DE19539033B4 - Licht emittierendes Halbleiterbauelement - Google Patents

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Abstract

Halbleiterbauelement mit:
einem monokristallinen Halbleitersubstrat (1), welches ein Gebiet (3) eines ersten Leitfähigkeitstyps (n) aufweist, das zu einem Stromkanal bildenden Gebiet wird, und ein Gebiet (2) eines zweiten Leitfähigkeitstyps (p) aufweist, wobei das Gebiet (3) des ersten Leitfähigkeitstyps (n) in dem Gebiet (2) des zweiten Leitfähigkeitstyps (p) ausgebildet ist;
einer ersten Halbleiterschicht (4) des ersten Leitfähigkeitstyps (n), welche aus einer zu der Substanz des monokristallinen Halbleitersubstrats unterschiedlichen Substanz gebildet ist und derart auf dem monokristallinen Substrat angeordnet ist, daß sie sich sowohl mit dem Gebiet des ersten Leitfähigkeitstyps als auch mit dem Gebiet (2) des zweiten Leitfähigkeitstyps des monokristallinen Halbleitersubstrats in Kontakt befindet, wobei die erste Halbleiterschicht (4) und das Gebiet (2) des zweiten Leitfähigkeitstyps eine pn-Übergangsschnittstelle bilden;
einer zweiten Halbleiterschicht (5) des zweiten Leitfähigkeitstyps (p), die aus derselben Substanz wie die erste Halbleiterschicht gebildet ist und auf der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist, wobei die erste Halbleiterschicht...

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement bzw. auf eine Halbleitervorrichtung und insbesondere auf ein Licht emittierendes Bauelement, welches auf einem monokristallinen Halbleitersubstrat angeordnet ist und einen Heteroübergang aufweist.
  • Herkömmlicherweise wurde bei einer gewöhnlichen einzelnen Licht emittierenden Diode der Art, die als Licht emittierende GaAs-Diode bekannt ist und durch homoepitaxiales Aufwachsen auf einem GaAs-Substrat gebildet wird (d.h. bei einer Licht emittierenden GaAs-Diode, bei welcher eine n-GaAs-Schicht und eine p-GaAs-Schicht aufeinanderfolgend durch Kristallaufwachsen auf einem GaAs-Substrat gebildet werden, wobei eine obere Elektrode auf der oberen Oberfläche der GaAs-Schichten lokal angeordnet wird), eine Verbesserung der Lichtausgangseffizienz auf folgende Weise durchgeführt: (1) Um zu veranlassen, daß Strom durch ein großes Gebiet einer pn-Übergangsoberfläche fließt und daß das Licht aus einem großen Gebiet der pn-Übergangsoberfläche emittiert wird, ist die Schichtdicke der wirksamen Schichten der Diode groß gestaltet, und das elektrische Feld erstreckt sich innerhalb der Diode in Querrichtung. (2) Um eine Blockierung des Lichts durch eine obere Elektrode zu verhindern, sind die obere Elektrode und eine untere Elektrode der Diode voneinander abgesetzt angeordnet, fließt der Strom in den wirksamen Schichten diagonal, und ein pn-Übergangsteil direkt unter der oberen Elektrode ist nicht als Licht emittierendes Gebiet ausgebildet (vgl. z.B. die in der japanischen Veröffentlichung Nr. H5-90638 A offenbarte Struktur).
  • Wenn jedoch diese Technologie auf eine Licht emittierende Diode angewendet wird, bei welcher eine monolithi sche Struktur zum Zwecke des Bildens von integrierten Konstantspannungsschaltungen und Signalverarbeitungsschaltungen und dergleichen eingeführt wird, d.h. wenn eine Licht emittierende Diode durch aufeinanderfolgendes Bilden einer n-GaAs-Schicht und einer p-GaAs-Schicht auf einem Si-Substrat durch Kristallaufwachsen gebildet wird, ist es bekannt, daß Risse auftreten, wenn ein GaAs-Kristall auf über 5μm anwächst, da die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Si und GaAs zueinander unterschiedlich sind (Autumn 1987, Applied Physics Society Advance Articles, Seite 236, 20p-X-13; Characterization of GaAs Layer Grown on Si Substrates by MBE; Ishino et al.). Folglich ist es nötig, die Dicke einer Licht emittierenden GaAs-Diode (die Dicke der n-GaAs-Schicht und der p-GaAs-Schicht) auf unter 5μm zu halten. Jedoch fließt bei einer Licht emittierenden Diode mit einer normalen Schichtdicke Strom lediglich im wesentlichen direkt unterhalb der Elektrode. D.h. bei einer Licht emittierenden Diode, bei welcher eine obere Elektrode auf der oberen Oberfläche einer GaAs-Schicht angeordnet ist, ist bezüglich des Lichts, welches durch die obere Elektrode auszugeben ist, die Effizienz, mit welcher das Licht nach außen ausgeben wird, folglich gering, da der Strom lediglich direkt unter der oberen Elektrode fließt.
  • Ebenso ist es bei dieser Struktur (einer Struktur, welche ein Laminat einer n-GaAs-Schicht und einer p-GaAs-Schicht auf einem Si-Substrat enthält bzw. daraus besteht) nicht möglich, eine untere Elektrode direkt auf der Diode zu bilden (dem Laminat der GaAs-Schichten), und folglich ist es nicht möglich, Licht nach außen auszugeben, ohne daß ein Blockierungseinfluß auftritt (ein Einfluß des Abschwächens von Licht), welcher durch die obere Elektrode durch Absetzen der Positionen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode hervorgerufen wird.
  • Im Hinblick auf die Beseitigung dieser Schwierigkeit wurde die in der japanischen Veröffentlichung Nr. H3-283676 A offenbarte Licht emittierende Diode gebildet. Bei dieser Diode ist eine Stromblockierungsschicht zwischen einem Doppelheterostrukturteil und einem Substrat angeordnet, um einen Stromfluß in ein Gebiet, welches unter einer oberen ersten Elektrode lokalisiert ist, zu verhindern.
  • D.h. wenn eine n-Typ InGaAlP-Überzugsschicht und eine p-Typ Stromblockierungsschicht miteinander verbunden sind, wird an der Schnittstelle eine Verarmungsschicht gebildet, welche durch ein Diffusionspotential und die Verunreinigungskonzentrationen der zwei Schichten bestimmt ist. Die Stromblockierungsschicht blockiert Strom unter Verwendung einer pn-Diode, welche durch die zwei Schichten gebildet wird, die in Sperrichtung vorgespannt werden.
  • Jedoch ist bei der in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. H3-283676 A offenbarten Licht emittierenden Diode die Verunreinigungskonzentration der n-Typ InGaAlP-Überzugsschicht mit dem Ziel des Injizierens von Ladungsträgern auf einen hohen wert gesetzt worden. Folglich erstreckt sich die zwischen der n-Typ InGaAlP-Überzugsschicht und der Stromblockierungsschicht gebildete Verarmungsschicht nicht ohne weiteres auf die Seite der n-Typ InGaAlP-Überzugsschicht, und es tritt die Schwierigkeit auf, daß es nicht möglich ist, wirksam den Strom zu blockieren, welcher innerhalb des Bauelements fließt.
  • Damit sich die Verarmungsschicht auf die Seite der n-Typ InGaAlP-Überzugsschicht ausdehnt, ist es hier denkbar, ebenso eine hohe Verunreinigungskonzentration der Stromblockierungsschicht vorzusehen; in diesem Fall wird jedoch der Tunneleffekt groß, und als Ergebnis ist es nicht möglich, den Strom wirksam zu blockieren.
  • Die Entgegenhaltung JP 59-129469 A legt ein Licht emittierendes Halbleiterelement offen. Bei diesem Element ist ein pin-Übergangsabschnitt, der ein Licht aufnehmendes Element ausbildet, auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet. Darüber hinaus ist ein Licht emittierendes Element auf demselben Substrat ausgebildet. Das Aufbringen beider Elemente auf demselben Substrat dient der Überwachung des emittierten Lichts.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterbauelement vorzusehen, bei welchem es möglich ist, einen Stromkanal wirksam zu blockieren und dadurch eine effiziente Lichtemission zu erzielen.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein Halbleiterbauelement bereitgestellt, welches folgende Komponenten aufweist: ein monokristallines Halbleitersubstrat mit einem Gebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps, das zu einem Stromkanal bildenden Gebiet wird; eine erste Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps aus einer Substanz, die sich von dem monokristallinen Halbleitersubstrat unterscheidet und derart auf dem monokristallinen Halbleitersubstrat angeordnet ist, daß ein Kontakt sowohl zu dem Gebiet des ersten Leitfähigkeitstyps als auch zu dem anderen Gebiet des monokristallinen Halbleitersubstrats gebildet ist; eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps aus derselben Substanz wie der der ersten Halbleiterschicht, die auf der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist, wobei die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht ein aktives Gebiet zum Emittieren von Licht bilden; und eine Elektrode, welche auf einer oberen Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht oberhalb eines Gebiets des monokristallinen Halbleitersubstrats außerhalb des Gebiets des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, wobei eine Spannung zum Ausdehnen einer Verarmungsschicht auf die Seite der ersten Halbleiterschicht an das Gebiet des monokristallinen Halbleitersubstrats außerhalb des Gebiets des ersten Leitfähigkeitstyps angelegt wird.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist zwischen einem monokristallinen Halbleitersubstrat und einer ersten Halbleiterschicht ein Heteroübergang gebildet. Ebenso wird ein Übergangsteil zwischen einem Gebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps des monokristallinen Halbleitersubstrats und der ersten Halbleiterschicht zu einem Stromdurchlaßgebiet, und eine Elektrode ist auf einer oberen Oberfläche einer zweiten Halbleiterschicht oberhalb eines Gebiets des monokristallinen Halbleitersubstrats außerhalb des Gebiets des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet. Diese Elektrode und das Stromdurchlaßgebiet sind an Positionen voneinander in Querrichtung abgesetzt angeordnet.
  • Ein Strom fließt diagonal durch die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht von der Elektrode auf das Stromdurchlaßgebiet zu (oder es fließt ein Strom diagonal von dem Stromdurchlaßgebiet auf die Elektrode zu), und es wird Licht von einer pn-Übergangsschnittstelle zwischen der zweiten Halbleiterschicht und der ersten Halbleiterschicht emittiert. Dieses Licht emittierende Gebiet befindet sich nicht direkt unterhalb der Elektrode sondern an einer Position, welche direkt unterhalb der Elektrode abgesetzt ist. Das emittierte Licht wird durch die zweite Halbleiterschicht nach außen abgestrahlt. Da zu diesem Zeitpunkt sich keine Elektrode direkt oberhalb des Licht emittierenden Gebiets befindet, wird das Licht nach außen emittiert, ohne daß es von der Elektrode blockiert wird.
  • Daraus resultierend ist es möglich, Licht nach außen auszugeben, ohne daß das Licht von der Elektrode abgeschwächt wird, und die Diode besitzt eine hervorragende Lichtausgangseffizienz.
  • In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das monokristalline Halbleitersubstrat aus Si gebildet, die Ladungsträgerkonzentration des Gebiets des ersten Leitfähigkeitstyps beträgt 1 × 1020cm–3 oder mehr, und die erste Halbleiterschicht ist aus GaAs gebildet und besitzt eine Ladungsträgerkonzentration von 1 × 1010cm–3 oder darüber, und daraus resultierend besitzt die Übergangsoberfläche des Gebiets des ersten Leitfähigkeitstyps und die erste Halbleiterschicht eine Ohm'sche Charakteristik.
  • Ebenso wird eine Spannung an ein Gebiet außerhalb des Gebiets des ersten Leitfähigkeitstyps in dem monokristallinen Halbleitersubstrat derart angelegt, daß sich eine Verarmungsschicht von dem Gebiet, an welchem der Kontakt zu der ersten Halbleiterschicht gebildet ist, bis in die erste Halbleiterschicht erstreckt. Diese Verarmungsschicht stößt den Strominjizierungskanal nach oben und macht es leicht, daß Strom in die pn-Übergangsschnittstelle außerhalb des direkt unter der Elektrode befindlichen Gebiets injiziert wird.
    •
  • Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf ein Halbleiterbauelement einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie III-III von 2;
  • 4 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils einer Licht emittierenden Diode; und
  • 5 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Fototransistorteils.
  • Im folgenden wird eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Hinblick auf eine Licht emittierende GaAs-Diode unter Bezugnahme auf die zugeordneten Figuren beschrieben.
  • Entsprechend 1 ist eine p-Si-Diffusionsschicht 2 in einem Si-Substrat 1 als monokristallines Halbleitersubstrat gebildet, und es ist eine n-Si-Diffusionsschicht 3, welche ein Stromkanal bildendes Gebiet darstellt, in der p-Si-Diffusionsschicht 2 durch Fotolithographie gebildet. Die Ladungsträgerdichte der n-Si-Diffusionsschicht 3 beträgt 1 × 1020cm–3 oder mehr. Die p-Si-Diffusionsschicht 2 ist vorgesehen, um die n-Si-Diffusionsschicht 3 in dem Si-Substrat 1 zu isolieren und eine Verarmungsschicht zu bilden, welche später weiter erörtert wird, und wird vor der Bildung der n-Si-Diffusionsschicht 3 gebildet.
  • Eine n-GaAs-Schicht 4 und eine p-GaAs-Schicht 5, welche wirksame Schichten der Licht emittierenden Diode darstellen (aktive Gebiete zum Emittieren von Licht) sind aufeinanderfolgend durch Kristallauf wachsen auf der Oberfläche des Si-Substrats 1 gebildet. Die n-GaAs-Schicht 4 ist auf oberen Oberflächen von Gebieten der p-Si-Diffusionsschicht 2 und der n-Si-Diffusionsschicht 3 gebildet, und die n-GaAs-Schicht 4 bildet sowohl zu der p-Si-Diffusionsschicht 2 als auch zu der n-Si-Diffusionsschicht 3 einen Kontakt.
  • Als Ergebnis bildet die Übergangsoberfläche der n-Si-Diffusionsschicht 3 und der n-GaAs-Schicht 4 einen Hetero übergang. Die Ladungsträgerdichte der n-GaAs-Schicht 4 beträgt 1 × 1017cm–3 oder mehr. Auf diese Weise wird durch Ladungsträgerdichten des n-GaAs und des n-Si von 1 × 1017cm–3 oder darüber bzw. 1 × 1020cm–3 oder darüber eine Ohm'sche Charakteristik an der Übergangsoberfläche der n-Si-Diffusionsschicht 3 und der n-GaAs-Schicht 4 erzielt, und die Übergangsoberfläche wird zu einer Ohm'schen Elektrode.
  • Zur besseren Erklärung sei hier festgestellt, daß aufgrund der oben beschriebenen Ladungsträgerdichten der n-GaAs- und der n-Si-Diffusionsschicht (n-GaAs: 1 × 1017cm–3 oder darüber, n-Si : 1 × 1020cm–3 oder darüber) die Dicke der Sperrschicht an der n-GaAs/n-Si-Heteroübergangsschnittstelle dünn gestaltet ist und eine Ohm'sche Charakteristik durch den Tunneleffekt erzielt wird. Die Ohm'sche Elektrode bildet eine untere Elektrode 8, und der Strom wird durch die untere Elektrode 8 auf die n-Si-Diffusionsschicht 3 entladen, welche das Stromkanal bildende Gebiet darstellt. Somit ist die untere Elektrode 8 ebenso ein Stromdurchlaßgebiet.
  • Die Dicke der n-GaAs-Schichten 4 und 5 beträgt 5μm oder weniger, um Risse zu verhindern.
  • Eine obere Elektrode 6 der Diode ist auf der oberen Oberfläche der p-GaAs-Schicht oberhalb der p-Si-Diffusionsschicht 2 gebildet; die obere Elektrode 6 ist aus einer AuZn-Schicht gebildet, und deren Schichtdicke beträgt etwa 300 nm. Die obere Elektrode 6 und die untere Elektrode (Ohm'sche Elektrode) 8 sind an horizontal abgesetzten Positionen angeordnet. D.h. bei einer Betrachtung der Diode direkt von oben befinden sich die obere Elektrode 6 und die untere Elektrode 8 in einer sich nicht überlappenden Positionsbeziehung.
  • Die Position der unteren Elektrode 8 kann durch Ändern der Position der Strukturierung der n-Si-Diffusionsschicht frei eingestellt werden.
  • Eine Al-Elektrode 7 zur Abnahme von Strom ist auf einem Gebiet der oberen Oberfläche der n-Si-Diffusionsschicht 3 außerhalb des Gebiets gebildet, an welchem die n-GaAs-Schicht 4 angeordnet ist. Die Al-Elektrode 7 kontaktiert ebenso die p-Si-Diffusionschicht 2. Eine Gleichstromleistungsquelle 9 ist zwischen der oberen Elektrode 6 und der Al-Elektrode 7 angeschlossen, wobei ein positives Potential an die obere Elektrode 6 und ein negatives Potential an die Al-Elektrode 7 angelegt wird. Als Ergebnis ist eine Durchlaßvorspannung an den pn-Übergang zwischen der p-GaAs-Schicht 5 und der n-GaAs-Schicht 4 angelegt.
  • Im folgenden wird der Betrieb des auf diese Weise gebildeten Halbleiterbauelements beschrieben.
  • Durch ein an die p-GaAs-Schicht 5 angelegtes positives Potential und ein an die n-GaAs-Schicht angelegtes negatives Potential durch die Gleichstromleistungsquelle 9 wird eine Durchlaßvorspannung an den pn-Übergang in dem GaAs angelegt. Darauf fließt ein Strom von der Gleichstromleistungsquelle 9 in die obere Elektrode 6, und ein in die obere Elektrode 6 injizierter Strom fließt diagonal von der oberen Elektrode 6 durch die p-GaAs-Schicht 5 und die n-GaAs-Schicht 4 auf die untere Elektrode 8 zu.
  • Es fließt ein Strom durch einen Teil der pn-Übergangsoberfläche zwischen der p-GaAs-Schicht 5 und der n-GaAs-Schicht 4 außerhalb dem Gebiet, welches sich direkt unter der oberen Elektrode 6 befindet, und es wird von diesem pn-Übergangsteil aus Licht emittiert. D.h. ein Gebiet der pn-Übergangsoberfläche des GaAs außerhalb des Gebiets direkt unterhalb der oberen Elektrode 6 wird zu einem Licht emittierenden Gebiet. Das Licht wird nach oben durch die p-GaAs-Schicht aus dem Bauelement (der Diode) heraus emittiert. Wenn das Licht die Außenseite erreicht, da keine obere Elektrode 6 direkt oberhalb des Licht emittierenden Gebiets vorhanden ist, wird das Licht nach außen emittiert, ohne daß es von der oberen Elektrode 6 blockiert wird. Auf diese Weise wird eine Abschwächung des Lichts infolge der oberen Elektrode 6 soweit wie möglich unterdrückt.
  • Zu diesem Zeitpunkt ist an dem Bereich, an welchem sich n-GaAs-Schicht 4 und die p-Si-Diffusionsschicht 2 in Kontakt miteinander befinden, ein pn-Übergang gebildet. Entsprechend der Vorspannung bei dem Betrieb der Licht emittierenden Diode (ein positives Potential ist an die obere Elektrode 6 und ein negatives Potential ist an die Al-Elektrode 7 angelegt) ist eine Sperrvorspannung an dem pn-Übergang zwischen der n-GaAs-Schicht 4 und der p-Si-Diffusionschicht 2 angelegt. Als Ergebnis ist eine Verarmungsschicht an diesem pn-Übergang gebildet, und die Verarmungsschicht erstreckt sich von der Schnittstelle zwischen der GaAs-Schicht 4 und der p-Si-Diffuisionsschicht 2 bis in die n-GaAs-Schicht 4 und die p-Si-Diffusionsschicht 2 hinein. Diese innerhalb der n-GaAs-Schicht 4 gebildete Verarmungsschicht stößt den Stromkanal innerhalb der Diode nach oben und ermöglicht, daß der Strom in die pn-Übergangsoberfläche der Diode nicht direkt unterhalb der oberen Elektrode 6 leicht injiziert wird.
  • Der Strom, welcher durch den pn-Übergang zwischen der p-GaAs-Schicht 5 und der n-GaAs-Schicht 4 hindurchgetreten ist, tritt durch die n-GaAs-Schicht 4 hindurch, erreicht die n-Si-Diffusionsschicht 3 und tritt durch die Al-Elektrode 7 hindurch.
  • Somit ist bei dieser bevorzugten Ausführungsform das Si-Substrat 1 (das monokristalline Halbleitersubstrat), welches die n-Si-Diffusionsschicht 3 (das Gebiet des er sten Leitfähigkeitstyps) aufweist, welches zu einem Stromkanalbildungsgebiet wird, die n-GaAs-Schicht 4 (der Halbleiter des ersten Leitfähigkeitstyps), welche ein aktives Gebiet zum Emittieren von Licht darstellt, bezüglich des Si-Substrats 1 aus einer unterschiedlichen Substanz gebildet ist und sich sowohl mit der n-Si-Diffusionschicht 3 des Si-Substrats 1 als auch mit einem anderen Gebiet davon in Kontakt befindet, die p-GaAs-Schicht 5 (der Halbleiter des zweiten Leitfähigkeitstyps), welche ein aktives Gebiet zum Emittieren von Licht darstellt und aus derselben Substanz wie die n-GaAs-Schicht 4 gebildet ist, und die obere Elektrode 6, welche auf der oberen Oberfläche der p-GaAs-Schicht 5 oberhalb eines Gebiets des Si-Substrats 1 außerhalb der n-Si-Diffusionsschicht 3 angeordnet ist, vorgesehen.
  • Als Ergebnis bilden das Si-Substrat 1 und die n-GaAs-Schicht 4 einen Heteroübergang. Ebenso stellt der Übergang der n-Si-Diffusionsschicht 3 des Si-Substrats 1 und der n-GaAs Schicht 4 ein Stromdurchlaßgebiet dar, und die obere Elektrode ist auf der oberen Oberfläche der p-GaAs-Schicht 5 oberhalb eines Gebiets des Si-Substrats 1 außerhalb der n-Si-Diffusionsschicht 3 angeordnet. Die obere Elektrode 6 und das Stromkanalbildungsgebiet sind an quer zueinander abgesetzten Positionen angeordnet. Ein Strom fließt diagonal von der oberen Elektrode 6 durch die p-GaAs-Schicht 5 und die n-GaAs-Schicht 4 auf das Stromkanalbildungsgebiet zu, und es wird Licht an der pn-Übergangsoberfläche der p-GaAs-Schicht 5 und der n-GaAs-Schicht 4 emittiert. Dieses Licht emittierende Gebiet befindet sich nicht direkt unter der oberen Elektrode 6, sondern ist von der Position direkt unterhalb der Elektrode abgesetzt angeordnet. Das emittierte Licht emittiert durch die p-GaAs-Schicht 5 nach außen. Da zu diesem Zeitpunkt es direkt über dem Licht emittierenden Gebiet keine obere Elektrode 6 gibt, wird Licht nach außen emittiert, ohne daß es von der oberen Elektrode 6 blockiert wird. Als Ergebnis kann das Licht nach außen ausgegeben werden, ohne daß es von der oberen Elektrode 6 abgeschwächt wird, und die Lichtausgangseffizienz ist hervorragend.
  • Als Ergebnis der Ladungsträgerdichte der n-Si-Diffusionsschicht 3 des Si-Substrats 1 von 1 × 1020cm–3 und darüber und der Ladungsträgerdichte der n-GaAs-Schicht 4 von 1 × 1017cm–3 und darüber besitzt die Übergangsoberfläche zwischen der n-Si-Diffusionsschicht 3 des Si-Substrats 1 und der n-GaAs-Schicht 4 eine Ohm'sche Charakteristik. Folglich wird die Übergangsoberfläche zwischen der n-Si-Diffusionsschicht 3 des Si-Substrats 1 und der n-GaAs-Schicht 4 zu einer Ohm'schen Elektrode und wird zu der unteren Elektrode 8, welche der oberen Elektrode 6 gegenüberliegt. Als Ergebnis ist der Widerstandswert des Stromdurchlaflgebiets sehr niedrig, und die Bauelementecharakteristik ist hervorragend. D.h. der GaAs/Si-Übergang unterhalb der Elektrode auf der Oberfläche der Licht emittierenden Diode ist als Heteroübergang eines Ungleichheitstyps (aniso-type) ausgebildet, der Stromfluß durch den pn-Übergangsteil des GaAs direkt unterhalb der Elektrode wird gesteuert, Licht wird von einem Gebiet außerhalb eines Gebiets direkt unterhalb der Elektrode aus emittiert, und es wird eine Lichtabsorption durch die Elektrode verhindert.
  • Des weiteren ist die p-Si-Diffusionsschicht 2 (das Gebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps) in dem Si-Substrat 1 gebildet, die n-Si-Diffusionschicht 3 ist innerhalb dieser p-Si-Diffusionsschicht 2 gebildet, die p-Si-Diffusionsschicht 2 bildet einen Kontakt zu der n-GaAs-Schicht 4, und die obere Elektrode 6 ist oberhalb der p-Si-Diffusionsschicht 2 angeordnet. Folglich wird der Übergang zwischen der p-Si-Diffusionsschicht 2 des Si-Substrats 1 und der n-GaAs-Schicht 4 zu einem pn-Übergangsteil, und durch eine angelegte Vorspannung wird in diesem Gebiet eine Verarmungsschicht gebildet. Diese Verarmungsschicht stößt den Kanal des injizierten Stroms nach oben und ermöglicht es, daß der Strom leicht in die pn-Übergangsoberfläche außerhalb des Gebiets direkt unter der oberen Elektrode 6 injiziert wird.
  • Die auf dem Si-Substrat 1 aufgewachsenen Halbleiterschichten können Halbleiterschichten verschiedener Typen wie GaP oder GaAlAs oder InP anstelle von GaAs sein.
  • Obwohl bei dem oben beschriebenen Beispiel die Leitfähigkeitstypen diejenigen der n-Si-Diffusionsschicht 3 auf dem Substrat, der n-GaAs-Schicht 4 und der p-GaAs-Schicht 5 waren, können diese Leitfähigkeitstypen umgekehrt werden.
  • D.h. es können eine p-GaAs-Schicht und eine n-GaAs-Schicht aufeinanderfolgend auf einem Substrat einer p-Si-Diffusionsschicht aufwachsen. In diesem Fall fließt der Strom diagonal von der unteren Elektrode (dem Stromdurchlaßgebiet) 8 auf die obere Elektrode 6 zu.
  • Um die Kristallinität des GaAs zu verbessern, kann ebenso ein Verzerrungsübergitter oder dergleichen auf dem Si-Substrat in der Nähe der wirksamen Schicht eingesetzt werden. D.h. es kann ein Verzerrungsübergitter oder dergleichen wenigstens auf der n-GaAs-Schicht 4 von 1 oder auf der p-GaAs-Schicht 5 eingesetzt werden, wenn die Leitfähigkeitstypen umgekehrt wurden.
  • Im folgenden wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit dem Schwerpunkt auf Unterschiede zu der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben.
  • Ein Halbleiterbauelement in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform ist in den 2, 3, 4 und 5 dargestellt. Obwohl die oben dargestellte erste Ausführungsform anhand einer einzelenen Licht emittierenden Diode aus GaAs, welche auf einem Si-Substrat gebildet ist, dargestellt ist, wird die zweite bevorzugte Ausführungsform anhand einer leicht integrierten Schaltung wie einem monolithischen Fotokoppler dargestellt.
  • 2 zeigt eine Draufsicht, 3 einen Querschnitt entlangt Linie III-III von 2, 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Licht emittierenden Bauelementeteils (eines Licht emittierenden Diodenteils), und 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Lichtempfangsbauelementeteils (eines Fototransistorteils).
  • Wie in 3 dargestellt, ist eine monokristalline Schicht 13 auf einer SiO2-Schicht 12 gebildet, welche auf einem Trägersubstrat 11 gebildet ist. Das Trägersubstrat 11, die SiO2-Schicht und die monokristalline Si-Schicht 13 bilden ein SOI-Substrat 14. Eine Diffusionsschicht 15 hoher Dichte ist auf dem Boden der monokristallinen Si-Schicht 13 gebildet.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt, sind Licht emittierende GaAs-Diodenteile 16a, 16b auf der monokristallinen Si-Schicht 13 in dem SOI-Substrat 14 gebildet, und Fototransistorteile 17a, 17b sind unter Verwendung von Si innerhalb der monokristallinen Si-Schicht 13 in dem SOI-Substrat 14 gebildet. D.h. ein Fotokoppler, welcher aus einem Licht emittierenden Diodenteil 16a und dem Fototransistorteil 17a besteht, und ein Fotokoppler, welcher aus dem Licht emittierenden Fototeil 16b und dem Fototransistorteil 17b besteht, sind in dem SOI-Substrat 14 gebildet, und Fotokoppler zweier Kanäle sind somit in demselben Substrat angeordnet.
  • Eine SiO2-Schicht 18a ist in einer die SiO2-Schicht 12 erreichenden Rinne um den Licht emittierenden Diodenteil 16a in der monokristallinen Si-Schicht 13 gebildet. Ähnlich ist eine SiO2-Schicht 18b in einer die SiO2-Schicht 12 erreichenden Rinne um den Licht emittierenden Dioden teil 16b in der monokristallinen Si-Schicht 13 gebildet. Eine SiO2-Schicht 20a ist in einer die SiO2-Schicht 12 erreichenden Rinne um den Fototransistorteil 17a in der monokristallinen Si-Schicht 13 gebildet. Auf ähnliche Weise ist eine SiO2-Schicht 20b in einer die SiO2-Schicht 12 erreichenden Rinne um den Fototransistorteil 17b in der monokristallinen Si-Schicht 13 gebildet.
  • SiO2-Schichten 18a, 18b, 20a, 20b besitzen einen geringen optischen Brechungsindex und reflektieren Licht stärker als die monokristalline Si-Schicht 13 (das monokristalline Halbleitergebiet). Ebenso sind die SiO2-Schichten 18a, 18b, 20a, 20b zwischen den zwei Kanälen gebildet, und der kürzeste Abstand Lmin (welcher in 2 dargestellt ist) zwischen den zwei Kanälen liegt oberhalb der Abschwächungslänge LA entsprechend der Gleichung: LA = WL/(4π × K)wobei WL eine Lichtemissionswellenlänge einer LED und K einen Abschwächungskoeffizient einer Licht absorbierenden Substanz darstellen.
  • Licht wird auf das Licht emittierende Diodenteil 16a durch die SiO2-Schicht 18a beschränkt, und es wird Licht auf das Licht emittierende Diodenteil 16b durch die SiO2-Schicht 18b beschränkt. Ebenso wird Licht auf das Fototransistorteil 17a durch die SiO2-Schicht 20a beschränkt, und es wird Licht auf das Fototransistorteil 17b durch SiO2-Schicht 20b beschränkt. Auf diese Weise wird eine gegenseitige Beeinflussung der Kanäle durch die SiO2-Schichten 18a, 18b, 20a, 20b verhindert, welche in der monokristallinen Si-Schicht 13 (dem monokristallinen Halbleitergebiet) gebildet sind.
  • Für die SiO2-Schichten 18a, 18b, 20a, 20b, welche als Lichtbeschränkungsschichten (Lichtreflektierungsschichten) dienen, kann alternativ Quarzglas verwendet werden, oder sie können aus leeren Lücken bestehen, bei welchen in den Rinnen nichts angeordnet ist.
  • Des weiteren ist eine SiO2-Schicht 19a in einer die SiO2-Schicht 12 erreichenden Rinne um die Licht emittierenden Diodenteile 16a, 16b (um die SiO2-Schichten 18a und 18b herum) in der monokristallinen Si-Schicht 13 gebildet. Auf ähnliche Weise ist eine SiO2-Schicht 19b in einer die SiO2-Schicht 12 erreichenden Rinne um die Fototransistorteile 17a, 17b herum (um die SiO2-Schichten 20a und 20b herum) in der monokristallinen Si-Schicht 13 gebildet. Die Licht emittierenden Diodenteile 16a, 16b und die Fototransistorteile 17a, 17b sind elektrisch durch die SiO2-Schichten 19a, 19b in der monokristallinen Si-Schicht 13 (dem monikristallinen Halbleitergebiet) und der SiO2-Schicht 12 isoliert.
  • Für die SiO2-Schichten 19a, 19b, welche als elektrische Isolierungsschichten dienen, kann alternativ Quarzglas verwendet werden. Die thermische Ausdehnung der Sio2-Schichten 18a, 18b, 20a, 20b liegt nahe der thermischen Ausdehnung der monokristallinen Si-Schicht 13 (dem monokristallinen Halbleitergebiet), und auf die monokristalline Si-Schicht 13 ausgeübter Druck wird durch diese SiO2-Schicht gedämpft.
  • In dem in 4 dargestellten Licht emittierenden Diodenteil ist eine p-Si-Diffusionsschicht 2 in der monokristallinen Si-Schicht 13 gebildet, und es ist eine n-Si-Diffusionsschicht 3 innerhalb dieser p-Si-Diffusionsschicht 2 gebildet. Eine n-GaAs-Schicht 4 und eine p-GaAs-Schicht 5 sind aufeinanderfolgend durch Kristallauf wachsen auf der oberen Oberfläche der p-Si-Diffusionsschicht 2 und der n-Si-Diffusionsschicht 3 aufgewachsen. Eine obere Elektrode 6 ist auf der oberen Oberfläche der p-GaAs-Schicht 5 in einer Position gebildet, welche von dem Ge biet oberhalb der n-Si-Diffusionsschicht 3 abgesetzt ist. Die obere Elektrode 6 ist eine AuZn-Schicht.
  • Eine (in 2 dargestellte) Al-Elektrode 7 zur Ausgabe von Strom ist auf einem Gebiet der oberen Oberfläche der n-Si-Diffusionsschicht 3 außerhalb des Gebiets gebildet, an welchem die n-GaAs-Schicht 4 angeordnet ist.
  • In einem in 5 dargestellten Fototransistorteil ist die monokristalline Si-Schicht 13 als n-Typ ausgebildet, ein p-Typ Basisgebiet 21 ist in einem vorbestimmten Gebiet in dem oberen Oberflächenteil der monokristallinen Si-Schicht 13 gebildet, und ein n-Typ Emittergebiet 22 ist in dem oberen Oberflächenteil des p-Typ Basisgebiets 21 gebildet. Des weiteren ist ein n-Typ Diffusionsgebiet 23 in einem vorbestimmten Gebiet in dem oberen Oberflächenteil der monokristallinen Si-Schicht 13 gebildet. Ein Fototransistor einer npn-Struktur ist durch das n-Typ Emittergebiet 22, das p-Typ Basisgebiet 21 und die monokristalline n-Typ Si-Schicht 13 gebildet.
  • Eine Feldoxidschicht (SiO2-Schicht) 24 ist auf der Oberfläche des SOI-Substrats 14 gebildet, und diese Schicht 24 besitzt eine Dicke, welche nötig ist, als Überzugsschicht (Licht reflektierende Schicht) eines Lichtwellenleiterpfads zu dienen, wobei eine diesbezügliche weitere Erörterung unten folgt. Eine dünne SiO2-Schicht 25 ist auf der oberen Oberfläche des p-Typ Basisgebiets 21 gebildet.
  • Eine Siliziumnitridschicht 26 ist auf der Feldoxidschicht (SiO2-Schicht) 24, auf der SiO2-Schicht 25 und auf dem Stapel der n-GaAs-Schicht 4/p-GaAs-Schicht 5 gebildet. Eine Titanoxidschicht 27a ist als Lichtwellenleiterpfad bildendes Teil auf der Siliziumnitridschicht 26 zwischen dem Licht emittierenden Diodenteil 5 gebildet. Eine Titanoxidschicht 27a ist als Lichtwellenleiterpfad bildendes Teil auf der Siliziumnitridschicht 26 zwischen dem Licht emittierenden Diodenteil 16a und dem Fototransistor 17a gebildet, und der Fototransistorteil 17a und der Licht emittierende Diodenteil 16a sind durch diese Titanoxidschicht 27a optisch miteinander verbunden. Ähnlich ist eine Titanoxidschicht 27b als Lichtwellenleiterpfad bildendes Teil auf der Siliziumnitridschicht 26 zwischen dem Licht emittierenden Diodenteil 16b und dem Fototransistorteil 17b gebildet, und der Licht emittierenden Diodenteil 16b und der Fototransistorteil 17b sind durch diese Titanoxidschicht 27b optisch miteinander verbunden.
  • Die Titanoxidschichten 27a, 27b dienen als Lichtwellenleiterpfad bildende Teile und sind aus einem transparenten Material gebildet, deren optischer Brechungsindex bei der Wellenlänge des von der Licht emittierenden GaAs-Diode emittierten Lichts größer als eins ist.
  • Die Titanoxidschichten 27a, 27b, welche als Wellenleiterpfad bildende Teile dienen, können alternativ aus Siliziumnitrid (Si2N4) oder Arsenglas (As2Se3, As2S3) gebildet werden.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt, ist in dem Licht emittierenden Diodenteil 16a eine Al-Verbindung 28a auf der Siliziumnitridschicht 26 gebildet, wobei die Al-Verbindung 28a an die obere Elektrode 6 des Licht emittierenden Diodenteils 16a angeschlossen ist und sich in ein Gebiet außerhalb der SiO2-Schicht 18a und innerhalb der SiO2-Schicht 19a erstreckt. Wie in 2 dargestellt, ist in dem Licht emittierenden Diodenteil 16b eine Al-Verbindung 28b auf der Siliziumnitritschicht 26 gebildet, wobei die Al-Verbindung 28b an der oberen Elektrode 6 des Licht emittierenden Diodenteils 16b angeschlossen ist und sich in ein Gebiet außerhalb der SiO2-Schicht 18b und innerhalb der SiO2-Schicht 19a erstreckt. Ebenso ist wie in 2 dargestellt in den Licht emittierenden Diodenteilen 16a, 16b eine Al-Verbindung 29 auf der Siliziumnitridschicht 26 gebildet; die Al-Verbindung 29 ist integriert mit den Al-Elektroden 7 der zwei Licht emittierenden Diodenteile 16a, 16b gebildet und erstreckt sich in ein Gebiet außerhalb der SiO2-Schichten 16a und 16b, jedoch innerhalb der SiO2-Schicht 19a.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt, ist in den Fototransistorteilen 17a, 17b eine Al-Verbindung 30 auf der Siliziumnitridschicht 26 gebildet, wobei sich die Al-Verbindung 30 in Kontakt mit den n-Typ Emittergebieten 22 in den Fototransistorteilen 17a, 17b befindet und sich in ein Gebiet außerhalb der SiO2-Schichten 20a und 20b, jedoch innerhalb der SiO2-Schicht 19b erstreckt. Wie in 2 und 3 dargestellt, ist in dem Fototransistorteil 17a eine Al-Verbindung 31a auf der Siliziumnitridschicht 26 gebildet, wobei die Al-Verbindung 31a sich in Kontakt mit dem n-Typ Diffusionsgebiet 23 des Transistorteils 17a befindet und sich in ein Gebiet außerhalb der SiO2-Schicht 20a, jedoch innerhalb der SiO2-Schicht 19b erstreckt. Ebenso ist wie in 2 dargestellt in dem Fototransistorteil 17b eine Al-Verbindung 31b auf der Siliziumnitridschicht 26 gebildet, wobei sich die Al-Verbindung 31b in Kontakt mit dem n-Typ Diffusionsgebiet 23 des Fototransistorteils 17b befindet und sich in ein Gebiet außerhalb der SiO2-Schicht 20b, jedoch innerhalb der SiO2-Schicht 19b erstreckt.
  • Die Oberflächen der Licht emittierenden Diodenteile 16a, 16b und die Fototransistorteile 17a, 17b sind von einer SiO2-Schicht 32 bedeckt, und Teile der SiO2-Schicht 32 auf den Al-Verbindungen 28a, 28b, 29, 30, 31a und 31b sind offen und dienen als Bondinselteile.
  • Der Betrieb des auf diese Weise gebildeten Halbleiterbauelements ist derart, daß, wenn eine Spannung an die obere Elektrode 6 und die Al-Elektrode 7 in jedem der Licht emittierenden Diodenteile 16a, 16b angelegt wird, ein Strom von der oberen Elektrode 6 diagonal durch den Innenteil des Diodenteils fließt, Licht von einem pn-Übergangsteil, welcher nicht direkt unter der oberen Elektrode 6 befindlich ist, emittiert wird, und dieses Licht nach oben durch die p-GaAs-Schicht 5 hindurchtritt und in die Titanoxidschichten 27a, 27b eintritt. Dieses Licht pflanzt sich weiter innerhalb der Titanoxidschichten 27a, 27b fort und erreicht das p-Typ Basisgebiet 21 in den Fototransistorteilen 17a, 17b. Darauf wird ein an einem pn-Übergang zwischen dem p-Typ Basisgebiet 21 und dem n-Typ Kollektorgebiet (der monokristallinen n-Typ Si-Schicht) gebildeter optoelektrischer Strom verstärkt und als Kollektor-Emitter-Strom herausgeführt.
  • Diese Folge von Signalfortpflanzungsoperationen wird für jeden Kanal durchgeführt. D.h. ein erster Kanal, welcher aus dem Licht emittierenden Diodenteil 16a, der Titanoxidschicht 27a und dem Fototransistorteil 17a gebildet ist, und ein zweiter Kanal, welcher aus dem Licht emittierenden Diodenteil 16b, der Titanoxidschicht 27b und dem Fototransistorteil 17b gebildet ist, führen unabhängig eine Signalfortpflanzung durch. Zu diesem Zeitpunkt wird durch die SiO2-Schichten 18a, 18b, 20a und 20b eine gegenseitige Beeinflussung der Kanäle verhindert.
  • Somit wird bei dieser bevorzugten Ausführungsform ebenso durch die unteren Elektroden (Ohm'sche Elektrode 8), welche an Positionen angeordnet sind, welche zu einem Gebiet direkt unterhalb der oberen Elektroden 6 der Licht emittierenden Diodenteile 16a, 16b versetzt sind, Licht von Positionen aus emittiert, welche von einem Gebiet direkt unterhalb der oberen Elektrode 6 versetzt sind, und dieses Licht wird effizient von den Lichtwellenleiterpfaden (27a, 27b) übertragen; nahezu ohne daß ein Einfluß durch eine Abschwächung infolge der oberen Elektroden 6 auftritt.
  • Neben den Fototransistoren unter Verwendung von Si können die Lichtempfangsbauelemente alternativ als Fotodioden, Fotothyristoren, Fototriacs oder elektromotorische Bauelemente ausgebildet sein.
  • Die in 1 dargestellte p-Si-Diffusionsschicht 2 ist nicht wesentlich. D.h. wenn eine Bauelementeisolierung unnötig ist, oder wenn es nicht nötig ist, eine Kanalstromsteuerung durch Verarmungsschichten zu berücksichtigen, wird die Schicht nicht benötigt. Darüber hinaus muß entsprechend 1 der Übergang der n-GaAs-Schicht 4 und der n-Si-Diffusionsschicht 3 nicht notwenäigerweise als Ohm'scher Übergang gebildet werden, und es ist möglich, ein Licht emittierendes Gebiet zu bilden, welches von einem Gebiet direkt unterhalb der oberen Elektrode 6 abgesetzt ist, ohne daß ein Ohm'scher Übergang gebildet wird.
  • Vorstehend wird ein Halbleiterbauelement mit einer hervorragenden Lichtausgangseffizienz offenbart. Eine p-Si-Diffusionsschicht ist auf einem Si-Substrat gebildet, und eine n-Si-Diffusionsschicht ist in der p-Si-Diffusionsschicht gebildet. Eine n-GaAs-Schicht, welche ein aktives Gebiet zum Emittieren von Licht darstellt, ist auf der p-Si-Diffusionsschicht und der n-Si-Diffussionschicht des Si-Substrats aufgewachsen, und eine p-GaAs-Schicht, welche ein aktives Gebiet zum Emittieren von Licht darstellt, ist auf der n-GaAs-Schicht aufgewachsen. Eine obere Elektrode ist auf einer oberen Oberfläche der p-GaAs-Schicht oberhalb der p-Si-Diffusionsschicht aufgewachsen. Ein Strom wird von der oberen Elektrode durch ein Gebiet des pn-Übergangs zwischen der n-GaAs-Schicht und der p-GaAs-Schicht außerhalb des direkt unterhalb der unteren Elektrode befindlichen Gebiets injiziert, und von diesem Gebiet aus wird Licht emittiert. Das emittierte Licht tritt durch die p-GaAs-Schicht aus dem Bauelement heraus, ohne durch die obere Elektrode hindurchzutreten bzw. davon abgeschwächt zu werden.

Claims (3)

  1. Halbleiterbauelement mit: einem monokristallinen Halbleitersubstrat (1), welches ein Gebiet (3) eines ersten Leitfähigkeitstyps (n) aufweist, das zu einem Stromkanal bildenden Gebiet wird, und ein Gebiet (2) eines zweiten Leitfähigkeitstyps (p) aufweist, wobei das Gebiet (3) des ersten Leitfähigkeitstyps (n) in dem Gebiet (2) des zweiten Leitfähigkeitstyps (p) ausgebildet ist; einer ersten Halbleiterschicht (4) des ersten Leitfähigkeitstyps (n), welche aus einer zu der Substanz des monokristallinen Halbleitersubstrats unterschiedlichen Substanz gebildet ist und derart auf dem monokristallinen Substrat angeordnet ist, daß sie sich sowohl mit dem Gebiet des ersten Leitfähigkeitstyps als auch mit dem Gebiet (2) des zweiten Leitfähigkeitstyps des monokristallinen Halbleitersubstrats in Kontakt befindet, wobei die erste Halbleiterschicht (4) und das Gebiet (2) des zweiten Leitfähigkeitstyps eine pn-Übergangsschnittstelle bilden; einer zweiten Halbleiterschicht (5) des zweiten Leitfähigkeitstyps (p), die aus derselben Substanz wie die erste Halbleiterschicht gebildet ist und auf der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist, wobei die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht ein aktives Gebiet zum Emittieren von Licht bilden; und einer Elektrode (6), welche auf einer oberen Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht (5) oberhalb eines Kontaktbereiches zwischen dem Gebiet (2) des zweiten Leitfähigkeitstyps und der ersten Halbleiterschicht (4) angeordnet ist, wobei eine Spannung zwischen der Elektrode (6) und dem Gebiet (3) des ersten Leitfähigkeitstyps zum Ausbilden des Stromkanals angleget wird, während die Spannung die pn-Übergangsschnittstelle zwischen der ersten Halbleiterschicht (4) und dem Gebiet (2) des zweiten Leitfähigkeitstyps in Sperrrichtung vorspannt, um eine Verarmungsschicht innerhalb der ersten Halbleiterschicht (4) in Richtung der Elektrode (6) zu erweitern.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übergangsoberfläche (8) zwischen dem Gebiet des ersten Leitfähigkeitstyps des monokristallinen Halbleitersubstrats und der ersten Halbleiterschicht eine ohm'sche Charakteristik besitzt.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das monokristalline Halbleitersubstrat aus Silizium (Si) gebildet ist und eine Ladungsträgerkonzentration des Gebiets des ersten Leitfähigkeitstyps 1 × 1020cm–3 oder mehr beträgt, und die erste Halbleiterschicht aus Galliumarsenid (GaAs) gebildet ist und eine Ladungsträgerkonzentration von 1 × 1017cm–3 oder mehr besitzt.
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