DE19808446C2

DE19808446C2 - Halbleiter-Lichtemissionselement mit Stromdiffusionsschicht und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE19808446C2
Application number: DE19808446A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Hosoba
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2018-02-28
Also published as: JP3332785B2; KR100329054B1; TW472399B; CN1192057A; DE19808446A1; JPH10242510A; KR19980071848A; CN1151562C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiter-Lichtemissionselement, wie beispielsweise eine Leuchtdiode mit Stromdiffusionsschicht und ein Verfah ren zum Herstellen desselben.

Gewöhnlich wird ein Halbleiter-Lichtemissionselement, das aus AlGaInP-Halblei termaterial hergestellt ist, als ein Emissionselement für sichtbares Licht aus verschiedenen Gründen eingesetzt. Das heißt, das AlGaInP-Material hat vorteil hafte Eigenschaften, indem es mit einem GaAs-Substrat gitteranpaßbar ist und einen großen Bandabstand bei einem Direktübergang unter den III-V-Gruppe- Verbindungshalbleitern aufweist. Insbesondere kann bei einer Leuchtdiode (LED), die Licht in dem direkten Übergang in dem Bereich von 550 bis 690 nm emittiert, eine hohe Emissionswirksamkeit erhalten werden.

Jedoch weist ein herkömmliches Halbleiter-Lichtemissionselement eines Oberflä chenemissionstyps, das aus AlGaInP-Material hergestellt ist, ein Problem hin sichtlich der Lichtausgangswirksamkeit auf. Dieses Problem wird mittels einer in Fig. 10 als ein Beispiel gezeigten herkömmlichen LED beschrieben.

Die in Fig. 10 gezeigte herkömmliche LED umfaßt eine Halbleiter-Mehrschicht struktur 1212 aus einer ersten Überzugsschicht 123 aus n-Typ-AlGaInP, einer GaInP-Aktivschicht 124 und einer zweiten Überzugsschicht 125 aus p- Typ-AlGaInP, gebildet auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 121. Eine p-Seitenelektrode 1211 ist auf dem Mittenteil der p- Typ-Überzugschicht 125 gebildet, und eine n-Seitenelek trode 1210 ist auf der Rückfläche des n-Typ-Substrates 121 gebildet.

Licht, das in der GaInP-Aktivschicht 124 erzeugt wird, die einen Lichtemissionsteil der LED bildet, wird über den Teil der Oberfläche der p-Typ-Überzugschicht 125 abgege ben, wo die p-Seitenelektrode 1211 nicht gebildet ist. Um die Emissionswirksamkeit dieser LED zu steigern, muß ein von der p-Seitenelektrode 1211 fließender Strom über die GaInP-Aktivschicht 124 verteilt werden. Da jedoch tatsächlich der spezifische Widerstand der p-Typ-AlGaInP-Überzugschicht 125 groß ist, verteilt sich der Strom lediglich auf einen kleinen Bereich der p-Typ-Überzugschicht 125, und somit emittiert lediglich der Teil der GaInP-Aktivschicht 12a, der direkt unter der p-Seitenelektrode 1211 gelegen ist, Licht. Als ein Ergebnis ist in der in Fig. 10 gezeigten herkömmli chen LED die Lichtausgangswirksamkeit über die obere Oberfläche der LED extrem niedrig.

Zum Überwindung des obigen Problems schlägt die US 5 008 718 ein Halbleiter-Lichtemissionselement vor, bei dem eine GaP-Stromdiffusionsschicht vorgesehen ist, um ein Verteilen des Stromes in einem weiteren Bereich zu er lauben. Das in dieser Publikation vorgeschlagene Halblei ter-Lichtemissionselement wird anhand der Fig. 11 näher beschrieben.

Dieses Halbleiter-Lichtemissionselement ist eine LED, die eine Halbleiter-Mehrschichtstruktur 1312 aus einer ersten Überzugschicht 133 aus n-Typ-AlGaInP, einer GaInP-Aktivschicht 134 und einer zweiten Überzugschicht 135 aus p- Typ-AlGaInP, gebildet auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 131, umfaßt. Die p-Typ-GaP-Stromdiffusionsschicht 136 ist auf der Halbleiter-Mehrschichtstruktur 1312 gebildet. Eine p- Seitenelektrode 1311 ist auf dem Mittenteil der p-Typ- GaP-Stromdiffusionsschicht 136 angeordnet, und eine n- Seitenelektrode 1310 ist auf der gesamten Rückfläche des n-Typ-Substrates 131 vorgesehen.

In einem derartigen Halbleiter-Lichtemissionselement ist der spezifische Widerstand der p-Typ-GaP-Stromdiffusions schicht 136 kleiner als derjenige der zweiten Überzug schicht 135 aus dem p-Typ-AlGaInP, und somit kann ein Strom in der p-Typ-Stromdiffusionsschicht verteilt werden. Eine Lichtemission wird daher in einem weiteren Bereich der GaInP-Aktivschicht 134 erhalten, was die Emissionswirk samkeit steigert. Darüber hinaus ist der Bandabstand der p-Typ-GaP-Stromdiffusionsschicht 136 größer als derjenige der zweiten Überzugschicht 135 aus p-Typ-AlGaInP. Wenn demgemäß in der Aktivschicht 134 erzeugtes Licht von der Seite der p-Seitenelektrode 1311 auszugeben ist, verläuft das emittierte Licht durch die p-Typ-Stromdiffusions schicht 136, ohne absorbiert zu werden. Dies steigert weiter die Emissionswirksamkeit.

Jedoch verursacht die Verwendung von GaP für die Strom diffusionsschicht in dem in der Fig. 11 gezeigten her kömmlichen Halbleiter-Lichtemissionselement die folgenden Probleme.

Das erste Problem liegt darin, daß die GaP-Schicht nicht in der Lage ist, eine gute Kristallinität zu liefern. Da sich Ga-Atome stark mit P-Atomen in dem GaP-Kristall binden, diffundieren bzw. wandern die Ga-Atome geringfügig auf der Wachstumsoberfläche des Kristalles, was zu einem in selartigen Wachstum und nicht einem guten schichtartigem Wachstum des Kristalles führt. Dies begünstigt die Erzeu gung von Kristalldefekten, was die Kristallinität der GaP-Schicht vermindert und somit deren spezifischen Wi derstand erhöht. Als ein Ergebnis nehmen die Emissions wirksamkeit und die Zuverlässigkeit des sich ergebenden Halbleiter-Lichtemissionselementes ab.

Das zweite Problem liegt darin, daß die Gitterkonstante der GaP-Schicht merklich von derjenigen des GaAs-Substra tes und der AlGaInP-Halbleiterschichten verschieden ist, welche mit dem GaAs-Substrat gitterangepaßt sind. Während die Gitterkonstante von GaAs den Wert 0,565 nm hat, ist diejenige von GaP durch 0,545 nm gegeben, was eine Gitter fehlanpassung von -3,54% hervorruft. Diese Gitterfehl anpassung führt zu dem oben beschriebenen ersten Problem. Das heißt, es werden Kristalldefekte in dem GaP-Kristall erzeugt, und somit ist die Kristallinität vermindert. Als ein Ergebnis nehmen hinsichtlich des ersten Problemes die Emissionswirksamkeit und die Zuverlässigkeit des sich er gebenden Halbleiter-Lichtemissionselementes ab.

Das dritte Problem liegt darin, daß die Gitterfehlanpas sung von GaP mit GaAs, die oben als das zweite Problem erwähnt ist, nachteilhaft den Lichtemissionsteil beein trächtigt. Da Versetzungen aufgrund der Gitterfehlanpas sung von -3,54% auftreten, werden Kristalldefekte in der Aktivschicht als dem Lichtemissionsteil, den Überzug schichten und dergleichen erzeugt. Dies bewirkt die Er zeugung von Rekombinationszentren ohne Emission. Als ein Ergebnis nehmen die Emissionswirksamkeit und die Zuverlässigkeit des sich ergebenden Halbleiter-Lichtemissionselementes merklich ab.

Aus DE 196 22 704 A1 ist ein Epitaxial-Wafer bekannt, bei dem Epitaxialschich ten aus GaAsP gebildet sind. In Patent Abstracts of Japan: JP 08056017 A ist eine Stromführungsschicht gezeigt, deren Zusammensetzung nicht angegeben ist, die aber aus AlGaAs oder GaAsP bestehen dürfte. Weiterhin ist in Patent Ab stracts of Japan: JP 08172218 A ein Halbleiter-Lichtemissionselement beschrie ben, bei dem eine Stromdiffusionsschicht auf einer Emissionsschicht und unter halb einer Elektrode vorgesehen ist. Diese Diffusionsschicht, die nicht näher er läutert ist, dürfte aus AlGaAs oder GaAsP bestehen. Patent Abstracts of Japan: JP 09008347 A beschreibt ein Herstellungsvefahren für eine Leuchtdiode, wobei aber auf die Zusammensetzung der einzelnen Schichten nicht näher eingegangen wird. EP 0 334 637 A2 ist eine Halbleitervorrichtung entnehmbar, bei der eine InGaAlP-Schicht auf einer GaAs-Schicht vorgesehen ist, während in US 4,987,096 eine Aktivschicht aus InGaP für einen Halbleiterlaser vorgeschlagen wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiter-Lichtemissionselement zu schaffen, das die obigen Schwierigkeiten auf einfache Weise überwindet; aus serdem soll ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Halbleiter-Lichtemissi onselementes angegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Halbleiter-Lichtemissionsele ment mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 10 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü chen.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verändert sich der In-Molenbruch x der Stromdiffusionsschicht in der Dickenrichtung von dieser.

In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Aktivschicht aus (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1), (Al_pGa_1-p)As (0 ≦ p ≦ 1) oder In_qGa_1-qAs (0 ≦ q ≦ 1) hergestellt.

In noch einem anderen Ausführungsbeiespiel der Erfindung sind ein Paar von Elektroden gebildet, wobei das Substrat, die Halbleiter-Mehrschichtstruktur und die Stromdiffusionsschicht dazwischen gelegen sind, und eine Stromsperrschicht ist vorgesehen, um einer der Elektroden gegenüberzuliegen, die auf der Seite der Stromdiffusions schicht ist, wobei die Stromdiffusionsschicht zwischen der einen der Elektroden und der Stromsperrschicht ange ordnet ist.

In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Elektrode auf der Seite der Stromdiffusions schicht auf einem Mittenteil der Stromdiffusionsschicht gebildet, um Licht über einen Randteil der Stromdiffusi onsschicht auszugeben.

In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Elektrode auf der Seite der Stromdiffusions schicht auf einem Randteil der Stromdiffusionsschicht ge bildet, die einen Mittenteil hiervon umgibt, um Licht über den Mittenteil der Stromdiffusionsschicht auszuge ben.

In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Stromsperrschicht aus einem Material einschließ lich Ga_1-aIn_aP (0 < a < 1) hergestellt.

Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfin dung ist die Stromsperrschicht aus einem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt.

In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Stromsperrschicht aus Al_bGa_1-bAs (0 ≦ b ≦ 1) oder (Al_cGa_1-c)_dIn_1-dP (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) hergestellt.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfah ren zum Herstellen eines Halbleiter-Lichtemissionselemen tes vorgesehen. Das Halbleiter-Lichtemissionselement um faßt: ein Substrat, eine Halbleiter-Mehrschichtstruktur mit wenigstens einer ersten Überzugschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht und einer zwei ten Überzugschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, ge bildet in dieser Reihenfolge auf dem Substrat, eine Stromsperrschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, gebildet auf einem Teil der Halbleiter-Mehrschichtstruktur, eine Stromdiffusionsschicht aus Ga_1-xIn_xP (0,2 ≦ x ≦ 0,4) des zweiten Leitfähigkeitstyps, ge bildet auf der die Stromsperrschicht bedeckenden Halblei ter-Mehrschichtstruktur, und zwei Elektroden, von denen eine auf der Stromdiffusionsschicht gebildet ist, um der Stromsperrschicht über die Stromdiffusionsschicht gegen überzuliegen, und von denen die andere auf einer Oberflä che des Substrates vorgesehen ist. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Bilden der Halbleiter-Mehr schichtstruktur auf dem Substrat und Erzeugen einer Schutzschicht aus einem Material, das kein Al enthält, und einer Schicht zum Erzeugen der Stromsperrschicht, hergestellt aus einem Al enthaltenden Verbindungshalblei ter, auf der Halbleiter-Mehrschichtstruktur und Bilden der Stromsperrschicht auf einem Teil der Halbleiter-Mehr schichtstruktur durch selektives Ätzen der Schicht zum Erzeugen der Stromsperrschicht.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Schritt des Ätzens der Schicht zum Bilden der Stromsperr schicht so durchgeführt, daß die Stromsperrschicht auf einem Mittenteil der Halbleiter-Mehrschichtstruktur er zeugt wird.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Schritt des Ätzens der Schicht zum Bilden der Strom sperrschicht so durchgeführt, daß die Stromsperrschicht auf einem Randteil der Halbleiter-Mehrschichtstruktur ge bildet wird, die den Mittenteil hiervon umgibt.

In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Al_bGa_1-bAs-Schicht (0 ≦ b ≦ 1) oder eine (Al_cGa_1-c)_dIn_1-dP-Schicht (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) als die Stromsperrschicht verwendet.

Somit ermöglicht die hier beschriebene Erfindung die Vor teile des (1) Vorsehens eines Halbleiter-Lichtemissions elementes, das stark die Emissionswirksamkeit und die Zu verlässigkeit des Elements steigern kann, und des (2) Vorse hens eines Verfahrens zum Herstellen eines solchen Halb leiter-Lichtemissionselementes.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen nä her erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung des Halbleiter- Lichtemissionselementes von Beispiel 1 gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 einen Graph, der die Beziehung zwischen dem In-Molenbruch x von Ga_1-xIn_xP und der Gitterfehlanpassung mit GaAs veranschau licht,

Fig. 3 einen Graph, der die Beziehung zwischen dem In-Molenbruch x von Ga_1-xIn_xP und dem Bandabstand Eg veranschaulicht,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines Halbleiter- Lichtemissionselementes von Beispiel 2 gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines Halbleiter- Lichtemissionselementes von Beispiel 3 gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 eine Schnittdarstellung eines Halbleiter- Lichtemissionselementes von Beispiel 4 gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7 eine Schnittdarstellung eines Halbleiter- Lichtemissionselementes von Beispiel 5 gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 8A bis 8C Schnittdarstellungen, die einen Her stellungsprozeß eines Halbleiter-Licht emissionselementes von Beispiel 6 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschauli chen,

Fig. 9A bis 9C Schnittdarstellungen, die einen Her stellungsprozeß eines Halbleiter-Licht emissionselementes von Beispiel 7 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschauli chen,

Fig. 10 eine Schnittdarstellung eines herkömmli chen Halbleiter-Lichtemissionselementes, und

Fig. 11 eine Schnittdarstellung eines anderen herkömmlichen Halbleiter-Lichtemissions elementes.

Zunächst wird die Funktion der vorliegenden Erfindung nä her erläutert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung verteilt sich ein Strom in ei ner auf einer Halbleiter-Mehrschichtstruktur gebildeten Ga_1-xIn_xP-Stromdiffusionsschicht (0,2 ≦ x ≦ 0,4), so daß Licht in einem weiteren Bereich einer Aktivschicht erzeugt wird. Die GaInP-Stromdiffusionsschicht umfaßt In-Atome mit einem Radius, der größer als der der P-Atome ist. Derart große In-Atome blockieren leicht eine Bewegung der P-Atome während des Kristallwachstums von GaInP, und so mit wird eine leichte Erzeugung von Kristalldefekten ver hindert. Darüber hinaus ist die Gitterfehlanpassung von GaInP mit einem GaAs-Substrat und einer auf dem GaAs-Sub strat gebildeten Halbleiterschicht klein im Vergleich mit derjenigen von GaP. Dies verhindert eine leichte Erzeu gung von Kristalldefekten nicht nur in der Stromdiffusi onsschicht selbst, sondern auch in der Aktivschicht als dem Lichtemissionsteil, den Überzugschichten und derglei chen.

Wenn der In-Molenbruch x der Stromdiffusionsschicht 0,2 ≦ x ≦ 0,4 beträgt, kann von der GaInP- oder AlGaInP-Aktiv schicht emittiertes Licht durch die Stromdiffusions schicht verlaufen, ohne absorbiert zu werden. Darüber hinaus kann die Erzeugung von Kristalldefekten aufgrund der Gitterfehlanpassung mit dem GaAs-Substrat und der auf dem GaAs-Substrat gebildeter Halbleiterschicht reduziert werden.

Wenn der In-Molenbruch x der Stromdiffusionsschicht 0,2 ≦ x < 0,27 beträgt, ist der Bandabstand der Stromdiffusions schicht im wesentlichen der gleiche wie derjenige von GaP. Demgemäß wird von der Aktivschicht emittiertes Licht nicht in der Stromdiffusionsschicht absorbiert. Die Stromdiffusionsschicht verschlechtert sich daher nicht aufgrund einer Lichtabsorption.

Durch graduelles Verändern des In-Molenbruches x der Stromdiffusionsschicht in der Dickenrichtung wird eine Gitterverzerrung graduell entlastet. Auf diese Weise kann die Gitterverzerrung reduziert werden.

Wenn das graduelle Verändern der In-Molenbrüche x der Stromdiffusionsschicht 0,2 ≦ x ≦ 0,4 beträgt, kann von der GaInP- oder AlGaInP-Aktivschicht emittiertes Licht durch die Stromdiffusionsschicht verlaufen, ohne absorbiert zu werden. Darüber hinaus kann die Erzeugung von Kristallde fekten aufgrund der Gitterfehlanpassung mit dem GaAs-Sub strat und der auf dem GaAs-Substrat gebildeten Halblei terschicht reduziert werden.

Wenn die graduell veränderten In-Molenbrüche x der Strom diffusionsschicht 0,2 ≦ x < 0,27 betragen, ist der Bandab stand der Stromdiffusionsschicht im wesentlichen der gleiche wie derjenige von GaP. Demgemäß wird von der Ak tivschicht emittiertes Licht nicht in der Stromdiffusi onsschicht absorbiert. Die Stromdiffusionsschicht wird daher aufgrund der Lichtabsorption nicht verschlechtert.

Für die Aktivschicht können Verbindungshalbleiter, bei spielsweise (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1), Al_pGa_1-pAs (0 ≦ p ≦ 1) und In_qGa_1-qAs (0 ≦ q ≦ 1) verwendet werden. Durch Verwenden dieser Materialien kann der Lich temissionsteil mit einer verringerten Anzahl von Kri stalldefekten erhalten werden.

Eine Stromsperrschicht kann gebildet werden, um einer Elektrode gegenüberzuliegen, die auf der Stromdiffusions schicht als eine Elektrode des Paares von Elektroden ge bildet ist, die angeordnet sind, um das Substrat, die Halbleiter-Mehrschichtstruktur und die Stromdiffusions schicht einzuschließen, wobei die Stromdiffusionsschicht zwischen der Stromsperrschicht und der Elektrode gelegen ist. Bei dieser Anordnung fließt ein Strom zu dem Teil der Stromdiffusionsschicht, wo die Stromsperrschicht nicht darunter gebildet ist. Da somit ein Strom wirksam zu dem gewünschten Bereich der Aktivschicht geleitet ist, ist die Emissionswirksamkeit in dem Bereich erhöht. Da keine Elektrode über dem Bereich gebildet ist, wo Licht emittiert wird, ist die Lichtausgabewirksamkeit über den Teil der Stromdiffusionsschicht, auf dem keine Elektrode gebildet ist, gesteigert.

Wenn beispielsweise die Elektrode auf dem Mittenteil der Stromdiffusionsschicht gebildet wird und die Stromsperr schicht gestaltet ist, um der Elektrode über die Strom diffusionsschicht gegenüberzuliegen, wird ein Strom zu dem Randteil der Aktivschicht geleitet, was die Emissi onswirksamkeit in dem Randteil steigert und somit die Lichtausgabewirksamkeit über den Randteil der Stromdiffu sionsschicht, auf dem keine Elektrode gebildet ist, er höht.

Wenn alternativ die Elektrode auf dem Randteil der Strom diffusionsschicht, der den Mittenteil hiervon umgibt, ge bildet ist und die Stromsperrschicht vorgesehen ist, um der Elektrode über die Stromdiffusionsschicht gegenüber zuliegen, wird ein Strom zu dem Mittenteil der Aktiv schicht geleitet, was die Emissionswirksamkeit in dem Mittenteil erhöht und somit die Lichtausgabewirksamkeit über den Mittenteil der Stromdiffusionsschicht, auf dem keine Elektrode gebildet ist, steigert.

Wenn die Stromsperrschicht aus Ga_1-aIn_aP (0 < a < 1) her gestellt ist, nimmt die Gitterfehlanpassung der Strom sperrschicht mit dem GaAs-Substrat und der auf dem GaAs- Substrat gebildeten Halbleiterschicht ab, um so die Er zeugung von Kristalldefekten zu reduzieren.

Alternativ kann die Stromsperrschicht aus einem Verbin dungshalbleiter, der Al enthält, hergestellt sein, wie beispielsweise aus Al_bGa_1-bAs (0 ≦ b ≦ 1) und (Al_cGa_1-c)_dIn_1-dP (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1), und eine derarti ge Stromsperrschicht kann auf der Halbleiter-Mehrschicht struktur über einer Schutzschicht gebildet sein, die aus einem Material hergestellt ist, das kein Al enthält.

Dies ermöglicht es, die Stromsperrschicht an einer ge wünschten Stelle durch selektives Ätzen der Schutzschicht und der Stromsperrschicht zu bilden.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnun gen beschrieben.

Beispiel 1

In Beispiel 1 wird ein AlGaInP-Halbleiter-Lichtemissions element beschrieben, das eine Ga_1-xIn_xP-Stromdiffusions schicht (0,2 ≦ x ≦ 0,4) enthält. Fig. 1 ist eine Schnittdar stellung des Halbleiter-Lichtemissionselementes von Bei spiel 1.

Das Halbleiter-Lichtemissionselement ist eine LED, die eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 2 (beispielsweise Si-Kon zentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 0,5 µm) enthält, gebildet auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 1. Auf der Puffer schicht 2 ist eine Halbleiter-Mehrschichtstruktur 12 aus einer n-Typ-(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Über zugschicht 3 (beispielsweise y = 0,5, z = 0,5, Si-Konzen tration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 1,0 µm), einer (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Aktivschicht 4 (beispielsweise y = 0, z = 0,5, Dicke: etwa 0,5 µm) und einer p-Typ-(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Über zugschicht 5 (beispielsweise y = 0,5 z = 0,5, Zn-Konzen tration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 1,0 µm) gebildet. Eine p-Typ-Ga_1-xIn_xP-(0,2 ≦ x ≦ 0,4)Stromdiffusionsschicht 6 (bei spielsweise x = 0,40, Zn-Konzentration: 5 × 10¹⁸ cm^-3, Dicke: etwa 5,0 µm) ist auf der Halbleiter-Mehrschicht struktur 12 gebildet. Eine p-Seitenelektrode 11 ist auf dem Mittenteil der p-Typ-Stromdiffusionsschicht 6 gebil det, und eine n-Seitenelektrode 10 ist auf der gesamten Rückfläche des n-Typ-Substrates 1 gebildet.

Da das Halbleiter-Lichtemissionselement dieses Beispiels die Ga_1-xIn_xP-(x = 0,40)Stromdiffusionsschicht 6 umfaßt, kann die Gitterverzerrung reduziert werden, wie dies un ten anhand der Fig. 2 beschrieben ist.

Fig. 2 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem In- Molenbruch x von Ga_1-xIn_xP und der Gitterfehlanpassung von Ga_1-xIn_xP bezüglich GaAs veranschaulicht. Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, ist die Gitterkonstante von Ga_1-xIn_xP an diejenige von GaAs angepaßt, d. h., die Git terfehlanpassung dazwischen beträgt 0, wenn der In-Molen bruch x etwa 0,49 mißt. Die Gitterfehlanpassung der Ga_1-xIn_xP-Stromdiffusionsschicht 6 mit GaAs beträgt in diesem Beispiel (x = 0,40) etwa -0,6%. Somit ist in die sem Beispiel die Gitterverzerrung um etwa 83% im Ver gleich mit dem in Fig. 13 gezeigten herkömmlichen Halb leiter-Lichtemissionselement reduziert, in welchem die Gitterfehlanpassung der GaP-Stromdiffusionsschicht mit GaAs etwa -3,54% beträgt.

In dem Halbleiter-Lichtemissionselement dieses Beispiels ist die Stromdiffusionsschicht 6 aus Ga_1-xIn_xP (x = 0,40) hergestellt, während die Aktivschicht 4 aus (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP (y = 0, z = 0,5) hergestellt ist. Bei dieser Anordnung wird in der Aktivschicht 4 erzeugtes Licht nicht in der Stromdiffusionsschicht 6 absorbiert. Dies wird im folgenden anhand der Fig. 3 beschrieben.

Fig. 3 ist ein Graph, der den In-Molenbruch x von Ga_1-xIn_xP und den Bandabstand Eg von Ga_1-xIn_xP veranschau licht. Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, ist, wenn der In-Molenbruch x von Ga_1-xIn_xP durch 0 < x < 0,27 gegeben ist, der X-Übergang, der ein indirekter Übergang ist, freigelegt. Daher wird der im wesentlichen gleiche Handabstand wie derjenige von GaP, d. h. Eg = 2,27 eV, er halten. Wenn der In-Molenbruch x von Ga_1-xIn_xP durch 0,27 < x < 1 gegeben ist, wird ein Γ-Übergang, der ein direk ter Übergang ist, freigelegt. Daher ist der Bandabstand kleiner als derjenige von GaP. In diesem Beispiel beträgt der Bandabstand Eg der Ga_1-xIn_xP-(x = 0,40)Stromdiffusi onsschicht 6 etwa 2,0 eV, was größer als der Bandabstand der Aktivschicht 4, d. h. Eg = 1,9 eV, ist. Somit kann das in der Aktivschicht 4 erzeugte Licht über die Oberseite des Halbleiter-Lichtemissionselementes ausgegeben werden, ohne durch die Stromdiffusionsschicht 6 absorbiert zu werden.

Damit kann in dem Halbleiter-Lichtemissionselement dieses Beispiels die Anzahl der Kristalldefekte in der Stromdif fusionsschicht 6 reduziert werden, und die Anzahl der aufgrund einer Versetzung in der Aktivschicht 4 als dem Lichtemissionsteil erzeugten Defekte und dergleichen kann merklich verringert werden. Dies steigert stark die Emis sionswirksamkeit und die Zuverlässigkeit des Elementes. Da darüber hinaus das in der Aktivschicht 4 erzeugte Licht nicht in der Stromdiffusionsschicht 6 absorbiert wird, nimmt die Emissionswirksamkeit nicht ab, und auch die Kennlinien oder Eigenschaften des Halbleiter-Licht emissionselementes aufgrund einer Lichtabsorption werden nicht verschlechtert. Wenn tatsächlich das Halbleiter- Lichtemissionselement eine rote LED mit einer Wellenlänge von 650 nm ist, wird die Emissionswirksamkeit um etwa 20% im Vergleich mit einem herkömmlichen Element gestei gert, und die Zuverlässigkeit wird erhöht, da die Zeit, die erforderlich ist, bis sich die Leuchtstärke auf eine Hälfte bei einer Ansteuerung von 20 mA bei 60°C redu ziert, auf etwa das 1,5-fache vergrößert ist.

In diesem Beispiel können die Molenbrüche y und z von dem die n-Typ-Überzugschicht bildenden (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP, der Aktivschicht und der p-Typ-Überzugschicht geeignet geän dert werden. Dies gilt auch für die folgenden Beispiele. Das erfindungsgemäße Halbleiter-Lichtemissionselement ist nicht auf die in diesem Beispiel beschriebenen LEDs be schränkt, sondern kann auch, wie in den folgenden Bei spielen beschrieben werden wird, auf eine beliebige ande re Form angewandt werden, solange es ein Oberflächenemis sionstyp-Halbleiter-Lichtemissionselement ist, das ein Verbindungshalbleitermaterial verwendet, das eine Git teranpassung mit dem GaAs-Substrat hat.

Beispiel 2

In einem Halbleiter-Lichtemissionselement von Beispiel 2 ist der In-Molenbruch x der Ga_1-xIn_xP-Stromdiffusions schicht verschieden von demjenigen in Beispiel 1. Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung des Halbleiter-Lichtemissi onselementes von Beispiel 2.

Das Halbleiter-Lichtemissionselement von diesem Beispiel ist eine LED, die eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 22 (bei spielsweise Si-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 0,5 µm) umfaßt, die auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 21 ge bildet ist. Auf der Pufferschicht 22 ist eine Halbleiter- Mehrschichtstruktur 212 aus einer n-Typ-(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP- (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Überzugschicht 23 (beispielsweise y = 1,0, z = 0,5, Si-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 1,0 µm), einer (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Aktivschicht 24 (beispielsweise y = 0,45, z = 0,5, Dic ke: etwa 0,5 µm) und einer p-Typ-(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Überzugschicht 25 (beispielsweise y = 1,0, z = 0,5, Zn-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 1,0 µm) gebildet. Eine p-Typ-Ga_1-xIn_xP-(0,2 ≦ x ≦ 0,4)Strom diffusionsschicht 26 (beispielsweise x = 0,2, Zn-Konzen tration: 5 × 10¹⁸ cm^-3, Dicke: etwa 5,0 µm) ist auf der Halbleiter-Mehrschichtstruktur 212 gebildet. Eine p-Sei tenelektrode 211 ist auf dem Mittenteil der p-Typ-Strom diffusionsschicht 26 gebildet, und eine n-Seitenelektrode 210 ist auf der gesamten Rückfläche des n-Typ-Substrates 21 gebildet.

Da das Halbleiter-Lichtemissionselement dieses Beispieles die Ga_1-xIn_xP-(x = 0,2)Stromdiffusionsschicht 26 umfaßt, beträgt die Gitterfehlanpassung etwa -2,1%, wie dies aus der Fig. 2 zu ersehen ist. Dies bedeutet, daß die Gitter verzerrung von diesem Beispiel um etwa 40% im Vergleich mit dem Fall des in Fig. 13 gezeigten herkömmlichen Halb leiter-Lichtemissionselementes reduziert ist, bei welchem die Gitterfehlanpassung der GaP-Stromdiffusionsschicht mit GaAs etwa -3,54% beträgt.

Obwohl der Effekt der Reduzierung der Gitterverzerrung in diesem Beispiel kleiner als derjenige ist, der in Bei spiel 1 erhalten wird, kann in diesem Beispiel der Bandabstand der Stromdiffusionsschicht größer gemacht werden als in Beispiel 1. Wie aus der Fig. 3 zu beobach ten ist, ist der Bandabstand Eg der Ga_1-xIn_xP-(x = 0,2)Stromdiffusionsschicht 26 im wesentlichen der gleiche wie derjenige von GaP, d. h. 2,27 eV, was größer als der Bandabstand Eg der Aktivschicht 24, d. h. 2,18 eV, ist. Demgemäß wird in der Aktivschicht 24 erzeugtes grünes Licht nicht in der Stromdiffusionsschicht 26 absorbiert, sondern über die Oberseite des Halbleiter-Lichtemissions elementes ausgegeben.

Somit kann in dem Halbleiter-Lichtemissionselement von diesem Beispiel die Erzeugung von Kristalldefekten in der Stromdiffusionsschicht 26 reduziert werden. Diese stei gert stark die Emissionswirksamkeit und die Zuverlässig keit des Elementes. Da darüber hinaus grünes Licht, das in der Aktivschicht 24 erzeugt ist, in der Stromdiffusi onsschicht 26 nicht absorbiert wird, nimmt die Emissions wirksamkeit nicht ab, und auch die Eigenscharten des Halbleiter-Lichtemissionselementes verschlechtern sich nicht aufgrund einer Lichtabsorption. Wenn tatsächlich das Halbleiter-Lichtemissionselement eine grüne LED mit einer Wellenlänge von 550 nm ist, ist die Emissionswirk samkeit um etwa 30% im Vergleich mit einem herkömmlichen Element verbessert, und die Zuverlässigkeit ist gestei gert, da die Zeit, die erforderlich ist, bis sich die Leuchtstärke auf eine Hälfte bei einer Ansteuerung von 20 mA bei 60°C verringert, um etwa das Zweifache erhöht ist.

Beispiel 3

In einem Halbleiter-Lichtemissionselement von Beispiel 3 wird der In-Molenbruch x der Ga_1-xIn_xP-Stromdiffusions schicht graduell in der Dickenrichtung verändert, und In_qGa_1-qAs (0 ≦ y ≦ 1) wird als Aktivschicht verwendet. Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung des Halbleiter-Licht emissionselementes von Beispiel 3.

Das Halbleiter-Lichtemissionselement von diesem Beispiel ist eine LED, die eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 62 (bei spielsweise Si-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3 Dicke: etwa 0,5 µm) umfaßt, die auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 61 ge bildet ist. Auf der Pufferschicht 62 ist eine Halbleiter- Mehrschichtstruktur 612 aus einer n-Typ-(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP- (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Überzugschicht 63 (beispielsweise y = 0,5, z = 0,5, Si-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 1,0 µm), einer In_qGa_1-qAs-(0 ≦ q ≦ 1)Aktivschicht 64 (beispielsweise q = 0,6, Dicke: etwa 0,5 µm) und einer p- Typ-(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Überzugschicht 65 (beispielsweise y = 0,5, z = 0,5, Zn-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3 Dicke: etwa 1,0 µm) gebildet. Eine p-Typ- Ga_1-xIn_xP-(0,2 ≦ x ≦ 0,4)Stromdiffusionsschicht 66 (beispiels weise x = 0,4 → 0,2, Zn-Konzentration: 5 × 10¹⁸ cm^-3, Dicke: etwa 5,0 µm) ist auf der Halbleiter-Mehrschicht struktur 612 gebildet. Eine p-Seitenelektrode 611 ist auf dem Mittenteil der p-Typ-Stromdiffusionsschicht 66 gebil det, und eine n-Seitenelektrode 610 ist auf der gesamten Rückfläche des n-Typ-Substrates 61 gebildet.

In diesem Beispiel wird der In-Molenbruch x der Ga_1-xIn_xP- Stromdiffusionsschicht 66 graduell vor etwa 0,4 bis etwa 0,2 in der Dickenrichtung ausgehend von der Seite der p- Typ-Überzugschicht 65 verändert. Die Gitterverzerrung aufgrund einer Gitterfehlanpassung kann daher graduell reduziert werden, so daß das Auftreten einer Gitterver zerrung in dem Lichtemissionsteil minimiert werden kann.

In dem Halbleiter-Lichtemissionselement dieses Beispiels ist der Bandabstand Eg der Ga_1-xIn_xP-(x = 0,4 → 0,2) Stromdiffusionsschicht 66 größer als derjenige der In_qGa_1-qAs-(q = 0,6)Aktivschicht 64. Daher kann in der Ak tivschicht 64 erzeugtes Infrarotlicht über die Oberseite des Halbleiter-Lichtemissionselementes ausgegeben werden, ohne in der Stromdiffusionsschicht 66 absorbiert zu wer den.

Somit ist in dem Halbleiter-Lichtemissionselement dieses Beispiels die Gitterverzerrung verringert, und die Emissionswirksamkeit sowie die Zuverlässigkeit sind merklich verbessert. Da darüber hinaus das in der Aktivschicht 64 erzeugte Infrarotlicht nicht in der Stromdiffusions schicht 66 absorbiert wird, nimmt die Emissionswirksam keit nicht ab, und auch die Eigenschaften des Halbleiter- Lichtemissionselementes verschlechtern sich nicht auf grund der Lichtabsorption. Wenn tatsächlich das Halblei ter-Lichtemissionselement eine Infrarot-LED mit einer Wellenlänge von 950 nm ist, ist die Emissionswirksamkeit um etwa 30% gesteigert, und die Zuverlässigkeit ist er höht, da die Zeit, die erforderlich ist, bis sich die Leuchtstärke auf eine Hälfte bei einer Ansteuerung von 20 mA bei 60°C reduziert, auf das etwa 1,8-fache erhöht ist.

In diesem Beispiel kann der Molenbruch q von dem die Ak tivschicht bildenden In_qGa_1-qAs in geeigneter Weise verän dert werden. Eine In_qGa_1-qAs-(0 ≦ q ≦ 1)Schicht kann als die n-Typ- und p-Typ-Überzugschichten verwendet werden.

Beispiel 4

In Beispiel 4 wird ein AlGaInP-Halbleiter-Lichtemissions element beschrieben, in welchem eine Stromsperrschicht auf dem Mittenteil der Halbleiter-Mehrschichtstruktur ge bildet ist und in welchem die Ga_1-xIn_xP-(0,2 ≦ x ≦ 0,4)Strom diffusionsschicht über der Stromsperrschicht gebildet ist. Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung des Halbleiter- Lichtemissionselementes von Beispiel 4.

Das Halbleiter-Lichtemissionselement dieses Beispiels ist eine LED, die eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 82 (bei spielsweise Si-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 0,5 µm) umfaßt, die auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 81 ge bildet ist. Auf der Pufferschicht 82 ist eine Halbleiter- Mehrschichtstruktur 812 aus einer n-Typ-(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP- (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Überzugschicht 83 (beispielsweise y = 1,0, z = 0,5, Si-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 1,0 µm), einer (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Aktivschicht 84 (beispielsweise y = 0,15, z = 0,5, Dic ke: etwa 0,5 µm) und einer p-Typ-(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Überzugschicht 85 (beispielsweise y = 1,0, z = 0,5, Zn-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 1,0 µm) gebildet.

Eine n-Typ-Ga_1-aIn_aP-(0 < a < 1)Stromsperrschicht 88 (bei spielsweise a = 0,2, Si-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dic ke: etwa 0,5 µm) ist auf dem Mittenteil der Halbleiter- Mehrschichtstruktur 812 gebildet. Eine p-Typ-Ga_1-xIn_xP-(0,2 ≦ x ≦ 0,4)Stromdiffusionsschicht 86 (beispielsweise x = 0,2, Zn-Konzentration: 5 × 10¹⁸ cm^-3, Dicke: etwa 5,0 µm) ist über der Halbleiter-Mehrschichtstruktur 812 gebildet, um dadurch die Stromsperrschicht 88 zu bedecken. Eine p- Seitenelektrode 811 ist auf dem Mittenteil der p-Typ- Stromdiffusionsschicht 86 gegenüber zu der Stromsperr schicht 88 auf der Stromdiffusionsschicht 86 gebildet, und eine n-Seitenelektrode 810 ist auf der gesamten Rück fläche des n-Typ-Substrates 81 gebildet.

In diesem Beispiel ist die Stromsperrschicht 88 auf dem Mittenteil der Halbleiter-Mehrschichtstruktur 812 gebil det, und die Stromdiffusionsschicht 86 ist über der Stromsperrschicht 88 gebildet. Bei dieser Anordnung fließt ein von der p-Seitenelektrode 811 kommender Strom zu dem Randteil der Stromdiffusionsschicht 86. Dies stei gert weiter die Lichtausgabewirksamkeit über den Randteil der Stromdiffusionsschicht 86, auf dem die p-Seitenelek trode 811 nicht gebildet ist. Da darüber hinaus die Stromsperrschicht 88 aus n-Typ-Ga_1-aIn_aP (0 < a < 1) her gestellt ist, dient sie zum Verringern der Gitterverzer rung und zum Steigern der Emissionswirksamkeit und der Zuverlässigkeit des Elementes, ähnlich wie die Stromdif fusionsschicht 86. Wenn tatsächlich das Halbleiter-Licht emissionselement eine orange LED mit einer Wellenlänge von 610 nm ist, ist die Emissionswirksamkeit um etwa 30% gesteigert, und die Zuverlässigkeit ist erhöht, da die Zeit, die erforderlich ist, bis sich die Leuchtstärke auf eine Hälfte bei einer Ansteuerung von 20 mA bei 60°C verringert, auf etwa das 2,5-fache erhöht ist.

In diesem Beispiel ist die Stromsperrschicht auf dem Mit tenteil der Halbleiter-Mehrschichtstruktur gebildet, um einen Strom daran zu hindern, zu dem Mittenteil des Lich temissionsteiles zu fließen.

In diesem Beispiel ist die Strom sperrschicht leitend mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie derjenige des Substrates. Alternativ kann die Strom sperrschicht aus einem isolierenden Material hergestellt sein. Dies gilt auch für das weiter unten zu beschreiben de Beispiel 6.

Beispiel 5

In Beispiel 5 wird ein AlGaInP-Halbleiter-Lichtemissions element beschrieben, bei dem eine Stromsperrschicht auf dem Randteil der Halbleiter-Mehrschichtstruktur gebildet ist, die den Mittenteil hiervon umgibt, und bei dem die Ga_1-xIn_xP-(0,2 ≦ x ≦ 0,4)Stromdiffusionsschicht ist über der Stromsperrschicht gebildet. Fig. 7 ist eine Schnittdar stellung des Halbleiter-Lichtemissionselementes von Beispiel 5.

Das Halbleiter-Lichtemissionselement von diesem Beispiel ist eine LED, die eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 92 (bei spielsweise Si-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3 Dicke: etwa 0,5 µm) umfaßt, welche auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 91 gebildet ist. Auf der Pufferschicht 92 ist eine Halblei ter-Mehrschichtstruktur 912 aus einer n-Typ- (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Überzugschicht 93 (beispielsweise y = 1,0, z = 0,5, Si-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 1,0 µm), einer (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Aktivschicht 94 (beispielsweise y = 0,4, z = 0,5, Dicke: etwa 0,5 µm) und einer p-Typ- (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Überzugschicht 95 (beispielsweise y = 1,0, z = 0,5, Zn-Konzentration: 5 × 10¹⁷cm^-3, Dicke: etwa 1,0 µm) gebildet.

Eine n-Typ-Ga_1-aIn_aP-(0 < a < 1)Stromsperrschicht 98 (bei spielsweise a = 0,2, Si-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dic ke: etwa 0,5 µm) wird auf dem Randteil der Halbleiter- Mehrschichtstruktur 912 gebildet, die den Mittenteil hiervon umgibt. Eine p-Typ-Ga_1-xIn_xP-(0,2 ≦ x ≦ 0,4)Stromdif fusionsschicht 96 (beispielsweise x = 0,2, Zn-Konzentra tion: 5 × 10¹⁸ cm^-3, Dicke: etwa 5,0 µm) wird über der Halbleiter-Mehrschichtstruktur 912 gebildet, die die Stromsperrschicht 98 bedeckt. Eine p-Seitenelektrode 911 wird auf dem Randteil der p-Typ-Stromdiffusionsschicht 96 gebildet, die den Mittenteil hiervon umgibt, und eine n- Seitenelektrode 910 wird auf der gesamten Rückfläche des n-Typ-Substrates 91 gebildet.

Bei diesem Beispiel wird die Stromsperrschicht 98 auf dem Randteil der Halbleiter-Mehrschichtstruktur 912 gebildet, die den Mittenteil hiervon umgibt, und die Stromdiffusi onsschicht 96 ist über der Stromsperrschicht 98 gebildet. Bei dieser Anordnung wird ein von der p-Seitenelektrode 911 fließender Strom in den Mittenteil der Stromdiffusi onsschicht 96 konzentriert. Dies steigert weiter die Lichtausgabewirksamkeit über dem Mittenteil der Stromdif fusionsschicht 96, auf dem die p-Seitenelektrode 911 nicht gebildet ist. Da darüber hinaus die Stromsperr schicht 98 aus n-Typ-Ga_1-aIn_aP (0 < a < 1) hergestellt ist, dient sie zum Verringern der Gitterverzerrung und zum Steigern der Emissionswirksamkeit sowie der Zuverläs sigkeit des Elementes, ähnlich wie die Stromdiffusions schicht 96. Wenn tatsächlich das Halbleiter-Lichtemis sionselement eine grüne LED mit einer Wellenlänge von 550 nm ist, wird die Emissionswirksamkeit um etwa 35% gesteigert, und die Zuverlässigkeit ist erhöht, da die Zeit, die erforderlich ist, bis sich die Leuchtstärke auf eine Hälfte bei einer Ansteuerung mit 20 mA bei 60°C ver ringert, auf etwa das 2-7-fache gesteigert ist.

In diesem Beispiel wird die Stromsperrschicht auf dem den Mittenteil umgebenden Randteil der Halblei ter-Mehrschichtstruktur gebildet, um einen Strom daran zu hindern, zu dem Randteil des Lichtemissionsteiles zu fließen.

In diesem Beispiel ist die Stromsperrschicht mit dem gleichen Leit fähigkeitstyp wie demjenigen des Substrates leitend. Al ternativ kann die Stromsperrschicht aus einem isolieren den Material hergestellt sein. Dies gilt auch für das weiter unten zu beschreibende Beispiel 7.

Beispiel 6

Im Beispiel 6 wird ein AlGaInP-Halbleiter-Lichtemissions element beschrieben, bei dem eine Stromsperrschicht aus einem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter, wie bei spielsweise (Al_cGa_1-c)_dIn_1-dP-(0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) auf dem Mittenteil der Halbleiter-Mehrschichtstruktur gebil det ist, und die Ga_1-xIn_xP-(0,2 ≦ x ≦ 0,4)Stromdiffusions schicht ist über der Stromsperrschicht gebildet. Fig. 8C ist eine Schnittdarstellung des Halbleiter-Lichtemis sionselementes von Beispiel 6.

Das Halbleiter-Lichtemissionselement dieses Beispiels ist eine LED, die eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 102 (bei spielsweise Si-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 0,5 µm) aufweist, die auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 101 angeordnet ist. Auf der Pufferschicht 102 ist eine Halb leiter-Mehrschichtstruktur 1012 aus einer n-Typ- (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Überzugschicht 103 (beispielsweise y = 1,0, z = 0,5, Si-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 1,0 µm), einer (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Aktivschicht 104 (beispielsweise y = 0,45, z = 0,5, Dicke: etwa 0,5 µm) und einer p-Typ- (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Überzugschicht 105 (beispielsweise y = 1,0, z = 0,5, Zn-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 1,0 µm) gebildet.

Eine p-Typ-Ga_1-rIn_rP-(0 < r < 1)Schutzschicht 109 (bei spielsweise r = 0,2, Zn-Konzentration: 5 × 10¹⁸ cm^-3, Dic ke: etwa 0,5 µm) ist auf der Halbleiter-Mehrschichtstruk tur 1012 gebildet. Eine n-Typ-(Al_cGa_1-c)_dIn_1-dP-(0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1)Stromsperrschicht 108 (beispielsweise c = 0,2, d = 0,5, Si-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 0,5 µm) ist auf der Schutzschicht 109 gebildet. Eine p- Typ-Ga_1-xIn_xP-(0,2 ≦ x ≦ 0,4)Stromdiffusionsschicht 106 (bei spielsweise x = 0,2, Zn-Konzentration: 5 × 10¹⁸ cm^-3, Dic ke: etwa 5,0 µm) ist über der Halbleiter-Mehrschicht struktur 1012 gebildet, die die Stromsperrschicht 108 überdeckt. Eine p-Seitenelektrode 1011 ist auf dem Mit tenteil der p-Typ-Stromdiffusionsschicht 106 gebildet, die der Stromsperrschicht 108 auf der Stromdiffusions schicht 106 gegenüberliegt, und eine n-Seitenelektrode 1010 ist auf der gesamten Rückfläche des n-Typ-Substrates 101 gebildet.

Das Halbleiter-Lichtemissionselement dieses Beispiels wird beispielsweise in der folgenden Weise hergestellt:
Zunächst werden, wie in Fig. 8A gezeigt ist, die n-Typ- GaAs-Pufferschicht 102, die n-Typ-(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-Über zugschicht 103, die (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-Aktivschicht 104, die p-Typ-(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-Überzugschicht 105, die p-Typ- Ga_1-rIn_rP-Schutzschicht 109 und eine Schicht 108a zum Bil den der Stromsperrschicht, die aus n-Typ-(Al_cGa_1-c)_dIn_1-dP hergestellt ist, sequentiell auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 101 erzeugt.

Dann wird, wie in Fig. 8B gezeigt ist, die Schicht 108a zum Bilden der Stromsperrschicht geätzt, um lediglich den Teil zurückzulassen, der auf dem Mittenteil der Schutz schicht 109 gelegen ist, damit so die Stromsperrschicht 108 gebildet wird. Bei diesem Ätzen wird ein Ätzmittel mit einer von Al abhängigen Ätzgeschwindigkeit, wie bei spielsweise ein Phosphorsäure-(H₃PO₄-)Ätzmittel verwen det. Durch Verwenden eines derartigen Ätzmittels können die Schicht 108a zum Bilden der Stromsperrschicht, die aus einem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter herge stellt ist, und die Schutzschicht 109, die aus einem Ma terial hergestellt ist, das kein Al enthält, selektiv ge ätzt werden, um das Ätzen zu stoppen, wenn es die Schutz schicht 109 erreicht.

Danach wird, wie in Fig. 8C gezeigt ist, die p-Typ- Ga_1-xIn_xP-Stromdiffusionsschicht 106 auf der sich ergeben den Struktur aufgewachsen, und die n-Seitenelektrode 1010 sowie die p-Seitenelektrode 1011 werden gebildet, um so das Halbleiter-Lichtemissionselement zu vervollständigen.

Somit ist in dem Halbleiter-Lichtemissionselement dieses Beispiels die Stromsperrschicht 108 aus Al enthaltendem (Al_cGa_1-c)_dIn_1-dP (c = 0,2, d = 0,5) hergestellt. Ein se lektives Ätzen ist daher zwischen der Stromsperrschicht 108 und der Ga_1-rIn_rP-(r = 0,2)Schutzschicht 109 möglich. Dies steigert merklich die Ausbeute bei dem Fertigungs prozeß und verringert die Herstellungskosten.

Beispiel 7

Im Beispiel 7 wird ein AlGaInP-Halbleiter-Lichtemissions element beschrieben, bei dem eine Stromsperrschicht aus einem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter, wie bei spielsweise Al_bGa_1-bAs (0 ≦ b ≦ 1) auf dem Randteil der Halbleiter-Mehrschichtstruktur gebildet ist, die den Mit tenteil hiervon umgibt, und die Ga_1-xIn_xP-(0,2 ≦ x ≦ 0,4) Stromdiffusionsschicht wird über der Stromsperrschicht gebildet. Fig. 9 ist eine Schnittdarstellung des Halb leiter-Lichtemissionselementes von Beispiel 7.

Das Halbleiter-Lichtemissionselement dieses Beispiels ist eine LED, die eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 112 (bei spielsweise Si-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3 Dicke: etwa 0,5 µm) umfaßt, die auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 111 ge bildet ist. Auf der Pufferschicht 112 wird eine Halblei ter-Mehrschichtstruktur 1112 aus einer n-Typ- (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Überzugschicht 113 (beispielsweise y = 1,0, z = 0,5, Si-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 1,0 µm), einer (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Aktivschicht 114 (beispielsweise y = 0,4, z = 0,5, Dicke: etwa 0,5 µm) und einer p-Typ- (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-(0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1)Überzugschicht 115 (beispielsweise y = 1,0, z = 0,5, Zn-Konzentration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 1,0 µm) gebildet.

Eine p-Typ-Ga_1-rIn_rP-(0 < r < 1)Schutzschicht 119 (bei spielsweise r = 0,2, Zn-Konzentration: 5 × 10¹⁸ cm^-3, Dic ke: etwa 0,5 µm) wird auf der Halbleiter-Mehrschicht struktur 1222 gebildet. Eine n-Typ-Al_bGa_1-bAs-(0 ≦ b ≦ 1) Stromsperrschicht 118 (beispielsweise b = 0,2, Si-Konzen tration: 5 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke: etwa 0,5 µm) wird auf dem den Mittenteil umgebenden Randteil der Schutz schicht 119 gebildet. Eine p-Typ-Ga_1-xIn_xP-(0,2 ≦ x ≦ 0,4) Stromdiffusionsschicht 116 (beispielsweise x = 0,2, Zn- Konzentration: 5 × 10¹⁸ cm^-3, Dicke: etwa 5,0 µm) wird über der die Stromsperrschicht 118 bedeckenden Halblei ter-Mehrschichtstruktur 1112 gebildet. Eine p-Seiten elektrode 1111 wird auf dem Randteil der p-Typ-Stromdif fusionsschicht 116 gebildet, der den Mittenteil hiervon umgibt, gegenüber zu der Stromsperrschicht 118 auf der Stromdiffusionsschicht 116, und eine n-Seitenelektrode 1110 wird auf der gesamten Rückfläche des n-Typ-Substra tes 111 gebildet.

Das Halbleiter-Lichtemissionselement dieses Beispiels wird beispielsweise in der folgenden Weise hergestellt. Zunächst werden, wie in Fig. 9A gezeigt ist, die n-Typ- GaAs-Pufferschicht 112, die n-Typ-(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-Über zugschicht 113, die (Al_yG_1-y)_zIn_1-zP-Aktivschicht 114, die p-Typ-(Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP-Überzugschicht 115, die p-Typ- Ga_1-rIn_rP-Schutzschicht 119 und eine Schicht 118a zum Bil den der Stromsperrschicht, hergestellt aus n-Typ- Al_bGa_1-bAs, sequentiell auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 111 erzeugt.

Dann wird, wie in Fig. 9B gezeigt ist, die Schicht 118a zum Bilden der Stromsperrschicht geätzt, um lediglich den auf dem Randteil der Schutzschicht 119, der den Mitten teil hiervon umgibt, gelegenen Teil zurückzulassen, damit die Stromsperrschicht 118 gebildet wird. Bei diesem Ätzen wird ein Ätzmittel mit einer von Al abhängigen Ätzge schwindigkeit, wie beispielsweise ein Phosphorsäure (H₃PO₄)-Ätzmittel verwendet. Unter Verwendung eines der artigen Ätzmittels können die Schicht 118a zum Erzeugen der Stromsperrschicht, die aus einem Al enthaltenden Ver bindungshalbleiter hergestellt ist, und die Schutzschicht 119, die aus einem Material hergestellt ist, das kein Al enthält, selektiv geätzt werden, um das Ätzen zu stoppen, wenn es die Schutzschicht 119 erreicht.

Danach wird, wie in Fig. 9C gezeigt ist, die p-Typ- Ga_1-xIn_xP-Stromdiffusionsschicht 116 auf der sich ergeben den Struktur aufgewachsen, und die n-Seitenelektrode 1110 sowie die p-Seitenelektrode 1111 werden gebildet, um das Halbleiter-Lichtemissionselement zu vervollständigen.

In dem Halbleiter-Lichtemissionselement dieses Beispiels ist die Stromsperrschicht 118 aus einem Al enthaltenden Al_bGa_1-bAs (b = 0,2) hergestellt. Ein selektives Ätzen ist daher möglich zwischen der Al enthaltenden Stromsperr schicht 118 und der Ga_1-rIn_rP-(r = 0,2)Schutzschicht 119, die kein Al enthält. Dies steigert merklich die Ausbeute in dem Fertigungsprozeß und reduziert die Herstellungsko sten.

Wie oben beschrieben ist, kann erfindungsgemäß die Git terverzerrung in der Stromdiffusionsschicht vermindert werden. Dies reduziert nicht nur die Erzeugung von Kri stalldefekten in der Stromdiffusionsschicht selbst, son dern verhindert auch die Erzeugung von Kristalldefekten in dem Lichtemissionsteil der Aktivschicht und derglei chen. Als ein Ergebnis sind die Emissionswirksamkeit und die Zuverlässigkeit merklich gesteigert.

Claims

1. Halbleiter-Lichtemissionselement, umfassend:
ein Substrat (1, 21),
eine Halbleiter-Mehrschichtstruktur (12, 212) mit wenigstens einer er sten Überzugschicht (3, 23) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer Aktivschicht (4, 24) und einer zweiten Überzugschicht (5, 25) eines zweiten Leitfähigkeit styps, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat (1, 21) gebildet sind, und
eine Stromdiffusionsschicht (6, 26), die auf der Halbleiter-Mehrschicht struktur (12, 212) vorgesehen ist, wobei
die Stromdiffusionsschicht (6, 26) aus einem Ga_1-xIn_xP (0 < x < 1) Mate rial des zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, und der In-Molenbruch x der Stromdiffusionsschicht (6, 26) und die Zusammensetzung der Aktivschicht (4, 24) derart gewählt sind, dass der Bandabstand der Stromdiffusionsschicht (6, 26) größer als der Bandabstand der Aktivschicht (4, 24) ist, so dass durch die Aktivschicht (4, 24) emittiertes Licht durch die Stromdiffusionsschicht (6, 26) verläuft, ohne absorbiert zu werden, und die Gitterverzerrung reduziert sowie die Kristallinität der Stromdiffusionsschicht erhöht ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der In-Molenbruch x der Stromdiffusionsschicht zwischen 0,2 und 0,4 liegt.

2. Halbleiter-Lichtemissionselement nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass sich der In-Molenbruch x der Stromdiffusionsschicht (26) in ei ner Dickenrichtung von dieser verändert.

3. Halbleiter-Lichtemissionselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Aktivschicht (4, 24) aus (Al_yGa_1-y)_zIn_1-zP (0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1), (Al_pGa_1-p)As (0 ≦ p ≦ 1) oder In_qGa_1-qAs (0 ≦ q ≦ 1) her gestellt ist.

4. Halbleiter-Lichtemissionselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, dass ein Paar von Elektroden vorgesehen ist, wobei das Substrat (1), die Halbleiter-Mehrschichtstruktur (12) und die Stromdiffusi onsschicht (6) dazwischen gelegen sind, und dass eine Stromsperrschicht so angeordnet ist, dass sie einer der Elektroden gegenüber liegt, die auf der Seite der Stromdiffusionsschicht gelegen ist, wobei die Stromdiffusionsschicht zwi schen der einen Elektrode und der Stromsperrschicht angeordnet ist.

5. Halbleiter-Lichtemissionselement nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Elektrode auf der Seite der Stromdiffusionsschicht (6) auf einem Mittenteil der Stromdiffusionsschicht (6) gebildet ist, um Licht über ei nen Randteil der Stromdiffusionsschicht (6) auszugeben.

6. Halbleiter-Lichtemissionselement nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Elektrode auf der Seite der Stromdiffusionsschicht (6) auf einem einen Mittenteil hiervon umgebenden Randteil der Stromdiffusions schicht (6) gebildet ist, um Licht über den Mittenteil der Stromdiffusions schicht auszugeben.

7. Halbleiter-Lichtemissionselement nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Stromsperrschicht aus einem Ga_1-aIn_aP (0 < a < 1) enthal tenden Material hergestellt ist.

8. Halbleiter-Lichtemissionselement nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Stromsperrschicht aus einem Al enthaltenden Verbindungs halbleiter hergestellt ist.

9. Halbleiter-Lichtemissionselement nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die Stromsperrschicht aus Al_bGa_1-bAs (0 < b ≦ 1) oder (Al_cGa_1-c)_dIn_1-dP (0 < c ≦ 1, 0 < d ≦ 1) hergestellt ist.

10. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Lichtemissionselementes um fassend: ein Substrat (101), eine Halbleiter-Mehrschichtstruktur (1012) mit we nigstens einer ersten Überzugschicht (103) eines ersten Leitfähigkeitstyps, ei ner Aktivschicht (104) und einer zweiten Überzugschicht (105) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die in dieser Reihenfolge auf dem Substrat (101) gebildet sind, eine Stromsperrschicht (108) eines ersten Leitfähigkeitstyps, die auf ei nem Teil der Halbleiter-Mehrschichtstruktur (1012) gebildet ist, eine Stromdif fusionsschicht (106), die aus einem Ga_1-xIn_xP (0 < x < 1) Material eines zwei ten Leitfähigkeitstyps hergestellt ist, das auf der Halbleiter-Mehrschichtstruk tur (1012) gebildet ist und die Stromsperrschicht (108) bedeckt, und ein Paar von Elektroden (1010, 1011), von denen eine Elektrode (1011) auf der Stromdif fusionsschicht (106) gebildet ist, um der Stromsperrschicht (108) über die Stromdiffusionsschicht (106) gegenüberzuliegen und von denen die andere Elektrode (1010) auf einer Oberfläche des Substrates (101) gebildet ist, wobei der zwischen 0,2 und 0,4 liegende In-Molenbruch x der Stromdiffusions schicht (106) und die Zusammensetzung der Aktivschicht (4, 24) derart gewählt sind, dass der Bandabstand der Stromdiffusionsschicht (6, 26) größer als der Bandabstand der Aktivschicht (4, 24) ist, so dass durch die Aktivschicht (4, 24) emittiertes Licht durch die Stromdiffusionsschicht (106) verläuft, ohne absor biert zu werden, und die Gitterverzerrung reduziert sowie die Kristallinität der Stromdiffusionsschicht erhöht ist und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Erzeugen der Halbleiter-Mehrschichtstruktur (1012) auf dem Substrat (101) und Bilden einer Schutzschicht (109) aus einem Material, das kein Al enthält, und einer Schicht zum Erzeugen der Stromsperrschicht (108) aus ei nem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter auf der Halbleiter-Mehrschicht struktur (1012), und
Bilden der Stromsperrschicht (108) auf einem Teil der Halbleiter-Mehr schichtstruktur (1012) durch selektives Ätzen der Schicht zum Erzeugen der Stromsperrschicht (108).

11. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Lichtemissionselementes nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ätzens der Schicht zum Bilden der Stromsperrschicht (108) so durchgeführt wird, dass die Stromsperrschicht (108) auf einem Mittenteil der Halbleiter-Mehrschichtstruk tur (1012) gebildet wird.

12. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Lichtemissionselementes nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ätzens der Schicht zum Bilden der Stromsperrschicht (108) so durchgeführt wird, dass die Stromsperrschicht (108) auf einem einen Mittenteil umgebenden Randteil der Halbleiter-Mehrschichtstruktur (1012) gebildet wird.

13. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Lichtemissionselementes nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Al_bGa_1-bAs (0 < b ≦ 1)-Schicht oder (Al_cGa_1-c)_dIn_1-dP (0 < c ≦ 1, 0 < d ≦ 1)- Schicht als die Stromsperrschicht verwendet wird.