DE19830838A1 - Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung - Google Patents
Halbleiter-LichtemissionseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Lichtemissionseinrich
tung, bei der eine auf Galliumnitrid basierende zusammenge
setzte Halbleiterschicht auf ein Substrat laminiert ist. Ins
besondere bezieht sich die Erfindung auf eine Halbleiter-
Lichtemissionseinrichtung, die in der Lage ist, einen guten
ohmschen Kontakt zwischen einer n-seitigen Elektrode und ei
ner n-Schicht zu gewährleisten, um eine Vorwärts-Durchlaß
spannung zu verringern.
Beispielsweise sind bei einer blaues Licht abstrahlenden
Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß einem vereinfach
ten Diagramm eines Beispiels deren Licht emittierenden Halb
leiterplättchens bzw. -Chips (nachstehend in Kurzfarm als
"LED-Chip" bezeichnet) nach Fig. 4 auf einem aus Saphir her
gestellten isolierenden Substrat 21 schichtweise angeordnet
bzw. laminiert: eine n-Schicht (Hüllschicht) 23, die durch
epitaxiales Aufwachsen beispielsweise eine n-GaN-Schicht er
halten wird; eine aktive Schicht 24, die aus Material mit ei
ner kleineren Bandlückenenergie als der der Hüllschicht her
gestellt ist, beispielsweise ein InGaN-basierter zusammenge
setzter Halbleiter bzw. Verbundhalbleiter (wobei InGaN-ba
siert bedeutet, daß sich das Verhältnis von In zu Ga ver
schiedenartig ändern kann; dies soll im folgenden gelten);
und eine p-Schicht (Hüllschicht) 25, die aus einem p-GaN her
gestellt ist. Ferner ist auf der Oberfläche dieser Anordnung
eine p-seitige Elektrode 28 derart angeordnet, daß diese über
eine (nicht gezeigte) diffundierte Schicht aus Metall elek
trisch mit der p-Schicht 25 verbunden ist. Eine n-seitige
Elektrode 29 ist derart angeordnet, daß sie elektrisch mit
der n-Schicht 23, die durch Ätzen eines Teils der zusammenge
setzten Halbleiterschichten freigelegt wurde, verbunden ist.
Hierdurch wird ein LED-Chip erzeugt.
Bei dieser Art einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung
werden die Träger- oder Ladungsträgerkonzentrationen derart
festgelegt, daß sie im Hinblick auf den Ladungsträger-Ein
schlußeffekt auf der aktiven Schicht 24 für die n-Schicht 23
und die p-Schicht 25, die die aktive Schicht 24 einschließen,
optimiert werden. Beispielsweise wird die n-Schicht 23 mit
einer konstanten Ladungsträgerkonzentration in der Größenord
nung von 1018 cm-3 ausgebildet.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei einer herkömmlichen
Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, die einen auf Gallium
nitrid basierenden zusammengesetzten Halbleiter verwendet,
die Ladungsträgerkonzentration der n-Schicht auf ein für
Emissionseigenschaften optimales Niveau festgelegt, und wird
die n-Schicht mit einer von oben nach unten gleichmäßigen La
dungsträgerkonzentration erzeugt. Dann wird eine n-seitige
Elektrode bereitgestellt derart, daß diese in Kontakt mit ei
nem Teil der durch Ätzen freigelegten n-Schicht steht. Je
größer jedoch die Ladungsträgerkonzentration der n-Schicht,
auf der die n-seitige Elektrode bereitgestellt ist, ist, de
sto stärker ist ein Erzielen eines ohmschen Kontakts mit der
Elektrode zu bevorzugen. Zu bevorzugen ist hierbei eine Grö
ßenordnung von 1 × 1919 cm-3 oder höher. Daher kann, falls die
Elektrode auf der Halbleiterschicht mit einer aufgrund der
Emissionseigenschaften wie vorstehend begrenzten Ladungsträ
gerkonzentration erzeugt wird, ein ausreichender ohmscher
Kontakt nicht erhalten werden, welches in einem zu einem An
stieg der Vorwärtsspannung, d. h. der Durchlaßspannung bzw.
der Spannung in Flußrichtung, beitragenden Faktor resultiert.
Bei einer herkömmlichen Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung,
die aus einem beispielsweise auf AlGaInP basierenden zusam
mengesetzten Halbleiter oder dergleichen hergestellt ist,
wird ein Halbleiterschichtabschnitt derart bereitgestellt,
daß eine emittierende Schicht auf einem Halbleitersubstrat
angeordnet ist. Demgemäß ist eine n-Schicht mit dem Halblei
tersubstrat mit einer hohen Ladungsträgerkonzentration ver
bunden, um eine Elektrode auf dem Halbleitersubstrat bereit
zustellen. Daher wird auch dann, wenn die n-Schicht in Über
einstimmung mit der für die Emissionseigenschaften optimalen
Ladungsträgerkonzentration ausgebildet ist, kein Problem auf
treten. Der auf Galliumnitrid basierende zusammengesetzte
Halbleiter ist jedoch auf einem Substrat aus Saphir geschich
tet, so daß daher die Elektrode direkt auf der n-Schicht an
geordnet ist. Dies führt zu einem Problem dahingehend, daß
kein ausreichender ohmscher Kontakt erzielt werden kann. Ein
weiterer Nachteil besteht darin, daß für eine Elektrode nur
begrenzt Werkstoffe zur Verfügung stehen, und auch in dem Zu
stand, in dem es schwierig ist, einen guten ohmschen Kontakt
zu erhalten, nur ein begrenzter Auswahlbereich aus denselben
abgedeckt wird, um einen guten ohmschen Kontakt zu gewährlei
sten. Die Erfindung zielt darauf ab, derartige Nachteile zu
überwinden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Halblei
ter-Lichtemissionseinrichtung der eingangs genannten Art be
reitzustellen, bei der der ohmsche Kontakt zwischen einer n-Schicht
und einer n-seitigen Elektrode verbessert ist, um die
Vorwärtsspannung zu verringern, während die optimale Ladungs
trägerkonzentration für die Emissionseigenschaften in dem Be
reich, der mit einer emittierenden Schicht in Kontakt steht,
auch bei einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, bei der
ein auf Galliumnitrid basierender zusammengesetzter Halblei
ter auf ein isolierendes Substrat laminiert ist, aufrechter
halten wird und dadurch der Wirkungsgrad verbessert und der
Bereich, aus dem Werkstoffe für eine Elektrode auswählbar
sind, erweitert werden.
Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkma
len des Patentanspruchs 1 gelöst.
In Übereinstimmung mit der Erfindung ist somit eine Halblei
ter-Lichtemissionseinrichtung gekennzeichnet durch: ein
Substrat; einen Halbleiterschichtabschnitt, bei dem auf Gal
liumnitrid basierende zusammengesetzte Halbleiterschichten,
die eine n-Schicht und eine p-Schicht umfassen, zum Bilden
einer emittierenden Schicht auf dem Substrat aufgeschichtet
sind; und eine n-seitige Elektrode und eine p-seitige Elek
trode, die derart vorgesehen sind, daß sie elektrisch mit der
n-Schicht bzw. der p-Schicht des Halbleiterschichtabschnitts
verbunden sind; wobei die n-Schicht derart ausgebildet ist,
daß die Ladungsträgerkonzentration des mit der n-seitigen
Elektrode versehenen Abschnitts höher ist als die Ladungsträ
gerkonzentration des Abschnitts, der in Kontakt mit der emit
tierenden Schicht steht.
Mit dieser Struktur kann ein guter ohmscher Kontakt zwischen
der n-Schicht und der n-seitigen Elektrode gewährleistet wer
den, ohne die Emissionscharakteristiken nachteilig zu beein
flussen, und um die Vorwärtsspannung zu verringern.
Der hierin beschriebene, auf Galliumnitrid basierende zusam
mengesetzte Halbleiter repräsentiert einen Halbleiter, der
aus einem Verbund des Gruppe III-Elements Ga und des Gruppe
V-Elements N hergestellt wird, oder einem solchen, der durch
Substituieren eines Teils des Gruppe III-Elements Ga durch
andere Gruppe III-Elemente wie beispielsweise Al und In er
halten wird, und/oder einem solchen, der durch Substituieren
eines Teils des Gruppe V-Elements N durch andere Gruppe V-Elemente
wie beispielsweise P und As erhalten wird. Ferner
bezeichnet die emittierende Schicht eine aktive Schicht mit
einer Doppel-Hetero-Struktur, bei der die aktive Schicht zwi
schen einer n-Schicht und einer p-Schicht eingeschlossen bzw.
geschichtet angeordnet ist, während sie einen emittierenden
Bereich in der Nähe eines pn-Übergangs in einer pn-Übergangs
struktur bezeichnet.
Die n-seitige Elektrode ist auf der n-Schicht des Bereichs
mit einer hohen Ladungsträgerkonzentration, der durch Ätzen
eines Teils der laminierten Halbleiterschichten über der
mittierenden Schicht freigelegt wird, angeordnet. Alternativ
ist die n-seitige Elektrode auf der n-Schicht eines Bereichs
mit hoher Ladungsträgerkonzentration, der durch Ätzen wenig
stens eines Teils des Substrats, auf dem der Halbleiter
schichtabschnitt ausgebildet ist, freigelegt wird, angeord
net. Wenn das Substrat entfernt wird, wird in dem Fall, in
dem eine Pufferschicht mit einer kleinen Ladungsträgerkonzen
tration auf dem Substrat vorhanden ist, auch die Puffer
schicht durch Ätzen entfernt.
Die n-Schicht ist derart ausgebildet, daß die Ladungsträger
konzentration der Emissionsschichtseite der n-Schicht in bei
spielsweise dem Bereich zwischen 1 × 1018 und 9 × 1018 cm-3 und
bevorzugt in dem Bereich zwischen 1 × 1018 und 3 × 1018 cm-3
liegt, während die Ladungsträgerkonzentration der n-Schicht,
die mit der n-seitigen Elektrode zu versehen ist, beispiels
weise in dem Bereich zwischen 1 × 1019 und 5 × 1019 cm-3 liegt.
Es kann auch eine Struktur eingesetzt werden, bei der ein
Substrat aus Metall derart vorgesehen ist, daß es elektrisch
mit der Seite der p-Schicht des Halbleiterschichtabschnitts
verbunden ist, um die p-seitige Elektrode zu bilden, während
die gesamte Fläche der n-Schicht mit der höheren Ladungsträ
gerkonzentration freiliegt und auf dieser die n-seitige Elek
trode angeordnet ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausfüh
rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt, der einen LED-Chip gemäß einem Aus
führungsbeispiel einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung
veranschaulicht;
Fig. 2 einen Querschnitt, der einen LED-Chip eines modifi
zierten Ausführungsbeispiels der Halbleiter-Lichtemissions
einrichtung gemäß Fig. 1 veranschaulicht;
Fig. 3 einen Querschnitt, der einen LED-Chip eines weiteren
modifizierten Ausführungsbeispiels der Halbleiter-Lichtemis
sionseinrichtung gemäß Fig. 1 veranschaulicht; und
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, die einen LED-Chip einer
herkömmlichen Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung veran
schaulicht.
Bei einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel, wie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt,
ist ein laminierter Halbleiterabschnitt bzw. ein Halbleiter
schichtabschnitt 10 zum Erzeugen einer emittierenden Schicht
auf der Oberfläche eines aus Saphir (Al2O3-Einkristall) oder
dergleichen hergestellten isolierenden Substrats 1 ausgebil
det. Mit einer p-Schicht 5 auf der Oberflächenseite ist eine
p-seitige Elektrode 8 über eine (nicht gezeigte) diffundierte
Schicht aus Metall elektrisch verbunden. Eine n-seitige Elek
trode 9 ist derart ausgebildet, daß sie elektrisch mit einer
n-Schicht 3 verbunden ist, die durch Entfernen eines Teils
des Halbleiterschichtabschnitts 10 freigelegt wurde. Die
Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung ist derart angeordnet,
daß, wie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt, die n-Schicht 3
aus einer ersten Schicht 3a des Typs n mit einer Ladungsträ
gerkonzentration, die für die Emissionseigenschaften geeignet
ist und in Kontakt mit einer aktiven Schicht 4 steht; einer
zweiten Schicht 3b des Typs n⁺ mit einer hohen Ladungsträger
konzentration, die zur Herstellung eines ohmschen Kontakts
geeignet ist; und einer dritten Schicht 3c des Typs n mit ge
gebenen Ladungsträgerkonzentrationen hergestellt ist, und daß
die n-seitige Elektrode 9 auf der zweiten Schicht 3b des Typs
n⁺ mit einer höheren Ladungsträgerkonzentration als derjeni
gen der ersten Schicht 3a des Typs n, die in Kontakt mit der
aktiven Schicht 4 (der emittierenden Schicht) steht, vorgese
hen ist.
Die Regulierung der Mengen von Dotierstoffen, die bei dem
epitaxialen Wachstum der n-Schicht 3 zuzuführen sind, führt
zu der Bildung der n-Schicht 3. Wenn beispielsweise die Lami
nierung bzw. der Schichtaufbau der Halbleiterschichten mit
tels einem MOCVD-Verfahren erfolgt, kann eine Erhöhung der
Flußrate eines dotierenden Gases, das mit einem Prozeßgas zum
Erzielen einer gewünschten Halbleiterschicht zuzuleiten ist,
wie beispielsweise SiH4, die Ladungsträgerkonzentration erhö
hen, während eine Verringerung der Flußrate von SiH4 die La
dungsträgerkonzentration senken kann. Daher können die ge
wünschten Halbleiterschichten auf die nachstehende Art und
Weise erhalten werden. Auf eine Pufferschicht 2 wird die
dritte Schicht 3c des Typs n epitaxial mit einer Dicke in der
Größenordnung von 1 bis 2 µm so aufgewachsen, daß die La
dungsträgerkonzentration beispielsweise eine Größenordnung
von 1 × 1017 cm-3 erreicht. Nachfolgend wird, um das Wachstum
weiter fortzusetzen, die Flußrate des Dotiergases SiH4 so er
höht, daß die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ mit einer La
dungsträgerkonzentration in der Größenordnung von 1 × 1019
bis 5 × 1019 cm-3 mit einer Dicke in der Größenordnung von 2
bis 3 µm aufgewachsen wird. Sodann wird, um das Wachstum
fortzusetzen, die Flußrate des Dotiergases SiH4 so verrin
gert, daß die erste Schicht 3a des Typs n mit einer Ladungs
trägerkonzentration in der Größenordnung von 1 × 1018 bis 9 ×
1018 cm-3, bevorzugt von 1 × 1018 bis 3 × 1018 cm-3, mit einer
Dicke in der Größenordnung von 1 bis 2 µm aufgewachsen wird.
Es ist ausreichend, daß die Dicke der ersten Schicht 3a des
Typs n in einem solchen Umfang bereitgestellt wird, daß eine
Ladungsträger-Einschlußfunktion entsteht, so daß eine Dicke
in der Größenordnung von wenigstens 0,5 µm ausreichend sein
wird. Die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ muß mit einer Elek
trode auf der durch Ätzen freigelegten Oberfläche versehen
werden, um einen ohmschen Kontakt zu erhalten, so daß diese
daher bevorzugt mit einer Dicke in der Größenordnung von 2 µm
oder mehr bereitgestellt wird. Die dritte Schicht 3c des Typs
n kann entweder eine hohe oder eine niedrige Ladungsträger
konzentration aufweisen; selbst eine Nichtdatierung ist zu
lässig. Demgemäß ist es auch dann, wenn die dritte Schicht 3c
des Typs n fehlt und nur die erste Schicht 3a des Typs n und
die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ vorhanden sind, ausrei
chend, wenn eine Struktur bereitgestellt wird, bei der die
erste Schicht 3a des Typs n in Kontakt mit der aktiven
Schicht 4 steht und die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ mit der
n-seitigen Elektrode 9 versehen ist.
Der Halbleiterschichtabschnitt 10 ist derart aufgebaut, daß
die Niedrigtemperatur-Pufferschicht 2, die n-Schicht 3, die
aktive Schicht 4 und die p-Schicht 5 (Hüllschicht) aufeinan
derfolgend auf ein Substrat 1 laminiert bzw. geschichtet
sind. Die Niedrigtemperatur-Pufferschicht 2 ist aus bei
spielsweise GaN hergestellt und weist eine Dicke in der Grö
ßenordnung von 0,01 bis 0,2 µm auf. Die n-Schicht 3, die eine
Hüllschicht bildet, ist aus einem auf n-GaN und/oder AlGaN
basierenden zusammengesetzten Halbleiter hergestellt (wobei
sich das Verhältnis von Al zu Ga verschiedenartig ändern
kann; dies soll im folgenden gelten), und weist die vorste
hend erwähnte Struktur auf, in der wenigstens die erste
Schicht 3a des Typs n und die zweite Schicht 3b des Typs n⁺
enthalten sind. Die aktive Schicht 4 ist aus einem Material
mit einer kleineren Bandlückenenergie als die der Hüll
schicht, beispielsweise einem auf InGaN basierenden zusammen
gesetzten Halbleiter, hergestellt und weist eine Dicke in der
Größenordnung von 0,05 bis 0,3 µm auf. Die p-Schicht (Hüll
schicht) 5 ist aus einer auf p-AlGaN basierenden zusammenge
setzten Halbleiterschicht und/oder einer GaN-Schicht herge
stellt und weist eine Dicke in der Größenordnung von 0,2 bis
1 µm auf. Es wird angemerkt, daß es einige Fälle gibt, in
welchen der auf AlGaN basierende zusammengesetzte Halbleiter
auf der Seite der aktiven Schicht 4 der n- und p-Hüllschich
ten angeordnet ist, um den Ladungsträger-Einschlußeffekt zu
steigern. Es ist daher ebenfalls möglich, daß die erste
Schicht 3a des Typs n aus einer auf AlGaN basierenden zusam
mengesetzten Halbleiterschicht hergestellt ist, während die
zweite Schicht 3b des Typs n⁺ aus einer GaN-Schicht herge
stellt ist.
Die p-seitige Elektrode 8, die aus beispielsweise einer lami
nierten Struktur aus Ti und Au hergestellt ist, ist derart
bereitgestellt, daß sie über eine (nicht gezeigte) diffun
dierte Schicht aus Metall elektrisch mit der p-Schicht 5 des
Halbleiterschichtabschnitts 10 verbunden ist, während die n-seitige
Elektrode 9, die aus beispielsweise einer Schicht aus
einer Ti-Al-Legierung hergestellt ist, auf der zweiten
Schicht 3b des Typs n⁺, die durch Entfernen eines Teils des
Halbleiterschichtabschnitts 10 mittels eines Ätzvorgangs, der
in einen Chip eines Wafers hinein erfolgt, freigelegt wurde,
bereitgestellt ist, woraus die Erzeugung eines LED-Chips ge
mäß dem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel resultiert.
Diese Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung wird auf die fol
genden Art und Weise hergestellt. Beispielsweise mittels ei
nem ein Verfahren zur chemischen metall-organischen Abschei
dung aus der Dampfphase (metal-organic chemical vapor deposi
tion method, MOCVD) werden Prozeßgase wie beispielsweise Tri
methylgallium (TMG) und Ammoniak (nachstehend als NH3 be
zeichnet) und SiH4 oder dergleichen als n-datierendes Gas zu
sammen mit einem H2-Trägergas zugeführt. Zunächst wird auf
ein aus beispielsweise Saphir bestehendes Substrat 1 die aus
einer GaN-Schicht hergestellte Niedrigtemperatur-Puffer
schicht 2 mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,01 bis
0,2 µm bei niedrigen Temperaturen von etwa 400 bis 600°C auf
gewachsen. Sodann wird die Flußrate des Dotiergases SiH4 auf
die Größenordnung von 0 bis 1 × 10-4 Volumenprozent bezogen
auf die Gesamtmenge der Gase festgelegt und die dritte
Schicht 3c des Typs n mit derselben Zusammensetzung und einer
Ladungsträgerkonzentration in der Größenordnung von 1 × 1017
cm-3 mit einer Dicke in der Größenordnung von 2 µm aufgewach
sen. Sodann wird die Flußrate von SiH4 auf die Größenordnung
von 1 × 10-2 Volumenprozent festgelegt und die zweite Schicht
3b des Typs n⁺ mit einer Ladungsträgerkonzentration in der
Größenordnung von 1 × 1019 cm-3 und einer Dicke in der Größen
ordnung von 3 µm aufgewachsen. Weiter wird die Flußrate von
SiH4 auf die Größenordnung von 1 × 10-3 Volumenprozent festge
legt und die erste Schicht 3a des Typs n mit einer Ladungs
trägerkonzentration in der Größenordnung von 1 × 1018 cm-3 und
einer Dicke in der Größenordnung von 2 µm aufgewachsen. Dann
wird Trimethylindium (TMIn) als Prozeßgas hinzugefügt, um die
aktive Schicht 4, die aus einem auf InGaN basierenden zusam
mengesetzten Halbleiter hergestellt wird, mit einer Dicke in
der Größenordnung von 0,05 bis 0,3 µm auszubilden.
Sodann wird das Prozeßgas TMIn auf Trimethylaluminium (TMA)
geändert und beispielsweise Dimethylzink (DMZn) als Dotiergas
eingeleitet. Auf diese Art und Weise werden eine auf AlGaN
basierende zusammengesetzte p-Halbleiterschicht mit einer La
dungsträgerkonzentration in der Größenordnung von 1 × 1017
bis 1 × 1018 cm-3 und, unter Beenden der Zufuhr von TMA, eine
GaN-p-Schicht mit jeweils einer Dicke in der Größenordnung
von 0,1 bis 0,5 µm laminiert, woraus die Erzeugung der p-Schicht
5 resultiert.
Danach werden beispielsweise Ni und Au aufgedampft, gefolgt
von einem Sintervorgang, um eine diffundierte Schicht aus Me
tall mit einer Dicke in der Größenordnung von 2 bis 100 nm
auszubilden. Nachfolgend wird ein Teil des stapelförmig auf
gebauten Halbleiterschichtabschnitts 10 durch einen reaktiven
Ionenätzvorgang mit einem Chlorgas oder dergleichen geätzt,
um die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ für die Ausbildung der
n-seitigen Elektrode 9 freizulegen. Sodann wird ein Film aus
Metall durch Verdampfen im Vakuum oder dergleichen aufge
bracht, gefolgt von einem Sintervorgang, um die p-seitige
Elektrode 8 und die n-seitige Elektrode 9 auszubilden, wo
durch ein Chip entsteht. Auf diese Art und Weise kann demzu
folge die in Fig. 1 gezeigte Halbleiter-Lichtemissionsein
richtung erhalten werden.
In Übereinstimmung mit der hierin beschriebenen Halbleiter-
Lichtemissionseinrichtung wird, während die n-Schicht auf der
Seite der emittierenden Schicht (der aktiven Schicht 4 in dem
Beispiel gemäß Fig. 1) derart erzeugt wird, daß die erste
Schicht 3a des Typs n eine optimale Ladungsträgerkonzentrati
on für den Ladungsträger-Einschlußeffekt hat, der Abschnitt,
der mit der n-seitigen Elektrode 9 zu versehen ist, derart
erzeugt, daß die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ eine hohe La
dungsträgerkonzentration aufweist. Demgemäß kann die Elektro
de so bereitgestellt werden, daß ein guter ohmscher Kontakt
bei gleichzeitig außerordentlich guten Emissionseigenschaften
gewährleistet ist. Es wird angemerkt, daß die p-seitige Elek
trode über die diffundierte Schicht aus Metall bereitgestellt
wird, so daß daher die Ladungsträgerkonzentration der p-Schicht
für den ohmschen Kontakt glücklicherweise kein Pro
blem darstellt. Als Folge hiervon werden der Kontaktwider
stand verringert und eine Halbleiter-Lichtemissionseinrich
tung mit geringer Vorwärtsspannung Vf erhalten. Dies ermög
licht die Verbesserung des Lichtemissionswirkungsgrads und
eine Verringerung der Leistungsversorgungsspannung.
In dem varstehend beschriebenen Beispiel wird die aus der Ti-Al-Legierung
bestehende Schicht als n-seitige Elektrode 9
verwendet. Da jedoch der Abschnitt der n-Schicht 3, der mit
der n-seitigen Elektrode 9 zu versehen ist, eine hohe La
dungsträgerkonzentration aufweist, die die ohmschen Kontakt
eigenschaften verbessert, können auch andere Legierungen wie
beispielsweise Ti-Au, Ni-Au, Ti-Pt oder Au, Pt und derglei
chen verwendet werden.
Fig. 2 ist ein Diagramm, das den Querschnitt durch einen Chip
einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß einem modi
fizierten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zeigt. In diesem
Beispiel wird die n-seitige Elektrode 9 nicht durch Entfernen
eines Teils des Halbleiterschichtabschnitts 10 mittels Ätzen,
um die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ freizulegen, bereitge
stellt, sondern durch Entfernen eines Teils des Substrats 1
mittels Ätzen, um die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ freizule
gen, so daß die n-seitige Elektrode 9 substratseitig bereit
gestellt wird. In diesem Fall ist es stärker zu bevorzugen,
daß keine dritte Schicht 3c des Typs n vorhanden ist. In dem
Fall jedoch, in dem die dritte Schicht 3c des Typs n mit ei
ner niedrigen Ladungsträgerkonzentration vorgesehen ist, wird
ein Ätzvorgang für die dritte Schicht 3c des Typs n sowie
auch für das Substrat 1 durchgeführt, um eine Kontaktöffnung
1a derart bereitzustellen, daß die zweite Schicht 3b des Typs
n⁺ freiliegt. Es wird angemerkt, daß Elemente, die gleich
Elementen in Fig. 1 sind, mit denselben Bezugszeichen be
zeichnet sind und daher eine Beschreibung derselben weggelas
sen wird.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das ein weiteres modifiziertes Aus
führungsbeispiel zeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist ei
ne aus Al oder dergleichen hergestellte Metallplatte 11 auf
der Seite der p-Schicht 5 vorgesehen, die als neues Substrat
dient. Außerdem wird ein Saphir-Substrat beim stapelförmigen
Anordnen der Halbleiterschichten durch Polieren oder derglei
chen entfernt. Die durch das Entfernen freigelegte zweite
Schicht 3b des Typs n⁺ ist mit der n-seitigen Elektrode 9
versehen. Auch bei der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung
mit einer derartigen Struktur umfaßt die n-Schicht 3 die er
ste Schicht 3a des Typs n, die mit einer Ladungsträgerkonzen
tration in Übereinstimmung mit den Emissionseigenschaften auf
der Seite der aktiven Schicht 4 ausgebildet ist, und die
zweite Schicht 3b des Typs n⁺ mit einer hohen Ladungsträger
konzentration auf der Seite, die mit der p-seitigen Elektrode
9 zu versehen ist, wodurch dieselben Wirkungen wie vorstehend
beschrieben erhalten werden. Es wird angemerkt, daß Elemente,
die gleich Elementen in Fig. 1 sind, mit denselben Bezugszei
chen bezeichnet sind und daher eine Beschreibung derselben
weggelassen wird.
In jedem der vorstehenden Ausführungsbeispiele liegt die ak
tive Schicht 4 zwischen der n-Schicht 3 und der p-Schicht 5
und dient die aktive Schicht 4 als emittierende Schicht, so
daß somit eine Doppel-Hetero-Struktur implementiert wird. Je
doch ist auch eine Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung mit
einer pn-Übergang-Struktur, bei der die n-Schicht in direktem
Kontakt mit der p-Schicht steht, auf dieselbe Art und Weise
wie vorstehend beschrieben aufgebaut. In diesem Fall ist eine
emittierende Schicht an dem Bereich des pn-Übergangs ausge
bildet, und ist die n-Schicht derart aufgebaut, daß eine er
ste Schicht 3a des Typs n mit einer Ladungsträgerkonzentrati
on in Übereinstimmung mit den Emissionseigenschaften auf der
Seite des pn-Übergangs ausgebildet wird, während der mit ei
ner Elektrode zu versehende Abschnitt zu der zweiten Schicht
3b des Typs n⁺ wird. Das Material für die in jedem der vor
stehenden Ausführungsbeispiele laminierten Halbleiterschich
ten ist lediglich beispielhaft angegeben und in keiner Weise
als beschränkend anzusehen.
In Übereinstimmung mit der Halbleiter-Lichtemissionseinrich
tung gemäß den vorstehenden Ausführungsbeispielen wird unter
Beibehaltung der Emissionseigenschaften bzw. -kennlinien der
ohmsche Kontakt zwischen einer Elektrode und einer Halblei
terschicht verbessert, woraus sich eine Halbleiter-Lichtemis
sionseinrichtung mit geringer Betriebsspannung und exzellen
tem Lichtemissionswirkungsgrad ergibt. Darüber hinaus kann
der gute ohmsche Kontakt auf einfache Art und Weise und damit
leicht erhalten werden. Dies führt zu einer Wirkung dahinge
hend, daß die Beschränkung auf die Werkstoffe für das Metall
der n-seitigen Elektrode verringert und dadurch der Bereich,
aus dem das Metall für die Elektrode auswählbar ist, erwei
tert wird.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird somit ein Halbleiter
schichtabschnitt 10 bereitgestellt, bei dem auf Galliumnitrid
basierende zusammengesetzte Halbleiterschichten, die eine n-Schicht
3 und eine p-Schicht 5 umfassen, zum Erzeugen einer
emittierenden Schicht 4 auf einem Substrat schichtweise ange
ordnet sind. Ferner sind eine n-seitige Elektrode 9 und eine
p-seitige Elektrode 8 derart vorgesehen, daß diese elektrisch
mit der n-Schicht 3 bzw. der p-Schicht 5 des Halbleiter
schichtabschnitts 10 verbunden sind. Die n-Schicht 3 umfaßt
wenigstens eine erste Schicht 3a des Typs n und eine zweite
Schicht 3b des Typs n⁺ derart, daß die Ladungsträgerkonzen
tration des mit der n-seitigen Elektrode 9 zu versehenden Ab
schnitts höher ist als die Ladungsträgerkonzentration des Ab
schnitts, der in Kontakt mit der emittierenden Schicht 4
steht. Demzufolge werden die ohmschen Kontakteigenschaften
der n-Schicht 3 und der n-seitigen Elektrode 9 dahingehend
verbessert, daß eine vorwärts gerichtete Spannung verringert
wird, welches zu einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung
mit hohem Lichtemissionswirkungsgrad führt.
Claims (6)
1. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, gekennzeichnet
durch:
ein Substrat (1);
einen Halbleiterschichtabschnitt (10), bei dem auf Gal liumnitrid basierende zusammengesetzte Halbleiterschichten (3, 4, 5), die eine n-Schicht (3) und eine p-Schicht (5) um fassen, zum Erzeugen einer emittierenden Schicht (4) auf das Substrat (1) laminiert sind; und
eine n-seitige Elektrode (9) und eine p-seitige Elektro de (8), die derart angeordnet sind, daß sie elektrisch mit der n-Schicht (3) bzw. der p-Schicht (5) des Halbleiter schichtabschnitts (10) verbunden sind; wobei
die n-Schicht (3) derart ausgebildet ist, daß die La dungsträgerkonzentration des mit der n-seitigen Elektrode (9) versehenen Abschnitts höher ist als die Ladungsträgerkonzen tration des Abschnitts, der in Kontakt mit der emittierenden Schicht (4) steht.
ein Substrat (1);
einen Halbleiterschichtabschnitt (10), bei dem auf Gal liumnitrid basierende zusammengesetzte Halbleiterschichten (3, 4, 5), die eine n-Schicht (3) und eine p-Schicht (5) um fassen, zum Erzeugen einer emittierenden Schicht (4) auf das Substrat (1) laminiert sind; und
eine n-seitige Elektrode (9) und eine p-seitige Elektro de (8), die derart angeordnet sind, daß sie elektrisch mit der n-Schicht (3) bzw. der p-Schicht (5) des Halbleiter schichtabschnitts (10) verbunden sind; wobei
die n-Schicht (3) derart ausgebildet ist, daß die La dungsträgerkonzentration des mit der n-seitigen Elektrode (9) versehenen Abschnitts höher ist als die Ladungsträgerkonzen tration des Abschnitts, der in Kontakt mit der emittierenden Schicht (4) steht.
2. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die n-seitige Elektrode (9) auf
der n-Schicht (3) eines Bereichs mit einer hohen Ladungsträ
gerkonzentration, der durch Ätzen eines Teils des Halbleiter
schichtabschnitts (10) über der emittierenden Schicht (4)
freigelegt wurde, angeordnet ist.
3. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die n-seitige Elektrode (9) der
art angeordnet ist, daß sie mit der n-Schicht (3) eines Be
reichs mit hoher Ladungsträgerkonzentration, der durch Ätzen
wenigstens eines Teils des Substrats (1), auf dem der Halb
leiterschichtabschnitt (10) ausgebildet ist, freigelegt wur
de, verbunden ist.
4. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die emissionsschichtseitige La
dungsträgerkonzentration der n-Schicht (3) in dem Bereich
zwischen 1 × 1018 und 9 × 1018 cm-3 liegt, während die Ladungs
trägerkonzentration der n-Schicht (3), die mit der n-seitigen
Elektrode (9) versehen ist, in dem Bereich zwischen 1 × 1019
bis 5 × 1019 cm-3 liegt.
5. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die emissionsschichtseitige La
dungsträgerkonzentration der n-Schicht (3) in dem Bereich
zwischen 1 × 1018 und 3 × 1018 cm-3 liegt.
6. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch l,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat aus Metall (11) der
art angeordnet ist, daß es elektrisch mit der Seite der p-Schicht
(5) des Halbleiterschichtabschnitts (10) verbunden
ist, um die p-seitige Elektrode (8) zu bilden, während die
gesamte Fläche der n-Schicht (3) mit der höheren Ladungsträ
gerkonzentration freiliegt und auf dieser die n-seitige Elek
trode (9) angeordnet ist.
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