kristallgitter der Einfügungsschicht an die p- Mantelschicht angepaßt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einfügungsschicht aus einem der folgenden Materialien gebildet ist: AlGaInP, GaInP, AlInP, GaAs, AlGaAs, GaAsP oder InGaAsP, wobei das Material eine Zusammensetzung derart aufweist, daß die Energielücke kleiner als die Energielücke der p-Mantelschicht ist.
7. LED auf Basis eines AlGaInP-Systems mit:
  • - einem Substrat mit einer Leitfähigkeit;
  • - einer n-Mantelschicht, die aus einem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist;
  • - einer Aktivschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems ge­ bildet ist und eine kleinere Energielücke, als die n-Mantelschicht aufweist;
  • - einer p-Mantelschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist und eine größere Energielücke als die Aktivschicht aufweist;
  • - einer Fensterschicht, die aus GaxIn1-xP(0<x≦1), AlyIn1-yP(0<y≦1) oder AlzGa1-zP(0<z≦1);
  • - Elektroden, die auf vorbestimmten Abschnitten der Fensterschicht und des Sub­ strats gebildet sind; und
  • - einer Einfügungsschicht, die zwischen der p-Mantelschicht und der Fensterschicht eingefügt ist und eine kleinere Energielücke als die p-Mantelschicht aufweist.
8. Epitaxialer Wafer für eine LED auf Basis eines AlGaInP-Systems mit:
  • - einem Substrat mit einer Leitfähigkeit;
  • - einer n-Mantelschicht, die aus einem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist;
  • - einer Aktivschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems ge­ bildet ist und eine kleinere Energielücke als die n-Mantelschicht aufweist;
  • - einer p-Mantelschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist und eine größere Energielücke als die Aktivschicht aufweist;
  • - einer aus GaP gebildeten p-Fensterschicht; und
  • - einer Einfügungsschicht, die zwischen der p-Mantelschicht und der p- Fensterschicht eingefügt ist und eine kleinere Energielücke als die p- Mantelschicht aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Energielücke der Einfügungsschicht größer als die der Aktivschicht ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein Leitfähigkeitstyp der Einfügungsschicht vom p-Typ ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei eine Trägerkonzentration in der Einfügungs­ schicht 5 × 1017 cm-3 bis 5 × 1018 cm-3 beträgt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Kristallgitter der Einfügungsschicht an die p- Mantelschicht angepaßt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Einfügungsschicht aus einem der folgenden Verbindungshalbleiter gebildet ist: AlGaInP, GaInP, AlInP, GaAs, AlGaAs, GaAsP oder InGaAs, wobei der Verbindungshalbleiter eine solche Zusammensetzung hat, daß die Energielücke kleiner als die Energielücke der p-Mantelschicht ist.
14. Epitaxialer Wafer für eine LED auf Basis eines AlGaInP-Systems mit:
  • - einem Substrat mit einer Leitfähigkeit,
  • - einer n-Mantelschicht, die aus einem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist;
  • - einer Aktivschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems ge­ bildet ist und eine kleinere Energielücke als die n-Mantelschicht aufweist;
  • - einer p-Mantelschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist und eine größere Energielücke als die Aktivschicht aufweist;
  • - einer Fensterschicht, die aus GaxIn1-xP(0<x≦1), AlyIn1-yP(0<y≦1) oder AlzGa1-zP(0<x≦1) gebildet ist; und
  • - einer Einfügungsschicht, die zwischen der p-Mantelschicht und der Fensterschicht eingefügt wird und eine kleinere Energielücke als die p-Mantelschicht aufweist.
15. LED auf Basis eines AlGaInP-Systems mit:
  • - einem Substrat mit einer n-Leitfähigkeit;
  • - einer n-Mantelschicht, die aus einem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist;
  • - einer Aktivschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems ge­ bildet ist und eine kleinere Energielücke als die n-Mantelschicht aufweist;
  • - einer p-Mantelschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist und eine größere Energielücke als die Aktivschicht aufweist; einer p-Fensterschicht; und
  • - einer Einfügungsschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP- Systems gebildet ist und in die p-Mantelschicht oder zwischen die p- Mantelschicht und die p-Fensterschicht eingefügt ist,
wobei das Kristallgitter der Einfügungsschicht an die p-Mantelschicht angepaßt ist, und wobei ein Zusammensetzungsverhältnis von Al in der Einfügungsschicht geringer als in der p-Mantelschicht und höher als in der Aktivschicht ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die p-Fensterschicht aus GaP gebildet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die p-Mantelschicht und die p-Fensterschicht mit Zn dotiert sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei eine Trägerkonzentration in der Einfügungsschicht 2 × 1017 cm-3 bis 5 × 1018 cm-3 beträgt.
19. Epitaxialer Wafer für eine LED auf Basis eines AlGaInP-Systems mit:
  • - einem Substrat mit einer n-Leitfähigkeit;
  • - einer n-Mantelschicht, die aus einem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist;
  • - einer Aktivschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems ge­ bildet ist und eine kleiner Energielücke als die n-Mantelschicht aufweist;
  • - eine p-Mantelschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP-Systems gebildet ist und eine größere Energielücke als die Aktivschicht aufweist;
  • - einer p-Fensterschicht; und
  • - einer Einfügungsschicht, die aus dem Verbindungshalbleiter des AlGaInP- Systems gebildet ist und in die p-Mantelschicht oder zwischen die p- Mantelschicht und die p-Fensterschicht eingefügt ist,
wobei das Kristallgitter der Einfügungsschicht an die p-Mantelschicht angepaßt ist, und wobei ein Zusammensetzungsverhältnis von Al in der Einfügungsschicht geringer als in der p-Mantelschicht und höher als in der Aktivschicht ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die p-Fensterschicht aus GaP gebildet ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die p-Mantelschicht und die p-Fensterschicht mit Zn dotiert sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei eine Trägerkonzentration in der Einfügungsschicht 2 × 1017 cm-3 bis 5 × 1018 cm-3 beträgt.
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TW (1) TW445659B (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7528417B2 (en) 2003-02-10 2009-05-05 Showa Denko K.K. Light-emitting diode device and production method thereof
DE102005031612B4 (de) * 2004-07-12 2013-09-12 Epistar Corp. LED mit einem omnidirektionalen Reflektor und einer transparenten, leitenden Schicht und omnidirektionaler Reflektor für eine LED

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6740906B2 (en) * 2001-07-23 2004-05-25 Cree, Inc. Light emitting diodes including modifications for submount bonding
JP2003309283A (ja) * 2002-04-17 2003-10-31 Sharp Corp 半導体発光素子
JP2006108350A (ja) * 2004-10-05 2006-04-20 Stanley Electric Co Ltd 半導体発光素子
JP2007088351A (ja) * 2005-09-26 2007-04-05 Hitachi Cable Ltd 発光ダイオード用エピタキシャルウェハおよび発光ダイオード
US8507929B2 (en) * 2008-06-16 2013-08-13 Koninklijke Philips Electronics N.V. Semiconductor light emitting device including graded region
CN104362225B (zh) * 2014-09-25 2017-10-24 中国电子科技集团公司第四十四研究所 一种高功率低偏振度的800nm波段SLD外延结构

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0403293B1 (de) * 1989-06-16 1995-12-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Verfahren zur Herstellung eines III-V-Verbindungshalbleiterbauelementes
JP3442864B2 (ja) * 1994-07-08 2003-09-02 三菱電線工業株式会社 半導体発光素子
JP3122324B2 (ja) * 1995-02-20 2001-01-09 三菱電線工業株式会社 半導体発光素子
JP3233569B2 (ja) * 1996-03-22 2001-11-26 シャープ株式会社 半導体発光素子
JP3807638B2 (ja) * 1997-01-29 2006-08-09 シャープ株式会社 半導体発光素子及びその製造方法
US6107648A (en) * 1997-03-13 2000-08-22 Rohm Co., Ltd. Semiconductor light emitting device having a structure which relieves lattice mismatch
JP3698402B2 (ja) * 1998-11-30 2005-09-21 シャープ株式会社 発光ダイオード

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7528417B2 (en) 2003-02-10 2009-05-05 Showa Denko K.K. Light-emitting diode device and production method thereof
DE102005031612B4 (de) * 2004-07-12 2013-09-12 Epistar Corp. LED mit einem omnidirektionalen Reflektor und einer transparenten, leitenden Schicht und omnidirektionaler Reflektor für eine LED

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