DE19532204C2 - Halbleitermaterial mit einem Heteroübergang - Google Patents
Halbleitermaterial mit einem HeteroübergangInfo
- Publication number
- DE19532204C2 DE19532204C2 DE19532204A DE19532204A DE19532204C2 DE 19532204 C2 DE19532204 C2 DE 19532204C2 DE 19532204 A DE19532204 A DE 19532204A DE 19532204 A DE19532204 A DE 19532204A DE 19532204 C2 DE19532204 C2 DE 19532204C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- type
- heterojunction
- algainp
- gaas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 74
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 47
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 46
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 9
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 17
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 241001663154 Electron Species 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000010871 livestock manure Substances 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/201—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys
- H01L29/205—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/321—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures having intermediate bandgap layers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Halbleitermaterial mit einem Heteroübergang, im Folgenden als Halbleiterheteroübergangs
material bezeichnet. Es ist
in optischen Vorrichtungen, FET-Transistoren und
dergleichen verwendbar. Insbesondere weist das Halbleiter
heteroübergangsmaterial einer Zusammensetzung auf, die dessen
elektrische Eigenschaften steigern.
Halbleiterheteroübergangsmaterialien, die durch Verbinden un
terschiedlicher Halbleitertypen gebildet sind, werden in op
tischen Vorrichtungen, wie Licht emittierenden Dioden (LEDs)
und elektronischen Vorrichtungen, wie Hochmobilitäts-Feldef
fekttransistoren verwendet. Die Hochmobilitäts-Feldeffekt
transistoren verwenden das zweidimensionale Elektronensystem, wel
che an der Heteroübergangsgrenzfläche zwischen zwei Halb
leitern, wie GaAS und AlGaAs auftreten. Die Eigenschaften
des Transistors werden durch die hohe Elektronenmobilität ge
steigert, die durch das zweidimensionale Elektronensystem erzeugt
wird. Viele der ausgezeichneten Eigenschaften, die durch den
Heteroübergang gezeigt werden, werden durch diese Grenz
flächeneigenschaften des Heteroübergangsmaterials erzeugt,
und die Eigenschaften einer Vorrichtung, die das Heteroüber
gangsmaterial verwendet, werden durch die Grenzflächeneigen
schaften beeinflußt.
Heteroübergangsmaterialien werden nicht nur in elektroni
schen Vorrichtungen, sondern auch in LEDs, Laserdioden (LDs)
und anderen optischen Vorrichtungen verwendet, die aus Verbundhalbleitermaterialien
gebildet werden. Die Verbundhalb
leitermaterialien, die zur Bildung der Heteroübergänge ver
wendet werden, die in diesen Verbundhalbleitervorrichtungen
verwendet werden, umfassen beispielsweise AlGaAs, GaInP,
AlInP und AlGaInP. Beispielsweise wird eine Heteroübergangs
konfiguration, die aus GaInP und AlGaInP besteht, als ein
Heteroübergangsmaterial für eine Kurzwellen-LED verwendet
(J. F. Lin et al., Electron. Lett., Bd. 29 (1993), S. 1346-1347).
In den Heteroübergängen, die in LEDs verwendet werden, die
rotes, oranges, gelbes oder grünes Licht emittieren, sind
die Schichten, die den Übergang bilden, herkömmlich aus
Drei- oder Vier-Element-Mischkristallen gebildet worden, die
aus einer Kombination von Al, Ga und/oder In hergestellt
sind, die in Gruppe III des Periodensystems der Elemente fal
len, wobei P und/oder As in Gruppe V des gleichen Systems
fallen.
Wenn die Heteroübergangskonfigurationen nach dem Stand der
Technik für LEDs unter Elektronikgesichtspunkten betrachtet
werden, wird herausgefunden, daß der Unterschied in der Ener
giebandstruktur zwischen den Halbleitern, die den Übergang
bilden, wegen einer Diskontinuität des Leitungsbandes und
des Valenzbandes eine Heterobarriere an der Übergangsgrenz
fläche erzeugt. Wenn beispielsweise, wie in Fig. 1 gezeigt,
ein Heteroübergang aus GaAs 101 mit p-Typ-Leitfähigkeit und
AlGaInP 102, ebenso mit p-Typ-Leitfähigkeit, gebildet wird,
bildet die Diskontinuität des Valenzbandes 106 an der Hetero
übergangsgrenzfläche 104 eine dornartige Potentialbarriere
(Heterobarriere) 103 in dem Valenzband. Das Leitungsband ist
mit 105 bezeichnet. Diese Heterobarriere wirkt als eine Bar
riere gegen eine Bewegung der Löcher, welche die Ladungsträger des
p-Typ-Halbleiters sind. Die Heterobarriere verhindert somit
einen Stromdurchgang hindurch und ist daher eine Haupt
ursache vergrößerten elektrischen Widerstandes.
Ein ähnliches Phänomen tritt in einem Heteroübergang auf,
der aus zwei Halbleitern mit n-Typ-Leitfähigkeit gebildet
ist. In diesem Fall tritt die Heterobarriere im Leitungsband
auf und wirkt als eine Barriere gegen eine Bewegung der Elek
tronen, die die Träger des n-Typ-Halbleiters sind.
Um eine Lichtemission von einer LED zu erhalten, wird eine
Spannung zwischen den Vorrichtungselektroden in der Vorwärts
richtung über einem LED-Material, wie einem Heteroübergangs
material, angelegt. Das heißt, Spannung wird angelegt, um
die p-Typ-Elektrode, die auf einem p-Typ-Halbleiter ausgebil
det ist, positiv aufzuladen, und um die n-Typ-Elektrode, die
auf einem n-Typ-Halbleiter ausgebildet ist, negativ aufzula
den. Auf diese Weise wird gewöhnlich Strom durch den Hetero
übergang einer LED geleitet. Aus dem vorhergehenden Grund
erscheint daher die Wirkung der Heterobarriere in einer LED
mit einem Heteroübergang als eine Zunahme der Vorwärts
spannung.
Zum Wahrnehmen einer LED mit geringem Leistungsverbrauch und
hoher Zuverlässigkeit ist es notwendig, die Vorwärtsspannung
zu verringern. Dies ist so, weil eine Verringerung in der
Vorwärtsspannung, die für einen Durchfluß eines gegebenen
Strombetrages erforderlich ist, den Leistungsverbrauch ver
ringert und gleichzeitig eine Beeinträchtigung der Vorrich
tung durch Verringern der Last auf der LED reduziert.
Im Stand der Technik wird der durch die Heterobarriere
erzeugte elektrische Widerstand verringert, indem an der
Übergangsgrenzfläche eine Zwischen-(Mittel-)Schicht ein
gesetzt wird, die aus einem Halbleiter besteht, dessen Band
abstand eine Größe aufweist, die mitten zwischen jene der
zwei Typen von Halbleitern fällt, die den Heteroübergang
bilden. Im Fall des zuvor erwähnten Heteroübergangs, der bei
spielsweise aus p-Typ-GaAs und p-Typ-AlGaInP gebildet wird,
ist die Praxis, daß an dem Übergang eine mittlere Schicht
eingesetzt wird, die aus p-Typ-GaInP besteht, deren Bandab
stand eine Größe aufweist, die zwischen jene von GaAs und
AlGaInP fällt (K. Itaya et al., Jpn. J. Appl. Phys., Bd. 32
(1993), 1919-1922). In diesem Fall wird die Energiebandstruktur
an dem Übergang wie in Fig. 2 gezeigt. Wie in Fig. 2 ge
zeigt, werden, wenn eine aus GaInP bestehende Mittelschicht
107 eingesetzt wird, Heterobarrieren 103 sowohl an der Hete
roübergangsgrenzfläche 104 zwischen der p-Typ-GaAs-Schicht
101 und der mittleren Schicht 107 als auch an der Heteroüber
gangsgrenzfläche 104 zwischen der mittleren Schicht 107 und
der p-Typ-AlGaInP-Schicht 102 gebildet. Die Größe jeder
Heterobarriere 103 ist kleiner, als es der Fall wäre, wenn
die Mittelschicht 107 nicht eingesetzt wäre. Dieses Verfah
ren ermöglicht somit, daß der elektrische Widerstand des
Heteroübergangsmaterials verringert
wird.
Da das Verfahren nach dem Stand der Technik dazu führt, daß
Heterobarrieren an zwei Stellen vorhanden sind, ist jedoch
die Verringerung des elektrischen Widerstandes unzureichend.
Eine weitere Verringerung des elektrischen Widerstandes des
Heteroübergangs ist daher notwendig, um eine Hochleistungs-
LED mit einem Heteroübergangsmaterial zu erhalten.
In dieser Hinsicht ist ersichtlich, daß der elektrische Wider
stand weiter reduziert werden kann, wenn die Heterobarriere
unterteilt wird, indem eine Anzahl von mittleren Schichten
eingesetzt wird, die aus Halbleitern bestehen mit Bandab
standsgrößen, die sich voneinander unterscheiden, aber
zwischen jene der den Heteroübergang bildenden zwei Halblei
tertypen fallen, und indem diese mittleren Schichten in der
Reihenfolge ihrer Bandabstandsgrößen angeordnet werden. In
der Praxis ist es jedoch nicht leicht, eine Kombination von
Halbleitern mit geeigneten Bandabständen zu finden.
Aus Appl. Phys. Letters, Bd. 51, 1987, S. 1720 bis 1722 ist bekannt, dass
AlGaInPAs gitterangepasst auf GaAs eine hohe Lichtausbeute erwarten
lässt.
US 4 959 839 offenbart ein Halbleitermaterial mit einem Heteroübergang,
der durch drei übereinander liegende Halbleiterschichten konfiguriert ist.
Die mittlere Schicht kann aus AlGaInPAs, die obere Schicht aus GaAs und
die untere Schicht aus InGaAlP bestehen. Die mittlere Schicht ist hoch
dotiert.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist daher, ein Halbleiterma
terial mit einem Heteroübergang zu schaf
fen, das in der Lage ist, die große elektrische Widerstandskomponente zu
verringern, die in der Strom-Spannungs-Charakteristik eines Heteroüber
gangs erscheint.
Diese Erfindung erreicht diese Aufgabe durch eine mittlere
Schicht aus AlGaInPAs in einem Heteroübergang, der aus GaAs und
AlGaInP, GaAs und AlInP, AlGaAs und AlGaInP oder AlGaAs und AlInP
gebildet ist, wobei die mittlere Schicht eine Trägerkonzentration im Be
reich von etwa 1 × 1017 cm-3 bis etwa 2 × 1018 cm-3 aufweist.
Wenn die mittlere Schicht auf diese Weise als eine Schicht gebildet wird,
die alle Bestandteilelemente der Halbleiter enthält, die die Heteroüber
gangskonfiguration bilden, kann der Bandabstand des Halbleiters, der die
mittlere Schicht bildet, auf einen gewünschten Wert eingestellt werden,
der zwischen die Bandabstände der anderen zwei Halbleitertypen, die den
Heteroübergang bilden, fällt. Infolgedessen kann eine Zunahme des durch
die Heterobarriere erzeugten elektrischen Widerstands unterdrückt wer
den.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung be
schrieben, in dieser zeigt:
Fig. 1 ein Diagramm, das die Energiebandstruktur
eines bekannten Halbleiterheteroübergangs
zeigt,
Fig. 2 ein Diagramm, das die Energiebandstruktur
eines verbesserten Halbleiterheteroübergangs
nach dem Stand der Technik zeigt,
Fig. 3 eine Ansicht zur Erläuterung der Struktur
eines Halbleiterheteroübergangs gemäß der Er
findung,
Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels
der Energiebandstruktur des Halbleiterhetero
übergangs gemäß der Erfindung,
Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung eines anderen
Beispiels der Energiebandstruktur des
Halbleiterheteroübergangs gemäß der
Erfindung,
Fig. 6 eine schematische Ansicht einer LED mit
einem Halbleiterheteroübergangsmaterial, wel
che ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist,
Fig. 7 eine schematische Ansicht einer LED mit
einem Halbleiterheteroübergangsmaterial, wel
che ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfin
dung ist,
Fig. 8 eine schematische Ansicht einer LED mit
einem Halbleiterheteroübergangsmaterial, wel
che ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfin
dung ist,
Fig. 9 eine schematische Ansicht einer LED mit
einem Halbleiterheteroübergangsmaterial, wel
che ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfin
dung ist, und
Fig. 10 eine schematische Ansicht einer LED mit
einem Halbleiterheteroübergangsmaterial, wel
che ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfin
dung ist.
In dem Halbleiterheteroübergangsmaterial gemäß dieser Erfin
dung, das durch aufeinanderfolgendes Überlagern erster, mitt
lerer und dritter Schichten von Halbleitern gebildet ist,
sind einige oder alle Bestandteilelemente der ersten und
dritten Schichten unterschiedlich, und die mittlere Schicht
enthält alle Elemente, die in den ersten und dritten Schich
ten enthalten sind. Genauer ist es durch Strukturieren des
Heteroübergangs einer Kombination aus GaAs und AlGaInP, GaAs
und AlInP, AlGaAs und AlGaInP sowie AlGaAs und AlInP und Zwi
schensetzen einer aus AlGaInPAs bestehenden Schicht zwischen
die Übergangsschichten möglich, ein Halbleiterheteroüber
gangsmaterial zu schaffen, das einen Heteroübergang umfaßt,
welcher eine Zunahme des durch die Heterobarriere erzeugten
elektrischen Widerstandes unterdrückt.
Außerdem ist die Wirkung der Erfindung weiter gesteigert,
wenn die mittlere Schicht oder Mittelschicht in der Element
zusammensetzung zwischen ihrer Heteroübergangsgrenzfläche zu
der einen der ersten und dritten Schichten und ihrer Hetero
übergangsgrenzfläche zu der anderen davon kontinuierlich
oder schrittweise abgestuft ist.
Die geschichtete Konfiguration der drei Halbleitertypen, die
den Heteroübergang bilden, kann irgendwo innerhalb des Mate
rials angeordnet sein.
Das Halbleitermaterial der Mittelschicht umfaßt alle Bestand
teilelemente der Halbleiter, die den Heteroübergang bilden.
Zum Beispiel umfaßt in einer Heteroübergangskonfiguration,
die aus GaAs (aus Ga und As hergestellt) und AlGaInP Vier-
Element-Mischkristall (aus Al, Ga, In und P hergestellt) be
steht, die Heteroübergangsstruktur die fünf Elemente Al, Ga,
In, P und As. Die Mittelschicht wird daher aus AlGaInPAs
Fünf-Elemente-Mischkristall gebildet. Die Mittelschicht wird
aus allen Bestandteilelementen der Halbleiter gebildet, die
die Heteroübergangskonfiguration bilden, weil dies eine
Steuerung der Zusammensetzung der Mittelschicht erlaubt, um
den Bandabstand des Halbleiters, aus dem die Mittelschicht
gebildet wird, auf eine gewünschte Größe einzustellen, die
zwischen die Bandabstandsgrößen der zwei den Heteroübergang
bildenden Halbleitertypen fällt.
Die Prozedur zum Zwischensetzen der Mittelschicht zwischen
die zwei den Heteroübergang bildenden Halbleitertypen wird
nun erläutert. Zum Beispiel wird zuerst eine GaAs-Schicht
auf einem GaAs-Einkristallsubstrat abgelagert. Als nächstes
wird eine AlGaInPAs-Schicht auf der GaAs-Schicht gebildet.
Die Zusammensetzung des AlGaInPAs wird durch die Formel
AlXGaYInZPUAsW dargestellt, wobei X, Y, Z, U und W Gehalts
verhältnisse der jeweiligen Elemente sind und stöchiome
trisch definiert sind, so daß X + Y + Z = 1 und U + W = 1
ist. Zum Zeitpunkt der Ablagerung des AlGaInPAs wird, wenn
die Zusammensetzung gesteuert wird, so daß die In- und P-Be
standteile, d. h. Z und U in der vorhergehenden Notation, die
Beziehung Z = U/2 in der AlGaInPAs-Schicht erfüllen, die Al
GaInPAs-Schicht im wesentlichen an das GaAs gitterangepaßt
sein, was die Bildung einer Schicht mit guter Kristallinität
ermöglicht. Danach wird AlInP auf die AlGaInPAs-Schicht abge
lagert. Die Zusammensetzung des AlInP wird durch die Formel
AlSInTP dargestellt, wobei S und T die Gehaltsverhältnisse
von Al und In sind und stöchiometrisch definiert sind, so
daß S + T = 1 ist. Da die AlInP-Schicht im wesentlichen an
die GaAs-Schicht gitterangepaßt ist, wenn S = T = 0,5 ist,
kann eine AlInP-Schicht mit ausgezeichneter Kristallinität
leicht erhalten werden, wenn die Zusammensetzung in der Nähe
dieser Beziehung liegt. Die aufeinanderfolgende Ablagerung
von Schichten auf diese Weise sorgt für ein Heteroübergangs
material, das aus drei Schichten, einer GaAs-Schicht, einer
AlInP-Schicht und einer AlGaInPAs-Schicht besteht, und das
AlGaInPAs als die Mittelschicht umfaßt. Die Ablagerung kann
durch Molekularstrahlepitaxie (MBE), metall-organische
chemische Dampfablagerung (MOCVD) oder dergleichen durch
geführt werden.
Die Zusammensetzung des AlGaInPAs-Fünfelement-Mischkristalls
wird vorzugsweise stufenweise oder kontinuierlich in der
Richtung der Ablagerung der Mittelschicht abgestuft. Dies er
möglicht, daß die Größe des Bandabstandes der Mittelschicht
schrittweise oder kontinuierlich variiert werden kann, zwi
schen einer Größe, die im wesentlichen gleich jener des Halblei
ters des Heteroübergangs ist, zu einer Größe, die im wesentlichen
gleich jener des anderen Halbleiters davon ist. Das Versehen
der Mittelschicht mit diesem Zusammensetzungsgradiententyp
unterdrückt die Bildung einer Heterobarriere, wie sie in der
Heteroübergangskonfiguration nach dem Stand der Technik in
folge einer großen Bandabstandsdiskontinuität auftritt, und
überwindet somit das Problem eines durch die Heterobarriere
erzeugten vergrößerten elektrischen Widerstandes.
Fig. 3 stellt schematisch ein Beispiel einer GaAs- und
AlGaInP-Heteroübergangskonfiguration dar, die mit einer
AlGaInPAs-Mittelschicht gemäß dieser Erfindung versehen ist.
In dem Beispiel der Fig. 3 ist der Heteroübergang auf einem
p-Typ-GaAs-Substrat 108 gebildet. Eine Mittelschicht 107,
die aus p-Typ-AlGaInPAs gebildet ist, ist zwischen einer
p-Typ GaAs-Schicht 101 und einer p-Typ-AlGaInP-Schicht 102
zwischengesetzt, welche die Bestandteilelemente des Hetero
übergangs sind.
Nun wird die bevorzugte Weise einer Variierung der Zusammen
setzung der Elemente des AlGaInPAs, wenn die Mittelschicht
kontinuierlich abgestuft werden soll, betrachtet. AlGaInPAs
kann als eine Mischung aus GaAs und AlGaInP betrachtet wer
den. Wenn die Gehaltsverhältnisse der Elemente, die das
AlGaInPAs bilden, zu Gehaltsverhältnissen von GaAs und
AlGaInP in einer Mischung aus diesen, die die Mittelschicht
107 bilden, konvertiert werden, folgt somit, daß der
GaAs-Gehalt kontinuierlich von 1 bis 0 und der
AlGaInP-Gehalt von 0 bis 1 zwischen der Grenzfläche der
Mittelschicht 107 zur p-Typ-GaAs-Schicht 101 und ihrer
Grenzfläche davon zur p-Typ-AlGaInP-Schicht 102 variiert
werden sollte. Wenn dies ausgeführt ist, variiert die Größe
des Bandabstandes der AlGaInPAs-Mittelschicht 107
kontinuierlich zwischen der Größe des Bandabstandes von GaAs
und der Größe des Bandabstandes von AlGaInP.
Fig. 4 zeigt die Energiebandstruktur in dem Fall, in dem
eine AlGaInPAs-Mittelschicht in einer GaAs/AlGaInP-Hetero
übergangskonfiguration vorgesehen ist. Das Diagramm der Fig.
4 ist für den vorhergehenden Fall, in welchem die Zusammen
setzung der Mittelschicht kontinuierlich variiert wird. Die
GaAs-Schicht, die AlGaInPAs-Mittelschicht und die AlGaInP-
Schicht weisen p-Typ-Leitfähigkeit auf. Da der Bandabstand
der AlGaInPAs-Mittelschicht kontinuierlich wegen der vorher
gehend erwähnten kontinuierlich abgestuften Zusammensetzung
der Mittelschicht zwischen ihrer Grenzfläche zu dem GaAs und
ihrer Grenzfläche zu dem AlGaInP variiert, wird die in der
Heterogrenzfläche nach dem Stand der Technik auftretende
Heterobarriere vermieden.
Die Zusammensetzung der Mittelschicht kann auch schrittweise
variiert werden. Beispielsweise in einer GaAs/AlGaInP-Hetero
übergangskonfiguration kann der Bandabstand durch Ablagern
einer Vielzahl dünner AlGaInPAs-Unterschichten unterschied
licher Zusammensetzungen und entsprechend unterschiedlicher
Bandabstände in geeigneter Reihenfolge schrittweise variiert
werden. Zum Beispiel genügt es, eine Anzahl dünner
AlGaInPAs-Unterschichten mit fortschreitend höheren Bandab
ständen zwischen der GaAs-Seite und der AlGaInP-Seite abzu
lagern. Die Erfindung spezifiziert nicht besonders die Dicke
der abgelagerten Schichten oder deren Anzahl.
Fig. 5 zeigt die Bandabstandsstruktur in dem Fall, in dem
eine AlGaInPAs-Mittelschicht schrittweise variierter Zusam
mensetzung in einer GaAs/AlGaInP-Heteroübergangskonfigura
tion vorgesehen ist. Das Diagramm der Fig. 5 ist für den
Fall, in welchem die Mittelschicht aus dünnen Unterschichten
aus AlGaInPAs mit in vier Schritten variierter Zusammenset
zung gebildet ist. Die GaAs-Schicht, die AlGaInPAs-Mittel
schicht und die AlGaInP-Schicht weisen alle p-Typ-Leitfähig
keit auf. Da die Zusammensetzung der AlGaInPAs-Mittelschicht
107 in vier Stufen zwischen der Grenzfläche zum GaAs und der
Grenzfläche zum AlGaInP variiert wird, variiert der Bandab
stand der Mittelschicht 107 schrittweise. Infolgedessen,
wird die an der einzigen Heterogrenzfläche im Stand der Tech
nik auftretende Heterobarriere unter fünf Stellen aufge
teilt. Da die Größen der Heterobarrieren an der individuel
len Heterogrenzfläche daher kleiner als jene an der Hetero
grenzfläche nach dem Stand der Technik sind, kann der elek
trische Widerstand an dem Heteroübergang stark verringert
sein. Die Zusammensetzung muß nicht in vier Schritten vari
iert werden. Halbleiter mit geeigneten Bandabständen können
leicht durch Einstellen der Zusammensetzung der AlGaInPAs-
Mittelschicht gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten
werden.
Obwohl in den vorhergehenden Beispielen der Heteroübergang
aus Halbleitern mit p-Typ-Leitfähigkeit gebildet ist, kann
er aus Halbleitern mit entweder p-Typ- oder n-Typ-Leitfähig
keit gebildet sein. Jedoch betrifft die Erfindung ein Halb
leiterheteroübergangsmaterial, das wirksam in dem Fall eines
Heteroübergangs zwischen p-Typ-Halbleitern oder zwischen
n-Typ-Halbleitern ist, und wird nicht auf einen Heteroüber
gang zwischen einem p-Typ-Halbleiter und einem n-Typ-Halblei
ter angewendet. Die Erfindung spezifiziert nicht besonders
die Dicke der abgelagerten Schichten von den Heteroübergang
bildenden Halbleitern oder deren Trägerkonzentration. Da
außerdem die Erfindung auf die Eigenschaften der Hetero
übergangsgrenzfläche gerichtet ist, spezifiziert sie nicht
besonders die Dicke der Mittel
schicht. Es genügt für den Leitfähigkeitstyp der Mittel
schicht gleiche wie jener der Halbleiter zu sein, die den
Heteroübergang bilden.
Da im Unterschied zum Stand der Technik keine plötzliche Än
derung im Bandabstand zwischen den den Heteroübergang bilden
den Halbleitern auftritt, wird die Bildung einer Heterobar
riere am Heteroübergang unterdrückt, wodurch die Ursache für
die Zunahme des elektrischen Widerstandes eliminiert wird.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert.
Fig. 6 zeigt eine LED mit einem Halbleiterheteroübergangsma
terial, welche ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
Wie in der schematischen Schnittansicht der Fig. 6 gezeigt,
war die Heteroübergangskonfiguration aus GaAs und AlGaInP
gebildet und wies eine dazwischenliegende Mittelschicht aus
AlGaInPAs auf. In diesem Beispiel diente das GaAs als eine
Pufferschicht der LED und das AlGaInP als deren Lichtemis
sionsschicht.
Das Heteroübergangsmaterial war auf einem Einkristall-p-Typ-
GaAs-Substrat 108, das mit Zn dotiert war, gebildet. Eine
Zn-dotierte p-Typ-GaAs-Schicht 101 war auf dem p-Typ-GaAs-
Substrat 108 als eine Pufferschicht abgelagert. Die p-Typ-
GaAs-Schicht 101 war so gebildet, daß sie eine Dicke von
ungefähr 1 × 10-4 cm und eine Trägerkonzentration von
ungefähr 2 × 1018 cm-3 aufwies.
Eine p-Typ-AlGaInPAs-Schicht, die mit Zn dotiert war, war
auf der p-Typ-GaAs-Schicht 101 als eine Mittelschicht 107 ge
bildet. Die Mittelschicht war mit einer Dicke von annähernd
2 × 10-5 cm gebildet. Die Trägerkonzentration der Mittel
schicht 107 war im Bereich von annähernd 1 × 1017 cm-3 und 2
× 1018 cm-3 gehalten.
Wenn die Zusammensetzung der AlGaInPAs-Mittelschicht 107 wie
der als AlXGaYInzPUAsW dargestellt wird, waren die Werte der
Indizes auf Y = W = 1 und X = Z = U = 0 an der Übergangs
grenzfläche zur p-Typ-GaAs-Schicht 101 und auf X = 0,25, Y =
0,25, Z = 0,5, U = 1 und W = 0 an der Übergangsgrenzfläche
zu einer p-Typ-AlGaInP-Lichtemissionsschicht 109 festgelegt.
Mit anderen Worten, die Bestandteilelemente der Mittel
schicht 107 waren von der Übergangsgrenzfläche zur GaAs-
Schicht 101 zu der Grenzfläche zur p-Typ-AlGaInP-Lichtemis
sionsschicht 109 so abgestuft, daß die Al-Komponente kontinu
ierlich von 0 bis 0,25, die Ga-Komponente von 1 bis 0,25,
die In-Komponente von 0 bis 0,5, die As-Komponente von 1 bis
0 und die P-Komponente von 0 bis 1 variierten. Infolgedessen
enthielt die Mittelschicht 107 alle fünf Elemente des GaAs
und des AlGaInP, die den Heteroübergang bildeten.
Die p-Typ-AlGaInP-Schicht 109 war auf der Mittelschicht 107
als eine Lichtemissionsschicht abgelagert. Wenn die Zusammen
setzung der AlGaInP-Schicht 109 als AlkGalInmP dargestellt
wird, waren die Werte der Indizes auf k = l = 0,25 und
m = 0,5 festgelegt. Diese Zusammensetzung paßt zur Zusammen
setzung der Mittelschicht 107 auf der Seite ihrer Grenz
fläche zur p-Typ-AlGaInP-Lichtemissionsschicht 109. Infolge
dessen betrug der Bandabstand der AlGaInP-Schicht 109
ungefähr 2,2 eV bei Raumtemperatur. Ihre Trägerkonzentration
war auf ungefähr 6 × 1016 cm-3 durch Dotieren mit Zn einge
stellt, und ihre Dicke betrug 1 × 10-4 cm.
Eine n-Typ-AlGaInP-Schicht 110 war auf der p-Typ-AlGaInP-
Lichtemissionsschicht 109 mit einer Dicke von 3 × 10-4 cm
abgelagert und mit Se dotiert, um eine Trägerkonzentration
von ungefähr 1 × 1018 cm-3 aufzuweisen. Wenn die Zusammen
setzung der n-Typ-AlGaInP-Schicht 110 als AlkGalInmP
dargestellt wird, waren die Werte der Indizes auf k = 0,3,
l = 0,2 und m = 0,5 festgelegt.
Eine n-Typ-Elektrode 111 war auf der n-Typ-AlGaInP-Schicht
110 ausgebildet, und eine p-Typ-Elektrode 112 war auf der
Unterseite des p-Typ-GaAs-Substrats 108 ausgebildet, wodurch
die Herstellung einer LED zum Emittieren grünen Lichtes
vervollständigt war.
Die LED emittierte grünes Licht einer Wellenlänge in der
Nähe von 560 nm, wenn eine Vorwärtsspannung zwischen den
Elektroden 111 und 112 angelegt war. In dieser LED mit dem
Heteroübergangsmaterial gemäß der Erfindung betrug die zur
Erzeugung eines 5 mA-Betriebsstromes zwischen den Elektroden
erforderliche Vorwärtsspannung nicht mehr als ungefähr
2,2 V. Im Gegensatz dazu war eine Vorwärtsspannung von unge
fähr 8 V zur Erzeugung eines 5 mA-Stromes von der p-Seiten-
Elektrode zu der n-Seiten-Elektrode einer LED nach dem Stand
der Technik mit einem GaAs/AlGaInP-Heteroübergang ohne
AlGaInPAs-Mittelschicht erforderlich. Die Überlegenheit des
Halbleiterheteroübergangsmaterials gemäß der Erfindung war
somit erwiesen.
Fig. 7 zeigt eine LED mit einem Halbleiterheteroübergangsma
terial, welche ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist. Wie in der schematischen Schnittansicht der Fig. 7 ge
zeigt, war die Heteroübergangskonfiguration aus GaAs und
AlInP gebildet und wies eine dazwischenliegende Mittel
schicht aus AlGaInPAs auf.
Das p-Typ-GaAs-Substrat 108 und die p-Typ-GaAs-Schicht 101
waren die gleichen wie jene im ersten Beispiel.
Eine Zn-dotierte p-Typ-AlGaInPAs-Schicht war auf der p-Typ-
GaAs-Schicht 101 als eine Mittelschicht 107 abgelagert. Die
Dicke und Trägerkonzentration der Mittelschicht 107 war die
gleiche wie in Beispiel 1.
Wenn die Zusammensetzung der AlGaInPAs-Mittelschicht 107 als
AlXGaYInzPUAsW dargestellt wird, waren die Werte der Indizes
auf Y = W = 1 und X = Z = U = 0 an der Übergangsgrenzfläche
zwischen der p-Typ-GaAs-Schicht 101 und auf X = 0,5, Y = 0,
Z = 0,5, U = 1 und W = 0 an der Übergangsgrenzfläche zu
einer p-Typ-AlInP-Schicht 113 festgelegt. Mit anderen
Worten, die Bestandteilelemente der Mittelschicht 107 waren
von der Übergangsgrenzfläche zur p-Typ-GaAs-Schicht 101 zu
der Grenzfläche zur p-Typ-AlInP-Schicht 113 abgestuft, so
daß die Al-Komponente kontinuierlich von 0 bis 0,5, die
Ga-Komponente von 1 bis 0, die In-Komponente von 0 bis 0,5,
die As-Komponente von 1 bis 0 und die P-Komponente von 0 bis
1 variierten. Infolgedessen enthielt die Mittelschicht 107
alle fünf Elemente des GaAs und des AlInP, die den Hetero
übergang bildeten.
Die p-Typ-AlInP-Schicht 113 war auf der Mittelschicht 107
abgelagert. Wenn die Zusammensetzung der p-Typ-AlInP-Schicht
113 als AlSInTP dargestellt wird, waren die Werte der Indi
zes auf S = T = 0,5 festgelegt. Diese Zusammensetzung ist
gleich wie die Zusammensetzung der AlGaInPAs-Mittelschicht
107 auf der Seite ihrer Grenzfläche zur p-Typ-AlInP-Schicht
113. Die Trägerkonzentration der p-Typ-AlInP-Schicht 113 war
auf ungefähr 6 × 1016 cm-3 durch Dotieren mit Zn einge
stellt, und ihre Dicke betrug ungefähr 1 × 10-4 cm.
Eine n-Typ-AlGaInP-Schicht 114 war auf der p-Typ-AlInP-
Schicht 113 als eine Lichtemissionsschicht abgelagert. Die
n-Typ-AlGaInP-Lichtemissionsschicht 114 war auf eine Dicke
von 1,5 × 10-4 cm ausgebildet und mit Se dotiert, um eine
Trägerkonzentration von ungefähr 1 × 1017 cm-3 aufzuweisen.
Wenn die Zusammensetzung der n-Typ-AlGaInP-Lichtemissions
schicht 114 als AlkGalInmP dargestellt wird, waren die Werte
der Indizes auf k = l = 0,25 und m = 0,5 festgelegt. Der
Bandabstand der n-Typ-AlGaInP-Lichtemissionsschicht 114
betrug ungefähr 2,2 eV bei Raumtemperatur.
Eine n-Typ-Elektrode 111 war auf der n-Typ-AlGaInP-Lichtemis
sionsschicht 114 ausgebildet, und eine p-Typ-Elektrode 112
war auf der Unterseite des p-Typ-GaAs-Substrats 108 ausgebil
det, wodurch die Herstellung einer LED zum Emittieren grünen
Lichtes vervollständigt war.
Die LED emittierte grünes Licht einer Wellenlänge in der Nä
he von 560 mm, wenn eine Vorwärtsspannung zwischen den Elektroden
111 und 112 angelegt war. In dieser LED mit dem Hete
roübergangsmaterial gemäß der Erfindung betrug die zur
Erzeugung eines 5 mA-Betriebsstromes zwischen den Elektroden
erforderliche Vorwärtsspannung nicht mehr als ungefähr
2,2 V. Im Gegensatz dazu war eine Vorwärtsspannung von unge
fähr 15 V zur Erzeugung eines 5 mA-Stromes von der p-Seiten-
Elektrode zu der n-Seiten-Elektrode einer LED nach dem Stand
der Technik mit einem GaAs/AlInP-Heteroübergang ohne
AlGaInPAs-Mittelschicht erforderlich. Die Überlegenheit des
Halbleiterheteroübergangsmaterials gemäß der Erfindung war
somit erwiesen.
Fig. 8 zeigt eine LED mit einem Halbleiterheteroübergangs
material, welche ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist. Wie in der schematischen Schnittansicht der Fig. 8
gezeigt, war die Heteroübergangskonfiguration aus AlGaAs und
AlGaInP gebildet und wies eine dazwischenliegende Mittel
schicht aus AlGaInPAs auf.
Das p-Typ-GaAs-Substrat 108 war das gleiche wie das in dem
ersten Beispiel. Eine Zn-dotierte p-Typ-GaAs-Schicht 101 war
auf dem p-Typ-GaAs-Substrat 108 als eine Pufferschicht abge
lagert. Die Dicke der GaAs-Schicht 101 betrug 5 × 10-5 cm und
ihre p-Typ-Trägerkonzentration war durch Hinzufügen von Zn
auf 2 × 1018 cm-3 eingestellt.
Eine Bragg-(Farbfilter-)Reflexionsschicht 115, die aus
p-Typ-AlGaAs bestand, war auf der p-Typ-GaAs-Schicht 101
durch abwechselndes Überlagern von Halbleiterschichten mit
unterschiedlichen Brechungsindizes gebildet. Diese p-Typ-
AlGaAs-Bragg-Reflexionsschicht 115 war aus Schichten aus
AlGaAs mit einem Al-Gehalt von 0,4 und einem Ga-Gehalt von
0,6 (Schichten A) und Schichten aus AlGaAs mit einem Al-Gehalt
von 0,95 und einem Ga-Gehalt von 0,05 (Schichten B) ge
bildet. Dreizehn derartiger Schichten waren abwechselnd
schichtweise in der Weise A-Schicht - B-Schicht - A-Schicht
- B-Schicht angeordnet mit einer A-Schicht als die beendende
Schicht.
Die p-Typ-AlGaAs-Bragg-Reflexionsschicht 115 wies eine Dicke
von 1,2 × 10-4 cm auf und war auf eine Trägerkonzentration
von 2 × 1018 cm-3 durch Dotieren mit Zn eingestellt.
Eine p-Typ-AlGaInPAs-Schicht, die mit Zn dotiert war, war
auf der p-Typ-AlGaAs-Bragg-Reflexionsschicht 115 als eine
Mittelschicht 107 gebildet. Die Dicke und Trägerkonzentra
tion der Mittelschicht 107 war die gleiche wie im ersten
Beispiel.
Wenn die Zusammensetzung der Mittelschicht 107 als
AlXGaYInZPUAsW dargestellt wird, waren die Werte der Indizes
auf X = 0,4, Y = 0,6, W = 1 und Z = U = 0 an der Übergangs
grenzfläche zur p-Typ-AlGaAs-Bragg-Reflexionsschicht 115 und
auf X = 0, 35, Y = 0, 15, Z = 0, 5, U = 1 und W = 0 an der
Grenzfläche zu einer p-Typ-AlGaInP-Schicht 102 festgelegt.
Mit anderen Worten, die Bestandteilelemente der Mittel
schicht 107 waren von der Übergangsgrenzfläche zur p-Typ-
AlGaAs-Bragg-Reflexionsschicht 115 zu der Grenzfläche zur
p-Typ-AlGaInP-Schicht 102 abgestuft, so daß die Al-Komponen
te kontinuierlich von 0,4 bis 0,35, die Ga-Komponente von
0,6 bis 0,15, die In-Komponente von 0 bis 0,5, die As-Kompo
nente von 1 bis 0 und die P-Komponente von 0 bis 1 variier
ten. Infolgedessen enthielt die Mittelschicht 107 alle fünf
Elemente des AlGaAs und des AlGaInP, die den Heteroübergang
bildeten.
Die p-Typ-AlGaInP-Schicht 102 war auf der Mittelschicht 107
abgelagert. Wenn die Zusammensetzung p-Typ-AlGaInP-Schicht
102 als AlkGalInmP dargestellt wird, waren die Indizes auf
k = 0,35, l = 0,15 und m = 0,5 festgelegt. Diese Zusammenset
zung paßt zur Zusammensetzung der Mittelschicht 107 auf der
Seite ihrer Grenzfläche zur p-Typ-AlGaInP-Schicht 102.
Infolgedessen betrug der Bandabstand der p-Typ-AlGaInP-
Schicht 102 ungefähr 2,3 eV bei Raumtemperatur. Ihre Träger
konzentration war auf ungefähr 1 × 1017 cm-3 durch Dotieren
mit Zn eingestellt, und ihre Dicke betrug 1 × 10-4 cm.
Eine AlGaInP-Aktivschicht 117 war auf der p-Typ-AlGaInP-
Schicht 102 abgelagert. Wenn die Zusammensetzung der
AlGaInP-Aktivschicht 117 als AlkGalInmP dargestellt wird,
waren die Werte der Indizes auf k = 0,25, l = 0,25 und
m = 0,5 festgelegt. Infolgedessen betrug der Bandabstand der
AlGaInP-Aktivschicht 117 ungefähr 2,2 eV bei Raumtemperatur.
Ihre Trägerkonzentration war auf ungefähr 5 × 1016 cm-3
durch Dotieren mit Zn eingestellt, und ihre Dicke betrug
8 × 10-5 cm.
Eine n-Typ-AlGaInP-Schicht 110 war auf der AlGaInP-Aktiv
schicht 117 abgelagert. Wenn die Zusammensetzung der n-Typ-
AlGaInP-Schicht 110 als AlkGalInmP dargestellt wird, waren
die Werte der Indizes auf k = 0,35, l = 0,15 und m = 0,5
festgelegt. Infolgedessen betrug der Bandabstand der n-Typ-
AlGaInP-Schicht 110 ungefähr 2,3 eV bei Raumtemperatur. Ihre
Trägerkonzentration war auf ungefähr 1 × 1018 cm-3 durch
Dotieren mit Se eingestellt, und ihre Dicke betrug
3 × 10-4 cm.
Eine n-Typ-GaAs-Schicht 116 war auf der n-Typ-AlGaInP-
Schicht 110 abgelagert. Die n-Typ-GaAs-Schicht 116 war zur
Verringerung des Kontaktwiderstandes einer darauf vorge
sehenen n-Typ-Elektrode vorgesehen. Die Trägerkonzentration
der n-Typ-GaAs-Schicht 116 war auf 1 × 1018 cm-3 durch Dotie
ren mit Se eingestellt, und ihre Dicke betrug 3 × 10-5 cm.
Eine n-Typ-Elektrode 111 war auf der n-Typ-GaAs-Schicht 116
ausgebildet, und eine p-Typ-Elektrode 112 war auf der Unter
seite des p-Typ-GaAs-Substrats 108 ausgebildet, wodurch die
Herstellung einer LED zum Emittieren grünen Lichtes vervoll
ständigt war. Zum Zeitpunkt der LED-Herstellung war die ge
samte n-Typ-GaAs-Schicht 116 außer deren Teil unmittelbar
unter der n-Typ-Elektrode 111 durch Ätzen entfernt, um einen
Ausgang von Licht von der AlGaInP-Aktivschicht 117 zu ermög
lichen.
Die LED emittierte grünes Licht einer Wellenlänge in der
Nähe von 560 nm, wenn eine Vorwärtsspannung zwischen den
Elektroden 111 und 112 angelegt war. In dieser LED mit dem
Heteroübergangsmaterial gemäß der Erfindung betrug die zur
Erzeugung eines 5 mA-Betriebsstromes zwischen den Elektroden
erforderliche Vorwärtsspannung nicht mehr als ungefähr
2,0 V. Im Gegensatz dazu war eine Vorwärtsspannung von unge
fähr 2,5 V zur Erzeugung eines 5 mA-Stromes von der p-Sei
ten-Elektrode zur n-Seiten-Elektrode einer LED nach dem
Stand der Technik mit einem AlGaAs/AlGaInP-Heteroübergang
ohne AlGaInPAs-Mittelschicht erforderlich. Die Überlegenheit
des Halbleiterheteroübergangsmaterials gemäß der Erfindung
war somit erwiesen.
Fig. 9 zeigt eine LED mit einem Halbleiterheteroübergangsma
terial, welche ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist. Wie in der schematischen Schnittansicht der Fig. 9 ge
zeigt, war die Heteroübergangskonfiguration aus AlGaAs und
AlInP gebildet und wies eine dazwischenliegende Mittel
schicht aus AlGaInPAs auf.
Das p-Typ-GaAs-Substrat 108 war das gleiche wie in Beispiel
1. Wie in Beispiel 3 waren eine p-Typ-GaAs-Schicht 101 und
eine p-Typ-AlGaAs-Bragg-Reflexionsschicht 115 auf dem Sub
strat 108 abgelagert.
Eine p-Typ-AlGaInPAs-Schicht, die mit Zn dotiert war, war
auf der p-Typ-AlGaAS-Bragg-Reflexionsschicht 115 als eine
Mittelschicht 107 gebildet. Die Dicke und die Trägerkonzen
tration der Mittelschicht 107 waren gleich wie in Beispiel
1.
Wenn die Zusammensetzung der Mittelschicht 107 als
AlXGaYInZPUAsW dargestellt wird, waren die Werte der Indizes
auf X = 0,4, Y = 0,6, W = 1 und Z = U = 0 an der Übergangs
grenzfläche zur p-Typ-AlGaAs-Bragg-Reflexionsschicht 115 und
auf X = 0,5, Y = 0, Z = 0,5, U = 1 und W = 0 an der Grenz
fläche zu einer p-Typ-AlInP-Schicht 113 festgelegt. Mit
anderen Worten, die Bestandteilelemente der Mittelschicht
107 waren von der Übergangsgrenzfläche zur p-Typ-AlGaAs-
Bragg-Reflexionsschicht 115 zu der Grenzfläche zur p-Typ-
AlInP-Schicht 113 abgestuft, so daß die Al-Komponente konti
nuierlich von 0,4 bis 0,5, die Ga-Komponente von 0,6 bis 0,
die In-Komponente von 0 bis 0,5, die As-Komponente von 1 bis
0 und die P-Komponente von 0 bis 1 variierten. Infolgedessen
enthielt die Mittelschicht 107 alle fünf Elemente des AlGaAs
und des AlInP, die den Heteroübergang bildeten.
Wie in Beispiel 2 war eine p-Typ-AlInP-Schicht 113 auf der
Mittelschicht 107 abgelagert. Wenn die Zusammensetzung der
p-Typ-AlInP-Schicht 113 als AlSInTP dargestellt wird, waren
die Werte der Indizes auf S = T = 0,5 festgelegt. Diese Zu
sammensetzung war gleich wie die Zusammensetzung der Mittel
schicht 107 auf der Seite ihrer Grenzfläche zur p-Typ-AlInP-
Schicht 113. Die Trägerkonzentration und die Dicke der
p-Typ-AlInP-Schicht 113 waren gleich wie in Beispiel 2.
Ähnlich wie in Beispiel 3 war eine AlGaInP-Aktivschicht 117
auf der p-Typ-AlInP-Schicht 113 abgelagert. Wenn die Zusam
mensetzung einer AlGaInP-Aktivschicht 117 als AlkGalInmP
dargestellt wird, waren die Werte der Indizes auf k = 0,25,
l = 0,25 und m = 0,5 festgelegt. Infolgedessen betrug der
Bandabstand der AlGaInP-Aktivschicht 117 ungefähr 2,2 eV bei
Raumtemperatur. Ihre Trägerkonzentration war auf ungefähr
5 × 1016 cm-3 durch Dotieren mit Zn eingestellt, und ihre
Dicke betrug 8 × 10-5 cm.
Eine n-Typ-AlInP-Schicht 118 war auf der AlGaInP-Aktiv
schicht 117 abgelagert. Wenn die Zusammensetzung der n-Typ-
AlInP-Schicht 118 als AlSInTP dargestellt wird, waren die
Werte der Indizes auf S = T = 0,5 festgelegt. Die Träger
konzentration der n-Typ-AlInP-Schicht 118 war auf ungefähr
1 × 1018 cm-3 durch Dotieren mit Se eingestellt, und ihre
Dicke betrug 5 × 10-4 cm.
Wie in Beispiel 3 war eine n-Typ-GaAs-Schicht 116 auf der
n-Typ-AlInP-Schicht 118 abgelagert.
Eine n-Typ-Elektrode 111 war auf der n-Typ-GaAs-Schicht 116
ausgebildet, und eine p-Typ-Elektrode 112 war auf der Unter
seite des p-Typ-GaAs-Substrats 108 ausgebildet. Wie in Bei
spiel 3 vervollständigte dies die Herstellung einer LED zum
Emittieren grünen Lichtes. Zum Zeitpunkt der LED-Herstellung
war die gesamte n-Typ-GaAs-Schicht 116, außer deren Teil un
mittelbar unter der n-Typ-Elektrode 111, durch Ätzen ent
fernt, um einen Ausgang von Licht von der AlGaInP-Aktiv
schicht 117 zu ermöglichen.
Die LED emittierte grünes Licht einer Wellenlänge in der
Nähe von 560 nm, wenn eine Vorwärtsspannung zwischen den
Elektroden 111 und 112 angelegt war. In dieser LED mit dem
Heteroübergangsmaterial gemäß der Erfindung betrug die zur
Erzeugung eines 5 mA-Betriebsstromes zwischen den Elektroden
erforderliche Vorwärtsspannung nicht mehr als ungefähr
2,1 V. Im Gegensatz dazu war eine Vorwärtsspannung von unge
fähr 3 V zur Erzeugung eines 5 mA-Stromes von der p-Sei
ten-Elektrode zu der n-Seiten-Elektrode einer LED nach dem
Stand der Technik mit einem AlGaAs/AlInP-Heteroübergang ohne
AlGaInPAs-Mittelschicht erforderlich. Die Überlegenheit des
Halbleiterheteroübergangsmaterials gemäß der Erfindung war
somit erwiesen.
Fig. 10 zeigt eine LED mit einem Halbleiterheteroübergangsma
terial, welche ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist. Wie in der schematischen Schnittansicht der Fig. 10 ge
zeigt, war die Heteroübergangskonfiguration aus GaAs und
AlGaInP gebildet und wies eine dazwischenliegende Mittel
schicht aus AlGaInPAs auf.
Das Heteroübergangsmaterial war auf einem p-Typ-GaAs-Sub
strat 108, das mit Zn dotiert war, gebildet. Das p-Typ-GaAs-
Substrat 108 war das gleiche wie in Beispiel 1. Eine
Zn-dotierte p-Typ-GaAs-Schicht 101 war auf dem p-Typ-GaAs-
Substrat 108 als eine Pufferschicht abgelagert. Die p-Typ-
GaAs-Schicht 101 war die gleiche wie in Beispiel 1.
Eine p-Typ-AlGaInPAs-Schicht, die mit Zn dotiert war, war
auf der p-Typ-GaAs-Schicht 101 als eine Mittelschicht 107 ge
bildet. Die Mittelschicht war auf eine Dicke von annähernd 2
× 10-5 cm gebildet. Die Trägerkonzentration der Mittel
schicht 107 war im Bereich von annähernd 1 × 1017 cm-3 bis
annähernd 2 × 1018 cm-3 gehalten.
Die Mittelschicht 107, die aus p-Typ-AlGaInPAs gefertigt
war, war aus vier Unterschichten gebildet, deren Zusammensetzungen
schrittweise abgestuft waren. Wenn die Zusammen
setzung der vier Unterschichten, die die Mittelschicht 107
bildeten, als AlXGaYInZPUAsW dargestellt wird, waren die
Werte der Indizes auf X = 0,05, Y = 0,85, Z = 0,1, U = 0,2
und W = 0,8 in der ersten Unterschicht, wie von der Seite,
die am nächsten bei dem GaAs-Substrat liegt, gezählt, auf
X = 0,1, Y = 0,7, Z = 0,2, U = 0,4 und W = 0,6 in der
zweiten Unterschicht, auf X = 0,15, Y = 0,55, Z = 0,3,
U = 0,6 und W = 0,4 in der dritten Unterschicht und auf
X = 0,2, Y = 0,4, Z = 0,4, U = 0,8 und W = 0,2 in der
vierten Unterschicht festgelegt. Jede der ersten bis vierten
Unterschichten enthielt alle fünf Elemente des GaAs und des
AlGaInP, die den Heteroübergang bildeten. Jede der ersten
bis vierten Unterschichten wies eine Dicke von rund
5 × 10-6 cm auf.
Wie in Beispiel 1 waren eine p-Typ-AlGaInP-Lichtemissions
schicht 109 und eine n-Typ-AlGaInP-Schicht 110 auf der Mit
telschicht 107 abgelagert. Zusätzlich waren eine n-Typ-Elek
trode 111 und eine p-Typ-Elektrode 112 wie in Beispiel 1 aus
gebildet, wobei die Herstellung einer LED zum Emittieren grü
nen Lichtes vervollständigt war.
Die LED emittierte grünes Licht einer Wellenlänge in der
Nähe von 560 nm, wenn eine Vorwärtsspannung zwischen die
Elektroden 111 und 112 angelegt war. In dieser LED mit dem
Heteroübergangsmaterial gemäß der Erfindung betrug die zur
Erzeugung eines 5 mA-Betriebsstromes zwischen den Elektroden
erforderliche Spannung nicht mehr als ungefähr 2,5 V. Im Ge
gensatz dazu war eine Vorwärtsspannung von ungefähr 8 V zur
Erzeugung eines 5 mA-Stromes von der p-Seiten-Elektrode zu
der n-Seiten-Elektrode einer LED nach dem Stand der Technik
mit einem GaAs/AlGaInP-Heteroübergang ohne AlGaInPAs-Mittel
schicht erforderlich. Die Überlegenheit des Halbleiterhetero
übergangsmaterials gemäß der Erfindung war somit erwiesen.
Die erfindungsgemäße Konfiguration schafft ein Halbleiterheteroüber
gangsmaterial, welches eine Zunahme des elektrischen Widerstandes
infolge des Auftretens einer Heterobarriere am Heteroübergang unter
drückt. In dem Halbleiterheteroübergangsmaterial, in welchem die Zu
sammensetzung der Mittelschicht schrittweise oder kontinuierlich
abgestuft wird, wird es auch außerdem möglich, andere
Eigenschaften, wie den Brechungsindex im Bereich zwischen den zwei
Typen von den Heteroübergang bildenden Halbleitern entweder schrittwei
se oder auch kontinuierlich zu variieren.
Claims (2)
1. Halbleitermaterial mit einem Heteroübergang, der durch aufeinan
derfolgendes Überlagern von drei Halbleiterschichten konfiguriert
ist, wobei eine mittlere Schicht alle Bestandteilelemente der oberen
Schicht und der unteren Schicht enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mittlere Schicht aus AlGaInPAs, die obere Schicht aus GaAs oder AlGaAs und die untere Schicht aus AlInP oder AlGaInP besteht, und
daß die mittlere Schicht eine Trägerkonzentration im Bereich von etwa 1 × 1017 cm-3 bis etwa 2 × 1018 cm-3 aufweist.
daß die mittlere Schicht aus AlGaInPAs, die obere Schicht aus GaAs oder AlGaAs und die untere Schicht aus AlInP oder AlGaInP besteht, und
daß die mittlere Schicht eine Trägerkonzentration im Bereich von etwa 1 × 1017 cm-3 bis etwa 2 × 1018 cm-3 aufweist.
2. Halbleitermaterial nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mittlere Schicht kontinuierlich oder schrittweise in der ele
mentaren Zusammensetzung zwischen ihren Heteroübergangsflä
chen zu der oberen Schicht und der unteren Schicht abgestuft ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21764994 | 1994-09-12 | ||
JP6829795A JPH08139360A (ja) | 1994-09-12 | 1995-03-27 | 半導体ヘテロ接合材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19532204A1 DE19532204A1 (de) | 1996-03-14 |
DE19532204C2 true DE19532204C2 (de) | 2003-11-06 |
Family
ID=26409513
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19532204A Expired - Fee Related DE19532204C2 (de) | 1994-09-12 | 1995-08-31 | Halbleitermaterial mit einem Heteroübergang |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5714014A (de) |
JP (1) | JPH08139360A (de) |
DE (1) | DE19532204C2 (de) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6229160B1 (en) | 1997-06-03 | 2001-05-08 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Light extraction from a semiconductor light-emitting device via chip shaping |
US6784463B2 (en) * | 1997-06-03 | 2004-08-31 | Lumileds Lighting U.S., Llc | III-Phospide and III-Arsenide flip chip light-emitting devices |
US6319241B1 (en) * | 1998-04-30 | 2001-11-20 | Medtronic, Inc. | Techniques for positioning therapy delivery elements within a spinal cord or a brain |
US6100544A (en) * | 1998-05-20 | 2000-08-08 | Visual Photonics Epitaxy Co., Ltd. | Light-emitting diode having a layer of AlGaInP graded composition |
KR20060077801A (ko) * | 2004-12-31 | 2006-07-05 | 엘지전자 주식회사 | 고출력 발광 다이오드 및 그의 제조 방법 |
TWI303115B (en) * | 2006-04-13 | 2008-11-11 | Epistar Corp | Semiconductor light emitting device |
DE102007023878A1 (de) * | 2007-05-23 | 2008-11-27 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips |
US8546818B2 (en) * | 2007-06-12 | 2013-10-01 | SemiLEDs Optoelectronics Co., Ltd. | Vertical LED with current-guiding structure |
EP2628183A4 (de) * | 2010-10-12 | 2014-04-02 | Alliance Sustainable Energy | Gruppe-iii-v-legierungen mit hoher bandlücke für hocheffiziente optoelektronik |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4075651A (en) * | 1976-03-29 | 1978-02-21 | Varian Associates, Inc. | High speed fet employing ternary and quarternary iii-v active layers |
EP0042066A2 (de) * | 1980-06-12 | 1981-12-23 | International Business Machines Corporation | Intermetallische Halbleitervorrichtung |
US4959839A (en) * | 1988-07-25 | 1990-09-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Rib waveguide type semiconductor laser |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4994867A (en) * | 1988-07-22 | 1991-02-19 | Xerox Corporation | Intermediate buffer films with low plastic deformation threshold for lattice mismatched heteroepitaxy |
US5115286A (en) * | 1988-08-26 | 1992-05-19 | Hewlett-Packard Company | Electro-optical device with inverted transparent substrate and method for making same |
US5185288A (en) * | 1988-08-26 | 1993-02-09 | Hewlett-Packard Company | Epitaxial growth method |
US5445897A (en) * | 1989-11-22 | 1995-08-29 | Mitsubishi Kasei Polytec Company | Epitaxial wafer and process for producing the same |
US4971928A (en) * | 1990-01-16 | 1990-11-20 | General Motors Corporation | Method of making a light emitting semiconductor having a rear reflecting surface |
US5381756A (en) * | 1992-03-04 | 1995-01-17 | Fujitsu Limited | Magnesium doping in III-V compound semiconductor |
US5436466A (en) * | 1992-08-19 | 1995-07-25 | Goldstar Co., Ltd. | Semiconductor laser diode |
-
1995
- 1995-03-27 JP JP6829795A patent/JPH08139360A/ja active Pending
- 1995-06-13 US US08/489,955 patent/US5714014A/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-08-31 DE DE19532204A patent/DE19532204C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4075651A (en) * | 1976-03-29 | 1978-02-21 | Varian Associates, Inc. | High speed fet employing ternary and quarternary iii-v active layers |
EP0042066A2 (de) * | 1980-06-12 | 1981-12-23 | International Business Machines Corporation | Intermetallische Halbleitervorrichtung |
US4959839A (en) * | 1988-07-25 | 1990-09-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Rib waveguide type semiconductor laser |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
Appl. Phys. Letters, Bd. 51, 1987, S. 1720-1722 * |
Electronics Lett., Bd. 29, 1993, S. 1346-1347 * |
Jpn. J. Appl. Phys., Bd. 32, 1993, S. 1919-1922 * |
US-Buch: S.M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, John Wileya. Sons, Inc., New York 1969, S. 140-146 * |
US-Z.: J. Voc, Sci, Technol. Bd. 19, 1981, S. 626-627 * |
US-Z: IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 24, 1982, S. 4065-4066 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5714014A (en) | 1998-02-03 |
JPH08139360A (ja) | 1996-05-31 |
DE19532204A1 (de) | 1996-03-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19817368B4 (de) | Leuchtdiode | |
DE4135813C2 (de) | Oberflächenemittierende Halbleiter-Laservorrichtung | |
DE19531762C2 (de) | Licht emittierende Halbleiterdiode mit einer stromverteilenden Deckschicht | |
EP2208240B1 (de) | Optoelektronischer halbleiterchip mit einer mehrfachquantentopfstruktur | |
DE19624514C1 (de) | Laserdiode-Modulator-Kombination | |
DE19756856B4 (de) | Halbleiterlichtemissionsvorrichtung mit hoher Lichtemissionswirksamkeit | |
DE19524655A1 (de) | LED-Struktur | |
DE102007057674A1 (de) | LED mit Stromaufweitungsschicht | |
DE3943232A1 (de) | Lichtemittierende diode | |
DE3036431A1 (de) | Halbleiterlaser | |
DE19754042A1 (de) | Epitaxialwafer für lichtemittierende Diode aus AlGaInP und lichtemittierende Diode | |
EP2047527A1 (de) | Led-halbleiterkörper | |
DE19957312A1 (de) | Licht emittierende Diode | |
WO2018050466A1 (de) | Halbleiterschichtenfolge | |
DE19939471B4 (de) | Halbleiterleuchtdiode mit Stromdiffusionsschicht | |
DE102006028991B4 (de) | Optische Halbleitervorrichtung mit einer verbesserten Stromblockadeschicht und Herstellungsverfahren derselben | |
WO2013034485A1 (de) | Optoelektronisches bauelement | |
DE102007046519A1 (de) | Dünnfilm-LED mit einer Spiegelschicht und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE19532204C2 (de) | Halbleitermaterial mit einem Heteroübergang | |
DE19932201A1 (de) | Photonische Halbleitervorrichtung | |
DE19651352A1 (de) | Halbleiterlaservorrichtung | |
DE3934998A1 (de) | Elektrisch wellenlaengenabstimmbarer halbleiterlaser | |
DE19919382A1 (de) | Halbleiterlaser mit codotierten verteilten Bragg-Reflektoren | |
DE19505441A1 (de) | Lichtemittierendes Halbleiterelement | |
EP2465148A1 (de) | Elektrisch gepumpter optoelektronischer halbleiterchip |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20110301 |