DE19756856A1 - Halbleiterlichtemissionsvorrichtung mit hoher Lichtemissionswirksamkeit - Google Patents

Halbleiterlichtemissionsvorrichtung mit hoher Lichtemissionswirksamkeit

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiter­ lichtemissionsvorrichtung und insbesondere auf eine Leuchtdi­ ode mit einer Lichtemissionsschicht, die aus AlGaInP-Materia­ lien hergestellt ist.
Es sei bemerkt, daß der Term "AlGaInP-Materialien" hier sol­ che Materialien bezeichnet, bei denen Mischkristallverhält­ nisse x, y von (AlxGa1-x)1-yInyP in den Bereichen von 0 ≦ x, y ≦ 1 verändert werden.
Das (AlxGa1-x)1-yInyP-Material weist eine Gitteranpassung mit einem GaAs-Substrat bei einem In-Mischkristallverhältnis von y = 0,51 auf. Darüber hinaus geht bei dem In-Mischkristall­ verhältnis von y = 0,51 das Material in den Direktübergangs­ typ mit dem Al-Mischkristallverhältnis in dem Bereich von x = 0-0,7 über, wo eine Lichtemission von hoher Helligkeit über einem weiten Wellenlängenbereich von Rot bis Grün erhalten werden kann. Als ein Ergebnis wird das (AlxGa1-x)1-yInyP-Mate­ rial in jüngster Zeit weit verbreitet als Material von Leuchtdioden verwendet. Als eine solche Leuchtdiode der (AlxGa1-x)1-yInyP-Familie gibt es, wie in Fig. 8 beispielhaft gezeigt, eine Diode, bei der eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 211, eine n-Typ-(AlxGa1-x)1-yInyP-Überzugschicht 203, eine nicht-dotierte (AlxGa1-x)1-yInyP-Aktivschicht 210, eine p-Typ- (AlxGa1-x)1-yInyP-Überzugschicht 205 und eine p-Typ-GaP-Strom­ streuschicht 206 übereinander auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 212 gestapelt sind. Um wirksam Injektionsladungsträger in der Aktivschicht 210 einzufangen, wird der Bandabstand der Über­ zugschichten 203, 205 größer als derjenige der Aktivschicht 210 eingestellt (DH-(Doppelhetero-)Struktur). Zusätzlich ist eine n-Seitenelektrode 207 auf einer Unterseite des GaAs-Sub­ strates 212 vorgesehen, und eine p-Seitenelektrode 208 ist auf einer Oberseite der Stromdiffusionsschicht 206 angeord­ net. Da das In-Mischkristallverhältnis y auf y = 0,51 einge­ stellt ist, was in die Gitteranpassung mit dem GaAs-Substrat fällt, wird die Kristallinität der (AlxGa1-x)1-yInyP-Materiali­ en (Aktivschicht 210 und Überzugschichten 203, 205), die zur Lichtemission beitragen, besser. Als ein Ergebnis hiervon werden, wie aus einer Energiebanddarstellung von Fig. 9A er­ sehen werden kann, die Umgebung der Unterseite (Energiewert Ec) des Leitungsbandes der aktiven Schicht 210 und die Umge­ bung der Oberseite (Energiewert Ev) des Valenzbandes beide parabolisch gestaltet, und wie aus der Fig. 9B zu ersehen ist, sind Spitzenwerte P10, P20 der Zustandsdichte G(E) der Ladungsträger in dem Leitungsband und dem Valenzband jeweils nahe bei Bandenden Ec bzw. Ev von diesen Bändern. Daher ist die (AlxGa1-x)1-yInyP-Aktivschicht 210 selbst in der Lage, eine relativ hohe interne Quantenwirksamkeit aufzuweisen (die sich auf eine Wirksamkeit bezieht, bei welcher Elektrizität in Licht im Bereich von p-n-Übergängen umgesetzt wird).
Da jedoch bei der Struktur von Fig. 8 der Bandabstand des GaAs-Substrates 212 den Wert 1,42 ev hat, wird emittiertes Licht von Rot bis Grün absorbiert, so daß ein Lichtausgang auf weniger als die Hälfte vermindert wird, was ein Problem darstellt. In dem Fall, in welchem ein Lichtemissionsmaterial aus GaP, GaAsP, AlGaAs oder dergleichen hergestellt ist, be­ steht, da das GaAs-Substrat für die Lichtemissionswellenlän­ gen transparent ist, keine Möglichkeit für ein Auftreten ei­ nes Problemes aufgrund einer Lichtabsorption durch das Sub­ strat. Wenn jedoch das Lichtemissionsmaterial aus (AlxGa1-x)1-yInyP hergestellt ist, kann eine solche Lichtab­ sorption durch das Substrat auftreten, sofern ein GaAs-Sub­ strat verwendet wird, so daß eine externe Quantenwirksamkeit hiervon (die sich auf eine Wirksamkeit bezieht, bei welcher Licht nach außen abgegeben ist; gelegentlich auch einfach als "Wirksamkeit" oder "Lichtemissionswirksamkeit" bezeichnet) absinken würde.
Um die Lichtabsorption durch das Substrat zu vermeiden, wurde eine Leuchtdiode, wie in Fig. 10 gezeigt ist, vorgeschlagen, bei welcher eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 311, eine n-Typ- Verteilungs-Bragg-Reflexions-(DBR-)Schicht 313, eine n-Typ- (AlxGa1-x)1-yInyP-Überzugschicht 303, eine nicht-dotierte (AlxGa1-x)1-yInyP-Aktivschicht 310, eine p-Typ-(AlxGa1-x)1-yInyP- Überzugschicht 305 und eine p-Typ-GaP-Stromstreuschicht 306 übereinander auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 301 gestapelt sind (Appl. Phys. Lett., Bd. 61, Nr. 15 (1992), S. 1775-1777). In dieser Leuchtdiode ist die DBR-Schicht 313, die durch ab­ wechselndes Kombinieren von zwei Typen von Halbleiterschich­ ten von unterschiedlichen Brechungsindizes in einer geeigne­ ten Schichtdicke gebildet ist, zwischen dem GaAs-Substrat 301 und der n-Typ-Überzugschicht 303 vorgesehen, so daß durch die Aktivschicht 310 emittiertes Licht nach oben durch die DBR-Schicht 313 reflektiert wird, um nicht die Seite des GaAs-Substrates 301 zu erreichen. Weiterhin wurde eine Leuchtdiode vorgeschlagen, wie diese in Fig. 11 gezeigt ist, welche durch die Schritte des Stapelns einer n-Typ-(AlxGa1-x)1-yInyP-Über­ zugschicht 403, einer nicht-dotierten (AlxGa1-x)1-yInyP-Aktiv­ schicht 410, einer p-Typ-(AlxGa1-x)1-yInyP-Überzugschicht 405 und einer p-Typ-GaP-Stromstreuschicht 406 übereinander auf einem nicht dargestellten GaAs-Substrat, des Entfernens des GaAs-Substrats durch Ätzen und dann des Verbindens eines GaP- Substrates (mit einem Bandabstand von 2,27 ev) 414, das transparent für Lichtemissionswellenlängen von Rot bis Grün ist, mit einer freiliegenden Oberfläche (Übergangs- bzw. Ver­ bindungsteil) 420 der Überzugschicht 403 hergestellt ist (Appl. Phys. Lett., Bd. 64, Nr. 21 (1994), S. 2839-2841).
Jedoch kann bei der Leuchtdiode von Fig. 10 alles nach unten von der Aktivschicht 310 emittierte Licht nicht durch die DBR-Schicht 313 reflektiert werden, so daß ein Teil des Lich­ tes durch die DBR-Schicht 313 übertragen und durch das GaAs-Substrat 301 absorbiert wird. Als Ergebnis kann diese Leucht­ diode lediglich in der Lichtemissionswirksamkeit um das 1,5- fache zu derjenigen der Leuchtdiode von Fig. 8 gesteigert werden.
Außerdem begegnet die Leuchtdiode von Fig. 11 einer Schwie­ rigkeit bei der Art des Verbindens des GaP-Substrates 414, was für eine Massenproduktion ungeeignet ist.
Ausgehend von diesem Hintergrund wurde bisher an eine Ein­ richtung gedacht, bei der das (AlxGa1-x)1-yInyP-Material nicht auf einem GaAs-Substrat aufwächst, sondern auf einem Sub­ strat, das transparent für Emissionslichtwellenlängen (650 - 550 nm) des (AlxGa1-x)1-yInyP-Materials ist, insbesondere auf dem oben erwähnten GaP-Substrat (mit einem Bandabstand von 2,27 ev). Das heißt, es wurde, wie in Fig. 6 veranschaulicht ist, an eine Leuchtdiode gedacht, bei der eine n-Typ-GaInP- Pufferschicht 104, eine n-Typ-(AlxGa1-x)1-yInyP-Überzugschicht 103, eine nicht-dotierte (AlxGa1-x)1-yInyP-Aktivschicht 110, eine p-Typ-(AlxGa1-x)1-yInyP-Überzugschicht 105 und eine p-Typ- GaP-Stromstreuschicht 106 auf einem n-Typ-GaP-Substrat 101 aufgewachsen sind.
Jedoch existiert, wie in Fig. 5 gezeigt ist, in der Nähe bzw. der Umgebung einer GaP-Gitterkonstanten von 5.451 Å kein Be­ reich, der einen direkten Übergang des (AlxGa1-x)1-yInyP-Mate­ rials erlaubt. Selbst wenn daher das (AlxGa1-x)1-yInyP-Mate­ rial, das eine Gitteranpassung mit dem GaP-Substrat zeigt, auf dem GaP-Substrat 101 aufgewachsen ist, kann die Licht­ emission einer hohen Wirksamkeit nicht erwartet werden. Auf­ grund der Tatsache, daß die Gitterkonstante von 5,653 Å des GaAs-Substrates um etwa 3,6% größer als die Gitterkonstante von 5,451 Å des GaP-Substrates ist, steigern sich, wenn die (AlxGa1-x)1-yInyP-Materialien 103, 110 und 105, die eine Git­ teranpassung mit dem GaAs-Substrat zeigen, auf dem GaAs-Sub­ strat 101 aufgewachsen sind, sogenannte fehlangepaßte Verset­ zungen (Versetzungen aufgrund einer Gitterfehlanpassung) in den aufgewachsenen (AlxGa1-x)1-yInyP-Materialien 103, 110 und 105, so daß nicht-strahlende Rekombinationszentren mit der Übergangswahrscheinlichkeit einer reduzierten Lichtemission zunehmen, obwohl die GaInP-Pufferschicht 104 dazwischen vor­ gesehen ist, um die Gitterkonstantendifferenz zu entspannen. Das heißt, da Kristalle von verschiedenen Gitterkonstanten auf dem Substrat aufgewachsen sind, tritt eine Störung in der Periodizität des aufgewachsenen Kristallgitters auf, so daß ein definiertes verbotenes Band nicht vorliegen kann. Als ein Ergebnis hiervon ist, wie in Fig. 7A gezeigt ist, weder die Umgebung der Unterseite (Ec) des Leitungsbandes der Aktiv­ schicht 110 noch die Umgebung der Oberseite (Ev) des Valenz­ bandes parabolisch geformt, wobei jedoch jede von diesen ei­ nen Schwanz von etwa einigen zehn meV hat, so daß, wie in Fig. 7B gezeigt ist, spitze Enden Ec#, Ev# der Schwänze (nicht notwendigerweise bestimmt in der Lage) von den Spit­ zenwerten P10, P20 der Zustandsdichte G(E) der Ladungsträger in dem Leitungsband bzw. dem Valenzband wegfallen. Als Ergeb­ nis hiervon ist es unwahrscheinlich, daß injizierte Ladungs­ träger in der Umgebung der Bandenden Ec, Ev rekombinieren, so daß die Übergangswahrscheinlichkeit der Lichtemission kleiner wird. Daher ist es für die Direktübergangstyp-Leuchtdiode, die durch Aufwachsen auf dem GaP-Substrat 101 von den (AlxGa1-x)­ 1-yInyP-Materialien 103, 110 und 105, welche eine Gitteran­ passung mit dem GaAs-Substrat zeigen, hergestellt sind, schwierig eine Lichtemission von hoher Wirksamkeit zu erhal­ ten. Tatsächlich ist deren Lichtemissionswirksamkeit um zwei Größenordnungen oder mehr niedriger im Vergleich mit der Leuchtdiode von Fig. 8.
Selbst wenn somit das Halbleitersubstrat für die Lichtemissi­ onswellenlängen transparent ist, weist eine Halbleiter-Licht­ emissionsvorrichtung, in welcher eine Lichtemissionsschicht (Aktivschicht) in einem Zustand einer Gitterfehlanpassung mit dem Halbleitersubstrat aufgewachsen ist, ein Problem auf, nach welchem eine Lichtemission von hoher Wirksamkeit nicht erhalten werden kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halb­ leiter-Lichtemissionsvorrichtung zu schaffen, in welcher eine Lichtemissionsschicht (Aktivschicht) auf einem Halbleiter­ substrat in einem Zustand einer Gitterfehlanpassung mit die­ sem Halbleitersubstrat gebildet wird und bei der eine Licht­ emission von hoher Wirksamkeit erreicht werden kann.
Weiterhin soll eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung an­ gegeben werden, bei welcher eine Lichtemissionsschicht, die von einem Vorgängermaterial aus (AlxGa1-x)1-yInyP-Materialien beruht, auf einem GaP-Substrat gebildet wird, und bei der ei­ ne Lichtemission von hoher Wirksamkeit über dem Wellenlängen­ bereich von Rot bis Grün erhalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Halb­ leiter-Lichtemissionsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspru­ ches 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zur Lösung der obigen Aufgabe schafft die vorliegende Erfin­ dung also eine Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, bei der eine Lichtemissionsschicht, die Licht von Wellenlängen emit­ tiert, das im wesentlichen nicht durch ein Halbleitersubstrat absorbiert wird, auf dem Halbleitersubstrat in einem Zustand einer Gitterfehlanpassung mit dem Halbleitersubstrat gebildet wird, wobei die Lichtemissionsvorrichtung dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß ein Halbleitermaterial, das als ein Grund­ material der Lichtemissionsschicht verwendet wird, mit wenig­ stens einem Fremdstoff bzw. einer Verunreinigung dotiert wird, der bzw. die als ein Strahlungsrekombinationszentrum dient.
Bei der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist der als ein Strahlungsrekombinationszentrum dienende Fremdstoff in der Lage, einen Fremdstoffpegel an ei­ ner Position, die von einem Ende eines verbotenen Bandes des Halbleitermaterials, das als das Grundmaterial der Lichtemis­ sionsschicht verwendet ist, entfernt ist , in dem verbote­ nen Band zu bilden. Selbst wenn in diesem Fall das Bandende des Halbleitermaterials, das als das Grundmaterial der Lich­ temissionsschicht verwendet wird, einen Schwanz aufgrund der Gitterfehlanpassung mit dem Halbleitersubstrat hat, wird die Strahlungsrekombination über den Fremdstoffpegel kaum durch den Schwanz beeinträchtigt. Daher ist die interne Quanten­ wirksamkeit gesteigert. Auch wird das durch die Lichtemissi­ onsschicht emittierte Licht nicht wesentlich durch das Halb­ leitersubstrat absorbiert, d. h. es tritt keine derartige Lichtabsorption auf, wie diese ein Übergang von der Oberseite des Valenzbandes zu der Unterseite des Leitungsbandes in dem Halbleitersubstrat verursachen würde, so daß auch die externe Quantenwirksamkeit nicht vermindert wird. Daher ist die Lichtemissionswirksamkeit insgesamt gesteigert.
In einem Ausführungsbeispiel enthält die Lichtemissions­ schicht zwei Arten von Fremdstoffen mit einem ersten Fremd­ stoff zum Bilden eines Donatorniveaus und einem zweiten Fremdstoff zum Bilden eines Akzeptorniveaus.
In der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung dieses Ausfüh­ rungsbeispiels tritt eine Strahlungsrekombination zwischen dem durch den ersten Fremdstoff gebildeten Donatorniveau und dem durch den zweiten Fremdstoff gebildeten Akzeptorniveau auf. Daher wird die interne Quantenwirksamkeit höher als die­ se ist, wenn lediglich ein Fremdstoff aus entweder dem ersten Fremdstoff oder dem zweiten Fremdstoff enthalten ist, so daß die Lichtemissionswirksamkeit insgesamt weiter gesteigert ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist das durch den ersten Fremd­ stoff gebildete Donatorniveau innerhalb eines Bereiches von 30 meV bis 200 meV von einem Ende eines Leitungsbandes des als das Grundmaterial verwendeten Halbleitermaterials gele­ gen, und das durch den zweiten Fremdstoff gebildete Akzeptor­ niveau ist innerhalb eines Bereiches von 30 meV bis 200 meV von einem Ende eines Valenzbandes des als das Grundmaterial verwendeten Halbleitermaterials gelegen.
In diesem Fall beziehen sich ein Ende des Leitungsbandes und ein Ende des Valenzbandes des als das Grundmaterial der Lich­ temissionsschicht verwendeten Halbleitermaterials auf ein En­ de des Leitungsbandes bzw. ein Ende des Valenzbandes in dem Fall, in welchem die Lichtemissionsschicht in einer Gitteran­ passung mit dem Halbleitersubstrat gebildet ist. Das heißt, das durch den ersten Fremdstoff gebildete Donatorniveau und das durch den zweiten Fremdstoff gebildete Akzeptorniveau sind bezüglich ursprünglicher Bandenden des als das Grundma­ terial verwendeten Halbleitermaterials definiert.
In der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung dieses Ausfüh­ rungsbeispiels ist das durch den ersten Fremdstoff gebildete Donatorniveau über 30 meV von dem Ende des Leitungsbandes des als das Grundmaterial verwendeten Halbleitermaterials ent­ fernt, und das durch den zweiten Fremdstoff gebildete Akzep­ torniveau ist über 30 meV von dem Ende des Valenzbandes des als das Grundmaterial verwendeten Halbleitermaterials ent­ fernt. Selbst wenn als Ergebnis das Ende des Leitungsbandes und das Ende des Valenzbandes des als das Grundmaterial ver­ wendeten Halbleitermaterials jeweils einen Schwanz von etwa einigen zehn meV aufgrund der Gitterfehlanpassung zwischen dem Halbleitersubstrat und der Lichtemissionsschicht haben, wird die Strahlungsrekombination zwischen dem durch den er­ sten Fremdstoff gebildeten Donatorniveau und dem durch den zweiten Fremdstoff gebildeten Akzeptorniveau kaum durch die Schwänze beeinträchtigt. Auch liegt das durch den ersten Fremdstoff gebildete Donatorniveau innerhalb 200 meV von dem Ende des Leitungsbandes des als das Grundmaterial verwendeten Halbleitermaterials, und das durch den zweiten Fremdstoff ge­ bildete Akzeptorniveau liegt innerhalb 200 meV von dem Ende des Valenzbandes des als das Grundmaterial verwendeten Halb­ leitermaterials. Daher dienen diese ersten und zweiten Fremd­ stoffe jeweils wirksam als Strahlungsrekombinationszentren. Demgemäß wird die interne Quantenwirksamkeit weiter durch die Strahlungsrekombination zwischen dem durch den ersten Fremd­ stoff gebildeten Donatorniveau und dem durch den zweiten Fremdstoff gebildeten Akzeptorniveau gesteigert. Als Folge hiervon kann die Lichtemissionswirksamkeit insgesamt zusätz­ lich verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Halbleiter-Lichtemis­ sionsvorrichtung, in welcher eine Lichtemissionsschicht, die ein AlGaInP-Material als ein Grundmaterial enthält, auf einem GaP-Substrat in einem Zustand einer Gitterfehlanpassung mit dem GaP-Substrat aufgewachsen ist, wobei die Halb­ leiter-Lichtemissionsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß das als das Grundmaterial der Lichtemissionsschicht verwendete AlGaInP-Material mit Stickstoff, Sauerstoff, Selen, Schwefel oder Tellur als einem ersten Fremdstoff zum Bilden eines Do­ natorniveaus und mit Magnesium, Zink oder Cadmium als einem zweiten Fremdstoff zum Bilden eines Akzeptorniveaus dotiert ist.
In der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung gemäß der vorlie­ genden Erfindung bilden Stickstoff, Sauerstoff, Selen, Schwe­ fel oder Tellur als der erste Fremdstoff ein Donatorniveau innerhalb eines Bereiches von 30 meV bis 200 meV von dem Ende des Leitungsbandes des als das Grundmaterial verwendeten AlGaInP-Materials, während Magnesium, Zink oder Cadmium ein Akzeptorniveau innerhalb eines Bereiches von 30 meV bis 200 meV von dem Ende des Valenzbandes des als das Grundmate­ rial verwendeten AlGaInP-Materials bilden. Das durch den er­ sten Fremdstoff gebildete Donatorniveau ist über 30 meV von dem Ende des Leitungsbandes des als das Grundmaterial verwen­ deten AlGaInP-Materials entfernt, und das durch den zweiten Fremdstoff gebildete Akzeptorniveau ist über 30 meV von dem Ende des Valenzbandes des als das Grundmaterial verwendeten AlGaInP-Materials entfernt. Selbst wenn daher das Ende des Leitungsbandes und das Ende des Valenzbandes des als das Grundmaterial verwendeten AlGaInP-Materials jeweils einen Schwanz von etwa einigen zehn meV aufgrund der Gitterfehlan­ passung zwischen dem GaP-Substrat und der Lichtemissions­ schicht haben, wird die Strahlungsrekombination zwischen dem durch den ersten Fremdstoff gebildeten Donatorniveau und dem durch den zweiten Fremdstoff gebildeten Akzeptorniveau kaum durch die Schwänze beeinträchtigt. Auch liegt das durch den ersten Fremdstoff gebildete Donatorniveau innerhalb 200 meV von dem Ende des Leitungsbandes des als das Grundmaterial verwendeten AlGaInP-Materials, und das durch den zweiten Fremdstoff gebildete Akzeptorniveau liegt innerhalb 200 meV von dem Ende des Valenzbandes des als das Grundmaterial ver­ wendeten AlGaInP-Materials. Daher dienen diese ersten und zweiten Fremdstoffe jeweils wirksam als Strahlungsrekombina­ tionszentren. Demgemäß ist die interne Quantenwirksamkeit durch die Strahlungsrekombination zwischen dem durch den er­ sten Fremdstoff gebildeten Donatorniveau und dem durch den zweiten Fremdstoff gebildeten Akzeptorniveau gesteigert. Wei­ terhin wird Licht von Wellenlängen von Rot bis Grün, das durch die Lichtemissionsschicht abhängig von dem Energieab­ stand zwischen dem Donatorniveau, das durch den ersten Fremd­ stoff gebildet ist, und dem Akzeptorniveau, das durch den zweiten Fremdstoff gebildet ist, emittiert ist, nicht wesent­ lich durch das GaP-Substrat absorbiert (das GaP-Substrat ist transparent für die Emissionslichtwellenlängen des AlGaInP- Materials, nämlich für 650 nm bis 550 nm). Daher wird auch die externe Quantenwirksamkeit nicht niedriger. Folglich wird die Lichtemissionswirksamkeit insgesamt gesteigert, und eine Lichtemission von hoher Helligkeit kann in dem Wellenlängen­ band von Rot bis Grün erhalten werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine grundsätzliche Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin­ dung,
Fig. 2A und 2B eine Darstellung eines Bandzustandes und eine Darstellung einer Zustandsdichteverteilung von Ladungsträgern gemäß dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 3 eine grundsätzliche Darstellung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4A und 4B eine Darstellung eines Bandzustandes bzw. ei­ ne Darstellung einer Zustandsdichteverteilung von Ladungsträgern gemäß dem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen ei­ ner Gitterkonstanten und einem Energieabstand des Halbleitermaterials der Lichtemissions­ schicht und des Substrates veranschaulicht,
Fig. 6 eine grundsätzliche Darstellung einer Leucht­ diode auf einem GaP-Substrat,
Fig. 7A und 7B Darstellungen, die einen Bandzustand und eine Zustandsdichteverteilung von Ladungsträgern in der Leuchtdiode auf einem GaP-Substrat zeigen,
Fig. 8 eine grundsätzliche Darstellung einer Leucht­ diode gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 9A und 9B eine Darstellung eines Bandzustandes und eine Darstellung, die eine Zustandsdichtevertei­ lung von Ladungsträgern in der Leuchtdiode gemäß dem Stand der Technik angeben,
Fig. 10 eine grundsätzliche Darstellung einer Leucht­ diode gemäß dem Stand der Technik, und
Fig. 11 eine grundsätzliche Darstellung einer Leucht­ diode gemäß dem Stand der Technik.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Er­ findung in Einzelheiten beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer AlGaInP-Leucht­ diode gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diese Leuchtdiode wird durch die folgenden Schrit­ te gebildet: Erzeugen einer n-Typ-InGaP-Pufferschicht 2, ei­ ner mit Silizium dotierten (AlxGa1-x)1-yInyP-Überzugschicht 3 (x = 1,0, y = 0,51), einer mit Stickstoff-Zink-dotierten (AlxGa1-x)1-yInyP-Aktivschicht 4 (x = 0,5, y = 0,51) als einer Lichtemissionsschicht, einer mit Zink dotierten (AlxGa1-x)1-yInyP-Überzugschicht 5 (x = 1,0, y = 0,51) und ei­ ner mit Zink dotierten GaP-Stromstreuschicht 6, die nachein­ ander auf einem n-Typ-GaP-Substrat 1 aufgewachsen sind, das eine um 15° von der (001)-Ebene in die [110]-Richtung geneig­ te Ebene hat, beispielsweise durch einen MOCVD-(Metallorgani­ sche chemische Dampfabscheidung)Prozeß, und danach Erzeugen einer n-Seitenelektrode 7 auf der Unterseite des GaP-Substra­ tes 1 bzw. einer p-Seitenelektrode 8 auf der Oberseite der Stromstreuschicht 6. Obwohl ein um 15° versetztes Substrat 1 verwendet wurde, ist auch gerade ein Substrat mit einer (100)-Ebene geeignet. Die Dotierungskonzentration der Fremd­ stoffe in dem (AlxGa1-x)1-yInyP-Material, das als das Grundma­ terial der Aktivschicht 4 verwendet wird, liegt im Bereich von 1 × 1017-1 × 1019 cm-3 für Stickstoff als dem ersten Fremdstoff, der das Donatorniveau bildet, und im Bereich von 1 × 1017-1 × 1018 cm-3 für Zn als dem zweiten Fremdstoff, der das Akzeptorniveau bildet.
Da die (AlxGa1-x)1-yInyP-Materialien 3, 4 und 5 in einem Zu­ stand einer Gitterfehlanpassung auf dem GaP-Substrat 1 aufge­ wachsen sind, wird weder die Umgebung der Unterseite (Ener­ giewert Ec) des Leitungsbandes noch die Umgebung der Obersei­ te (Energiewert Ev) des Valenzbandes der Aktivschicht 4 nicht parabolisch gestaltet, sondern jede von diesen hat einen Schwanz von etwa einigen zehn meV, wie dies in der Energie­ banddarstellung von Fig. 2A gezeigt ist, so daß spitze Enden (nicht notwendigerweise in der Lage festgelegt) der Schwänze von den Spitzenwerten P10, P20 der Zustandsdichte G(E) der La­ dungsträger in dem Leitungsband und dem Valenzband wegfallen, wie dies in Fig. 2B gezeigt ist. Aus diesem Grund ist die Übergangswahrscheinlichkeit einer normalen Lichtemission an Bandenden relativ gering.
Bei dieser Leuchtdiode bildet jedoch in der Aktivschicht 4 Stickstoff als der erste Fremdstoff ein Donatorniveau E(N) an einer Position, die 30 meV von dem Ende (Boden) Ec des Lei­ tungsbandes des Grundmaterials (AlxGa1-x)1-yInyP (x = 0,5, y = 0,51) entfernt ist, und Zink als der zweite Fremdstoff bildet ein Akzeptorniveau E(Zn) an einer Position, die 60 meV von dem Ende (Oberseite) des Valenzbandes des Grundmaterials (AlxGa1-x)1-yInyP entfernt ist (x = 0,5, y = 0,51) (P1, P2 in Fig. 2B zeigen Spitzenwerte der Zustandsdichte G(E) entspre­ chend zu diesem Donatorniveau E(N) bzw. Akzeptorniveau E(ZN)). Das durch Stickstoff gebildete Donatorniveau E(N) und das durch Zink gebildete Akzeptorniveau E(Zn) sind mehr als 30 meV von den Bandenden Ec bzw. Ev entfernt, so daß eine Strah­ lungsrekombination zwischen dem durch Stickstoff gebildeten Donatorniveau E(N) und dem durch Zink gebildeten Akzeptorni­ veau E(Zn) kaum durch die Schwänze beeinträchtigt wird. Da auch das durch Stickstoff gebildete Donatorniveau E(N) und das durch Zink gebildete Akzeptorniveau E(Zn) jeweils innerhalb 200 meV von den Bandenden Ec bzw. Ev gelegen sind, dienen diese Stoffe Stickstoff und Zink wirksam jeweils als Strah­ lungsrekombinationszentrum. Daher ist die interne Quanten­ wirksamkeit durch die Strahlungsrekombination zwischen dem durch Stickstoff gebildeten Donatorniveau E(N) und dem durch Zink gebildeten Akzeptorniveau E(Zn) gesteigert. Obwohl die Aktivschicht 4 Licht von einer Wellenlänge entsprechend einem Energieabstand ΔE1 zwischen dem Donatorniveau E(N), das durch Stickstoff gebildet ist, und dem durch Zink gebildeten Akzep­ torniveau E(Zn) emittiert, wird das durch die Aktivschicht 4 emittierte Licht nicht wesentlich durch das GaP-Substrat ab­ sorbiert (da das GaP-Substrat für die Lichtemissionswellen­ längen der AlGaInP-Materialien, nämlich 650 nm-550 nm, transparent ist), so daß auch die externe Quantenwirksamkeit nicht niedriger ist. Folglich kann die Lichtemissionswirksam­ keit insgesamt gesteigert werden.
Tatsächlich wird bei der Leuchtdiode dieses ersten Ausfüh­ rungsbeispiels die Lichtemissionswellenlänge zu 574 nm abhän­ gig von einem Energieabstand ΔE1 = 2,16 eV zwischen dem durch Stickstoff gebildeten Donatorniveau E(N) und dem durch Zink gebildeten Akzeptorniveau E(Zn). In diesem Fall ist es mög­ lich, eine Lichtemissionswirksamkeit von 1,0% zu erlangen. Dagegen beträgt bei der Leuchtdiode des Gitteranpaßtyps, bei der AlGaInP-Materialien auf einem GaAs-Substrat aufgewachsen sind, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, die Lichtemissionswel­ lenlänge 550 nm abhängig von einem Bandabstand Eg (= 2,25 eV) mit den Mischkristallverhältnissen von x = 0,5, y = 0,51 der nicht-dotierten (AlxGa1-x)1-yInyP-Aktivschicht 210. In diesem Fall ist die sich ergebende Lichtemissionswirksamkeit durch 0,1% gegeben. Daher zeigt in einem Vergleich mit den glei­ chen Mischkristallverhältnissen x, y der Aktivschicht die Leuchtdiode mit der Struktur des ersten Ausführungsbeispiels, daß die Lichtemissionswirksamkeit um das Zehnfache gegenüber der Leuchtdiode von Fig. 8 gesteigert werden kann. Auch bei der Leuchtdiode des Gitteranpaßtyps, bei der (AlxGa1-x)1-yInyP- Materialien auf ein GaAs-Substrat aufgewachsen sind, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, beträgt die Lichtemissionswellenlänge entsprechend 572 nm, wenn die nicht-dotierte (AlxGa1-x)1-yInyP- Aktivschicht 210 Mischkristallverhältnisse von x = 0,38, y = 0,51 hat. In diesem Fall beträgt die sich ergebende Licht­ emissionswirksamkeit 0,35%. Daher hat sich gezeigt, daß in einem Vergleich hinsichtlich des Zustandes von im allgemeinen gleichen Lichtemissionswellenlängen die Leuchtdiode mit der Struktur des ersten Ausführungsbeispiels gegenüber der Leuchtdiode von Fig. 8 eine um etwa das Dreifache gesteigerte Lichtemissionswirksamkeit aufweist.
Das Dotieren von Stickstoff in die Aktivschicht 4 ist auch hinsichtlich eines Wellenlängenverkürzens vorteilhaft. Selbst wenn die Aktivschicht 4 im Aluminium-Mischkristallverhältnis auf Werte von x = 0,75 anwächst, um den indirekten Übergangs­ bereich einzuführen (vgl. Fig. 5) so wird durch das Dotieren mit Stickstoff ein isoelektronisches Niveau gebildet, was zu einem direkten Übergang führt, so daß die Übergangswahr­ scheinlichkeit einer Lichtemission gesteigert ist. Tatsäch­ lich wird unter den Bedingungen von x = 0,75, y = 0,51 eine Lichtemissionswirksamkeit von 0,2% bei einer Lichtemissions­ wellenlänge von 555 nm erhalten.
Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung beschrieben.
Fig. 3 zeigt eine Schnittstruktur einer zur AlGaInP-Familie gehörenden Leuchtdiode gemäß einem zweiten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung. Diese Leuchtdiode wird durch die folgenden Schritte gebildet: Bilden einer n-Typ- InGaP-Pufferschicht 12, einer mit Si dotierten (AlxGa1-x)1-yInyP-Überzugschicht 13, (x = 1,0, y = 0,51), einer mit Se.Mg dotierten (AlxGa1-x)1-yInyP-Aktivschicht 14 (x = 0,5, y = 0,51) als einer Lichtemissionsschicht, einer mit Zn dotierten (AlxGa1-x)1-InyP-Überzugschicht 15 (x = 1,0, y = 0,51) und einer mit Zn dotierten GaP-Stromstreuschicht 16, die nacheinander auf einem n-Typ-GaP-Substrat 11 mit einer Ebene, die von der (001)-Ebene in der [110]-Richtung geneigt ist, durch beispielsweise einen MOCVD-(Metallorganische che­ mische Dampfabscheidung)Prozeß aufgewachsen ist; und danach Vorsehen einer n-Seitenelektrode 17 auf der Unterseite des GaP-Substrates 11 bzw. einer p-Seitenelektrode 18 auf der Oberseite der Stromstreuschicht 16. Obwohl ein um 15° ver­ setztes Substrat 1 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ver­ wendet ist, kann auch ein Substrat gerade in der (100)-Ebene verwendet werden. Die Dotierungskonzentration der Fremdstoffe in dem als das Grundmaterial der Aktivschicht 14 verwendeten (AlxGa1-x)1-yInyP-Material ist innerhalb eines Bereiches von 1 × 1017-1 × 1019 cm-3 für Se als dem ersten Fremdstoff, der das Donatorniveau bildet, und im Bereich von 1 × 1017-1 × 1018 cm-3 für Mg als dem zweiten Fremdstoff, der das Akzeptor­ niveau bildet.
Da die (AlxGa1-x)1-yInyP-Materialien 13, 14 und 15 in einem Zu­ stand einer Gitterfehlanpassung auf dem GaP-Substrat 11 auf­ gewachsen sind, wird weder die Umgebung der Unterseite (Ener­ giewert Ec) des Leitungsbandes noch die Umgebung der Obersei­ te (Energiewert Ev) des Valenzbandes der Aktivschicht 14 nicht parabolisch, sondern jede von diesen weist einen Schwanz von etwa einigen zehn meV auf, wie dies in der Ener­ giebanddarstellung von Fig. 4A gezeigt ist, so daß spitze En­ den (nicht notwendigerweise in der Lage bestimmt) der Schwän­ ze weg von Spitzenwerten P10, P20 der Zustandsdichte G(E) der Ladungsträger in dem Leitungsband und dem Valenzband fallen, wie dies in Fig. 4B gezeigt ist. Aus diesem Grund ist die Übergangswahrscheinlichkeit einer normalen Lichtemission an Bandenden relativ klein.
Bei dieser Leuchtdiode bildet jedoch in der Aktivschicht 14 Se als der erste Fremdstoff ein Donatorniveau E(Se) in einer Lage, die 190 meV von dem Ende (Boden) Ec des Leitungsbandes des Grundmaterials (AlxGa1-x)1-yInyP (x = 0,5, y = 0,51) ent­ fernt ist, und Mg als der zweite Fremdstoff bildet ein Akzep­ torniveau E(Mg) in einer Lage, die 64 meV von dem Ende (Ober­ seite) des Valenzbandes des Basismaterials (AlxGa1-x)1-yInyP (x = 0,5, y = 0,51) entfernt ist (P1, P2 in Fig. 4B zeigen Spit­ zenwerte einer Zustandsdichte G(E) entsprechend diesem Dona­ torniveau E(Se) bzw. Akzeptorniveau E(Mg)). Das Donatorniveau E(Se), das durch Se gebildet ist, und das Akzeptorniveau E(Mg), das durch Mg gebildet ist, sind mehr als 30 meV jeweils von den Bandenden Ec und Ev entfernt, so daß eine Strahlungsre­ kombination zwischen dem durch Se gebildeten Donatorniveau E(Se) und dem durch Mg gebildeten Akzeptorniveau E(Mg) kaum durch die Schwänze beeinträchtigt wird. Da auch das durch Se gebildete Donatorniveau E(Se) und das durch Mg gebildete Ak­ zeptorniveau E(Mg) innerhalb 200 meV von den Bandenden Ec bzw. Ev gelegen sind, wirken diese Elemente Se und Mg jeweils als Strahlungsrekombinationszentrum. Daher wird die interne Quan­ tenwirksamkeit durch die Strahlungsrekombination zwischen dem durch Se gebildeten Donatorniveau E(Se) und dem durch Mg ge­ bildeten Akzeptorniveau E(Mg) gesteigert. Obwohl die Aktiv­ schicht 14 Licht einer Wellenlänge entsprechend einem Ener­ gieabstand ΔE2 zwischen dem durch Se gebildeten Donatorniveau E(Se) und dem durch Mg gebildeten Akzeptorniveau E(Mg) emit­ tiert, wird das durch die Aktivschicht 14 emittierte Licht im wesentlichen nicht durch das GaP-Substrat 11 absorbiert (da das GaP-Substrat für Lichtemissionswellenlängen von AlGaInP-Materialien, nämlich 650 nm-550 nm transparent ist), so daß auch die externe Quantenwirksamkeit nicht abfällt. Folglich kann die Lichtemissionswirksamkeit insgesamt gesteigert wer­ den.
Tatsächlich wird bei der Leuchtdiode dieses zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels die Emissionslichtwellenlänge zu 621 nm abhän­ gig von einem Energieabstand ΔE2 = 2,00 eV zwischen dem durch Se gebildeten Donatorniveau E(Se) und dem durch Mg gebildeten Akzeptorniveau E(Mg). In diesem Fall kann eine Lichtemissions­ wirksamkeit von 4,5% erreicht werden. Im Gegensatz hierzu beträgt bei der Leuchtdiode eines Gitteranpassungstyps, bei dem AlGaInP-Materialien auf einem GaAs-Substrat aufgewachsen sind, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, die Emissionslichtwel­ lenlänge 550 nm abhängig von einem Bandabstand Eg (= 2,25 eV) mit den Mischkristallverhältnissen von x = 0,5, y = 0,51 der nicht-dotierten (AlxGa1-x)1-yInyP-Aktivschicht 210. In diesem Fall beträgt die sich ergebende Lichtemissionswirksamkeit 0,1%. Daher hat sich gezeigt, daß in einem Vergleich mit den gleichen Mischkristallverhältnissen x, y der Aktivschicht die Leuchtdiode mit der Struktur des zweiten Ausführungsbeispiels eine Lichtemissionswirksamkeit zeigt, die gegenüber der Leuchtdiode von Fig. 8 um das Zehnfache gesteigert werden kann. Auch beträgt bei der Leuchtdiode des Gitteranpassungs­ typs, bei dem AlGaInP-Materialien auf einem GaAs-Substrat aufgewachsen sind, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, die Licht­ emissionswellenlänge entsprechend 635 nm, wenn die nicht­ dotierte (AlxGa1-x ) 1-yInyP-Aktivschicht 210 Mischkristallver­ hältnisse von x = 0,08, y = 0,51 hat. In diesem Fall beträgt die sich ergebende Lichtemissionswirksamkeit 0,15%. Daher hat sich gezeigt, daß in einem Vergleich hinsichtlich des Zu­ standes von im allgemeinen gleichen Emissionslichtwellenlän­ gen die Leuchtdiode mit der Struktur des zweiten Ausführungs­ beispiels eine Lichtemissionswirksamkeit zeigt, die gegenüber der Leuchtdiode von Fig. 8 um das Dreifache gesteigert werden kann.
Zusätzlich können Schwefel, Tellur oder dergleichen neben Stickstoff und Selen als der erste Fremdstoff, der das Dona­ torniveau bildet, verwendet werden, und Cadmium kann neben Zink und Magnesium als der zweite Fremdstoff herangezogen werden, der das Akzeptorniveau bildet.
Weiterhin kann AlGaAs oder dergleichen anstelle von GaP als das Material der Stromstreuschichten 6, 16 eingesetzt werden.
Die Leuchtdioden des ersten und des zweiten Ausführungsbei­ spiels sind als solche eines Doppelheterotyps vorgesehen, bei dem die Aktivschicht zwischen Überzugschichten mit einem gro­ ßen Energieabstand gelegen ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung selbstverständlich nicht hierauf begrenzt. Die vor­ liegende Erfindung kann allgemein auf Einzelheterotyp-Leucht­ dioden, Homoübergangstyp-Leuchtdioden und andere Halb­ leiter-Lichtemissionsvorrichtungen angewandt werden.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung folgt, ist bei dieser Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung auf einem Halbleiter­ substrat eine Lichtemissionsschicht gebildet, die Licht von Wellenlängen emittiert, das im wesentlichen nicht durch die­ ses Halbleitersubstrat in einem Zustand einer Gitterfehlan­ passung mit dem Halbleitersubstrat absorbiert wird, und der als ein Strahlungsrekombinationszentrum dienende Fremdstoff bildet ein Fremdstoffniveau in einer Lage, die von einem Bandende in einem verbotenen Band des als das Grundmaterial der Lichtemissionsschicht verwendeten Halbleitermaterials entfernt ist. Selbst wenn daher das Bandende des als das Grundmaterial der Lichtemissionsschicht verwendeten Halblei­ termaterials einen Schwanz aufgrund der Gitterfehlanpassung mit dem Halbleitersubstrat hat, wird die Strahlungsrekombina­ tion über das Fremdstoffniveau praktisch nicht bzw. kaum durch den Schwanz beeinträchtigt. Als ein Ergebnis wird die interne Quantenwirksamkeit gesteigert. Auch wird das von der Lichtemissionsschicht emittierte Licht im wesentlichen nicht durch das Halbleitersubstrat absorbiert, und auch die externe Quantenwirksamkeit wird nicht herabgesetzt. Daher kann die Lichtemissionswirksamkeit insgesamt gesteigert werden.
Da in der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Ausfüh­ rungsbeispiels zwei Arten von Fremdstoffen, nämlich ein er­ ster Fremdstoff, der ein Donatorniveau bildet, und ein zwei­ ter Fremdstoff, der ein Akzeptorniveau bildet, verwendet wer­ den, tritt eine Strahlungsrekombination zwischen dem durch den ersten Fremdstoff gebildeten Donatorniveau und dem durch den zweiten Fremdstoff gebildeten Akzeptorniveau auf. Daher wird die interne Quantenwirksamkeit höher als in dem Fall, wenn lediglich ein Fremdstoff aus dem ersten Fremdstoff oder dem zweiten Fremdstoff dotiert wird, so daß die Lichtemissi­ onswirksamkeit insgesamt weiter gesteigert ist.
In der Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung eines Ausfüh­ rungsbeispiels liegt das durch den ersten Fremdstoff gebilde­ te Donatorniveau innerhalb eines Bereiches von 30 meV bis 200 meV von dem Ende des Leitungsbandes des als das Grundma­ terial verwendeten Halbleitermaterials, und das durch den zweiten Fremdstoff gebildete Akzeptorniveau liegt innerhalb eines Bereiches von 30 meV bis 200 meV von dem Ende des Va­ lenzbandes des als das Grundmaterial verwendeten Halbleiter­ materials. Selbst wenn daher das Ende des Leitungsbandes und das Ende des Valenzbandes des als das Grundmaterial verwende­ ten Halbleitermaterials jeweils einen Schwanz von etwa eini­ gen zehn meV aufgrund der Gitterfehlanpassung zwischen dem Halbleitersubstrat und der Lichtemissionsschicht haben, wird die Strahlungsrekombination zwischen dem durch den ersten Fremdstoff gebildeten Donatorniveau und dem durch den zweiten Fremdstoff gebildeten Akzeptorniveau kaum durch die Schwänze beeinträchtigt. Auch dienen diese ersten und zweiten Fremd­ stoffe jeweils wirksam als Strahlungsrekombinationszentren. Demgemäß ist die interne Quantenwirksamkeit weiter durch die Strahlungsrekombination zwischen dem durch den ersten Fremd­ stoff gebildeten Donatorniveau und dem durch den zweiten Fremdstoff gebildeten Akzeptorniveau erhöht. Als eine Folge hiervon kann die Lichtemissionswirksamkeit insgesamt weiter gesteigert werden.
In der erfindungsgemäßen Halbleiter-Lichtemissionsvorrich­ tung, bei der ein AlGaInP-Material als Grundmaterial umfas­ sende Lichtemissionsschicht auf einem GaP-Substrat in einem Zustand einer Gitterfehlanpassung mit dem GaP-Substrat aufge­ wachsen ist, wird in das als das Grundmaterial der Lichtemis­ sionsschicht verwendete AlGaInP-Material Stickstoff, Sauer­ stoff, Selen, Schwefel oder Tellur als der erste Fremdstoff, der das Donatorniveau bildet, dotiert, und darüber hinaus wird Magnesium, Zink oder Cadmium als der zweite Fremdstoff, der das Akzeptorniveau bildet, dotiert. Daher bildet Stick­ stoff, Sauerstoff, Selen, Schwefel oder Tellur als der erste Fremdstoff das Donatorniveau innerhalb eines Bereiches von 30 meV bis 200 meV von dem Ende des Leitungsbandes des als das Grundmaterial verwendeten AlGaInP-Materials, und Magnesium, Zink oder Cadmium als der zweite Fremdstoff bildet das Akzep­ torniveau innerhalb eines Bereiches von 30 meV bis 200 meV von dem Ende des Valenzbandes des als das Grundmaterial ver­ wendeten AlGaInP-Materials. Selbst wenn das Ende des Lei­ tungsbandes und das Ende des Valenzbandes des als das Grund­ material verwendeten AlGaInP-Materials jeweils einen Schwanz von etwa einigen zehn meV aufgrund der Gitterfehlanpassung zwischen dem GaP-Substrat und der Lichtemissionsschicht ha­ ben, wird als Ergebnis die Strahlungsrekombination zwischen dem durch den ersten Fremdstoff gebildeten Donatorniveau und dem durch den zweiten Fremdstoff gebildeten Akzeptorniveau kaum durch die Schwänze beeinträchtigt. Auch dienen diese er­ sten und zweiten Fremdstoffe wirksam als Strahlungsrekombina­ tionszentren. Demgemäß ist die interne Quantenwirksamkeit durch die Strahlungsrekombination zwischen dem durch den er­ sten Fremdstoff gebildeten Donatorniveau und dem durch den zweiten Fremdstoff gebildeten Akzeptorniveau erhöht. Weiter­ hin wird Licht mit Wellenlängen von Rot bis Grün, das durch die Lichtemissionsschicht abhängig von dem Energieabstand zwischen dem durch den ersten Fremdstoff gebildeten Donator­ niveau und dem durch den zweiten Fremdstoff gebildeten Akzep­ torniveau emittiert ist, nicht wesentlich durch das GaP-Substrat absorbiert, so daß sich auch die externe Quanten­ wirksamkeit nicht vermindert. Folglich kann die Lichtemissi­ onswirksamkeit insgesamt gesteigert werden, und eine Licht­ emission einer hohen Helligkeit kann in dem Wellenlängenband von Rot bis Grün erzielt werden.
Die Erfindung schafft also eine Halbleiter-Lichtemissionsvor­ richtung, bei der eine Lichtemissionsschicht 4 auf einem Halbleitersubstrat 1 in einem Zustand einer Gitterfehlanpas­ sung mit diesem Halbleitersubstrat 1 gebildet ist und durch die eine Lichtemission einer hohen Wirksamkeit erhalten wird. Ein als ein Grundmaterial einer Lichtemissionschicht verwen­ detes Halbleitermaterial wird mit Fremdstoffen dotiert, die als Strahlungsrekombinationszentren dienen. Das Halbleiter­ substrat ist ein GaP-Substrat 1, und das Halbleitermaterial als das Grundmaterial der Lichtemissionsschicht 4 ist (AlxGa1-x)1-yInyP. Dieses (AlxGa1-x)1-yInyP-Material wird mit Stickstoff, Sauerstoff, Selen, Schwefel oder Tellur als einem ersten Fremdstoff zum Bilden eines Donatorniveaus und auch mit Magnesium, Zink oder Cadmium als einem zweiten Fremdstoff zum Bilden eines Akzeptorniveaus dotiert.

Claims (5)

1. Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, bei der eine Licht­ emissionsschicht (4, 14), die Licht von Wellenlängen emittiert, das im wesentlichen nicht durch ein Halblei­ tersubstrat (1, 11) absorbiert wird, auf dem Halbleiter­ substrat (1, 11) in einem Zustand einer Gitterfehlanpas­ sung mit dem Halbleitersubstrat (1, 11) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
ein als ein Grundmaterial der Lichtemissionsschicht (4, 14) verwendetes Halbleitermaterial mit wenigstens ei­ nem als ein Strahlrekombinationszentrum dienenden Fremd­ stoff dotiert ist.
2. Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lichtemissionsschicht (4, 14) zwei Arten von Fremdstoffen mit einem ersten Fremd­ stoff zum Bilden eines Donatorniveaus und einem zweiten Fremdstoff zum Bilden eines Akzeptorniveaus enthält.
3. Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß
das durch den ersten Fremdstoff gebildete Donatorni­ veau innerhalb eines Bereiches von 30 meV bis 200 meV von einem Ende eines Leitungsbandes des als das Grundmaterial verwendeten Halbleitermaterials gelegen ist, und
das durch den zweiten Fremdstoff gebildete Akzeptorni­ veau innerhalb eines Bereiches von 30 meV bis 200 meV von einem Ende eines Valenzbandes des als das Grundmaterial verwendeten Halbleitermaterials gelegen ist.
4. Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, bei der eine Licht­ emissionsschicht (4, 14) mit einem AlGaInP-Material als Grundmaterial auf einem GaP-Substrat (1, 11) in einem Zu­ stand einer Gitterfehlanpassung mit dem GaP-Substrat (1, 11) aufgewachsen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das als Grundmaterial der Lichtemissionsschicht (4, 14) gebildete AlGaInP-Material mit Stickstoff, Sauer­ stoff, Selen, Schwefel oder Tellur als einem ersten Fremdstoff zum Bilden eines Donatorniveaus und mit Magne­ sium, Zink oder Cadmium als einem zweiten Fremdstoff zum Bilden eines Akzeptorniveaus dotiert ist.
5. Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das AlGaInP-Material durch (AlxGa1-x)1-yInyP gegeben ist.
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