DE19537543A1 - Lichtemittierende Diode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Diode aus Indiumgalliumalumi­ niumphosphid ((InGaAl)P) mit einem Substrat, einem elektrischen Kontakt zu dem Substrat, einer Doppelheterostruktur als aktivem Bereich, bestehend aus einer ersten Mantelschicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten Mantelschicht, einer darauf aufgebrachten Fensterschicht und einem darauf angebrachten elektrischen Kontakt.

Lichtemittierende Dioden (LEDs) werden u. a. für Anzeige- und Beleuch­ tungszwecke eingesetzt. Sie sind gekennzeichnet durch geringe Größe, Kompatibilität mit elektronischen Systemen, hohe Robustheit und Zuverläs­ sigkeit sowie lange Lebensdauer. Insbesondere sind lichtemittierende Dioden aus Indiumgalliumaluminiumphosphid ((InGaAl)P) die gegenwärtig hellsten Bauelemente dieser Art. Sie bestehen aus einer aktiven Schicht der Zusammensetzung In(0.48)Ga(0.52-x)Al(x)P, wo bei x je nach gewünschter Far­ be bzw. Emissionswellenlänge in Bereich 0.05 bis 0.25 gewählt wird. So er­ gibt z. B. ein Al-Gehalt von x = 0.05 eine orangerote Emission von etwa 620 nm, ein Wert von x = 0.15 gelbe Emission bei 590 nm und x = 0.25 grü­ ne Emission von ca. 560 nm Wellenlänge. Diese aktive Schicht ist eingefaßt zwischen zwei weiteren Schichten aus In(0.48)Ga(0.52-y)Al(y)P, die einen hö­ heren Al-Gehalt (y < x) und damit einen höheren Bandabstand als die aktive Schicht aufweisen. Diese aus drei Schichten bestehende Anordnung ist als Doppelheterostruktur bekannt. Durch die Wahl des In-Gehalts von 0.48 ha­ ben alle drei Schichten der Doppelheterostruktur die gleiche Gitterkonstan­ te wie Galliumarsenid (GaAs) und können deshalb mit guter kristalliner Per­ fektion auf einem Galliumarsenid-Substrat epitaktisch abgeschieden wer­ den. Dem Fachmann ist weiterhin bekannt, daß es schwierig und aufwendig ist, Schichten größerer Dicke und höherer Leitfähigkeit aus Indiumgal­ liumaluminiumphosphid (InGaAl)P herzustellen. Für lichtemittierende Dioden aus diesem Material bedeutet dies, daß die Stromausbreitung von ei­ nem z. B. kreisförmigen Oberflächenkontakt auf die gesamte Querschnitts­ fläche der Diode im allgemeinen unzureichend ist, so daß ein erheblicher Teil des Lichts, das vorwiegend unterhalb des undurchsichtigen Kontakts er­ zeugt wird, verloren geht. Zur Verringerung dieses Mangels ist es üblich, oberhalb der Doppelheterostruktur eine weitere Schicht anzubringen, die möglichst gut leitend und für das erzeugte Licht transparent sein soll.

Diese sogenannte Stromausbreitungs- und Fensterschicht wird bei den be­ kannten lichtemittierenden Dioden aus verschiedenen Materialien herge­ stellt. In der Veröffentlichung in Applied Physics Letters 61(1992), pp 1775-1777 wird eine Schicht aus Ga(0.2)Al(0.8)As beschrieben. Die Autoren der Veröffentlichung in Electronic Letters 30 (1994), pp 1793-1794 verwenden Indium-Zinn-Oxid (ITO). In der EP 0 434 233 ist eine transparente Fensterschicht aus Galliumarsenidphosphid (GaAsP) oder Galliumphosphid (GaP) beschrie­ ben. In der EP 0 627 772 wird eine Stromausbreitungsschicht aus Gallium­ aluminiumarsenidphosphid (GaAl)(AsP) beschrieben, die durch einen gerin­ gen Phosphor-Gehalt von 0 bis 8% an die Gitterkonstante der darunterlie­ genden Doppelheterostruktur angepaßt ist. Weiter sind Kombinationen aus mehreren unterschiedlichen Materialien bekannt, z. B. Galliumaluminium­ arsenid (GaAl)As mit einer Korrosionsschutzschicht aus Indiumgalliumphosphid (InGa)P, wie dies in der EP 0 616 377 vorgeschlagen wird. Ebenso ist es bekannt, diese Schicht aus Galliumphosphid mit einer darunterliegenden GaAs-Pufferschicht herzustellen.

Obwohl diese bekannten Fensterschichten die Helligkeit der lichtemittieren­ den Dioden aus Indiumgalliumaluminiumphosphid (InGaAl)P erheblich er­ höhen, weisen alle bisher verwendeten Materialien bestimmte Nachteile auf: Galliumaluminiumarsenid (GaAl)As ist für gelbe und grüne Emission nicht transparent genug und bei höherem Aluminium-Gehalt nicht feuchte­ stabil. Indium-Zinn-Oxid (ITO) führt zu einem zu hohen Kontaktwiderstand, und auch Galliumphosphid (GaP) weist noch eine merkliche Absorption ins­ besondere im grünen Spektralbereich auf.

Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Material für die Fensterschicht anzugeben, das zu einer noch besseren Steigerung des Helligkeitsgrades führt und eine gute Umweltverträglichkeit gewährlei­ stet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fenster­ schicht aus Galliumaluminiumphosphid (GaAl)P besteht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Figur gezeigt. Diese zeigt die Struktur ei­ ner lichtemittierenden Diode mit Fensterschicht.

Auf einem Substrat 1 aus Galliumarsenid GaAs und dem elektrischen Kontakt 7 zu dem Substrat 1 ist die Doppelheterostruktur als aktivem Bereich epitak­ tisch abgeschieden. Diese Doppelheterostruktur besteht aus einer ersten Mantelschicht 2 aus In(0.48)Ga(0.12)Al(0.4)P, einer aktiven Schicht 3 aus In(0.48)Ga(0.37)Al(0.15)P, einer zweiten Mantelschicht 4 aus In(0.48)Ga(0.12) Al(0.4). Auf dieser zweiten Mantelschicht 4 ist epitaktisch die Fensterschicht 5 aus Ga(0.8)Al(0.2)P abgeschieden. Auf der Fensterschicht 5 ist ein weiterer elektrischer Kontakt 6 angebracht, der nur einen Teil der Oberseite der Fen­ sterschicht 5 bedeckt. Beim Betrieb der lichtemittierenden Diode dieses Bei­ spiels wird eine Emission bei einer Wellenlänge von 590 nm (gelb) freige­ setzt. Beim Betrieb der lichtemittierenden Diode fließt ein Strom je nach Po­ larität der Diode vom Kontakt 6 zum Kontakt 7 oder umgekehrt, wobei der Strompfad sich in der Fensterschicht 5 vom Kontakt 6 zum vollen Quer­ schnitt der Diode aufweitet. Die Polarität der einzelnen Schichten der licht­ emittierenden Diode kann dabei sein: Substrat 1 n-leitend, erste Mantel­ schicht 2 n-leitend, aktive Schicht 3 n-leitend, zweite Mantelschicht 4 p-lei­ tend, Fensterschicht 5 p-leitend. Bei inversem Leitfähigkeitstyp der zuvor genannten Schichten erfolgt der Stromfluß in die umgekehrte Richtung.

Da die Fensterschicht 5 erfindungsgemäß aus Galliumaluminiumphosphid (GaAl)P besteht, weist sie einen höheren Bandabstand als Fensterschichten nach dem Stand der Technik auf und absorbiert deshalb weniger Licht, so daß die Diode eine höhere Helligkeit besitzt. Der Aluminiumgehalt der Fen­ sterschicht kann dabei zwischen 0.1 und 50% liegen. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Fensterschicht zwischen 0.5 und 30 µm.

Claims (3)

1. Lichtemittierende Diode aus Indiumgalliumaluminiumphosphid ((InGaAl)P) mit einem Substrat (1), einem elektrischen Kontakt (7) zu dem Substrat (1), einer Doppelheterostruktur als aktivem Bereich, bestehend aus einer ersten Mantelschicht (2), einer aktiven Schicht (3) und einer zweiten Mantelschicht (4), einer darauf aufgebrachten Fensterschicht (5) und einem darauf ange­ brachten elektrischen Kontakt (6), dadurch gekennzeichnet, daß die Fenster­ schicht (5) aus Galliumaluminiumphosphid ((GaAl)P) besteht.

2. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt der Fensterschicht (5) zwischen 0,1% und 50% be­ trägt.

3. Lichtemittierende Diode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dicke der Fensterschicht (5) zwischen 0,5 und 30 µm beträgt.