DE19939471A1

DE19939471A1 - Halbleiterleuchtdiode

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Publication number: DE19939471A1
Application number: DE19939471A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nakatsu; Osamu Yamamoto
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-08-21
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2019-08-21
Also published as: TW420881B; CN1245979A; US20040104396A1; US6936858B1; JP2000068554A; DE19939471B4; CN1155118C; US6984850B2

Abstract

Leuchtdiode (100), mit: einem Halbleitersubstrat (1); und einem geschichteten Aufbau (12) aus einem AlGalnP-Verbundhalbleitermaterial, welcher auf dem Halbleitersubstrat (1) angeordnet ist. Der geschichtete Aufbau (12) enthält: einen lichtemittierenden Aufbau (11), der aus einem Paar Mantelschichten (3, 5) und einer aktiven Schicht (4) zum Aussenden von Licht besteht, die zwischen dem Paar Mantelschichten (3, 5) angeordnet ist; und eine Stromdiffusionsschicht (10), die zu dem lichtemittierenden Aufbau (11) gitterfehlangepasst ist. Eine Gitterfehlanpassung DELTAa/a der Stromdiffusionsschicht (10) hinsichtlich des lichtemittierenden Aufbaus (11), wie sie durch die folgende Gleichung definiert ist, ist -1% oder kleiner: DOLLAR A DELTAa/a = (a¶d¶ - a¶e¶)/a¶e¶, DOLLAR A wobei a¶d¶ eine Gitterkonstante der Stromdiffusionsschicht (10) und a¶e¶ eine Gitterkonstante des lichtemittierenden Aufbaus (11) ist.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterleuchtdiode und im Speziellen auf eine Halbleiterleuchtdiode mit einer Stromdiffusionsschicht.

Das AlGaInP-Material weist unter den Verbund-Halbleitermaterialien der III-V- Gruppe ohne Nitrid die größte Bandlücke für einen direkten Übergang auf, weswegen es zur Verwendung für ein lichtemittierendes Element, welches Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 550 bis 650 nm abstrahlt, gut geeignet ist. Im Besonderen kann eine Leuchtdiode mit pn-Übergang, bei der ein licht emittierender Aufbau (ein geschichteter Aufbau mit einer aktiven Schicht) aus einem an GaAs gitterangepassten AlGaInP-Material auf ein GaAs-Substrat auf gewachsen ist, Licht in einem zu rotem bis grünem Licht korrespondierenden Wellenlängenbereich mit einer höheren Luminanz abstrahlen, als eine Leucht diode mit einem lichtemittierenden Aufbau aus einem z. B. aus GaP oder Al- GaAs bestehenden Material.

Um eine Leuchtdiode mit einer hohen Luminanz zu bilden, ist es wichtig, so wohl die Effizienz der Lichtabstrahlung als auch die Effizienz der Strom injektion in einen lichtemittierenden Aufbau zu erhöhen und für die effiziente Abstrahlung des Lichts von einer Vorrichtung zu sorgen.

Eine herkömmliche Leuchtdiode mit einem lichtemittierenden Aufbau aus einem AlGaInP-Material wird in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Fig. 8 zeigt eine Schnittdarstellung solch einer Leuchtdiode 200.

Wie in der Fig. 8 gezeigt ist, weist eine Leuchtdiode 200 einen Aufbau auf, bei dem eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 62, ein lichtemittierender Aufbau 69 aus einem AlGaInP-Material und eine p-Typ-Al_xGa_1-xAs-Stromdiffusionsschicht 66 aufeinander folgend auf ein n-Typ-GaAs-Substrat 61 geschichtet sind. Der lichtemittierende Aufbau 69 enthält eine n-Typ-AlGaInP-Mantelschicht 63, eine p-Typ-AlGaInP-Mantelschicht 65 und eine aus AlGaInP bestehende aktive Schicht 64, die zwischen den Mantelschichten 63 und 65 angeordnet ist. Auf der oberen Oberfläche der Al_xGa_1-xAs-Stromdiffusionsschicht 66 ist eine p-Typ-Elektrode 68 und auf der unteren Oberfläche des Substrats 61 ist eine n-Typ-Elektrode 67 angeordnet.

Bei solch einer zuvor beschriebenen Leuchtdiode 200 wird aus dem folgenden Grund oft eine p-Typ-Al_xGa_1-xAs-Schicht als Stromdiffusionsschicht 66 ver wendet.

Die p-Typ-Al_xGa_1-xAs-Schicht ist für Licht mit einer Wellenlänge von 550 bis 650 nm, welches von dem aus einem (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Halbleitermaterial beste henden lichtemittierenden Aufbau 69 abgestrahlt wird, transparent und dem zufolge zum Erhalten einer höheren Effizienz der Lichtabstrahlung vorteilhaft. Weiter weist die p-Typ-Al_xGa_1-xAs-Schicht einen niedrigen spezifischen Wider stand auf, wodurch bei Verwendung als Stromdiffusionsschicht 66 ein Ohm scher Kontakt mit der p-Typ-Elektrode 68 leicht erreicht werden kann. Zusätz lich dazu ist es leichter, eine p-Typ-Al_xGa_1-xAs-Schicht mit Kristall einer höhe ren Qualität aufzuwachsen, als ein (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Halbleitermaterial. Demzufolge kann die p-Typ-Al_xGa_1-xAs-Schicht nach dem Aufwachsen einer Doppelheteroschicht (der "DH-Schicht") aus (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP, d. h. des licht emittierenden Aufbaus 69, relativ leicht aufgewachsen werden.

In Bezug auf das für die Stromdiffusionsschicht 66 zu verwendende Material werden nachfolgend Vergleiche zwischen einem herkömmlichen Al_xGa_1-xAs- Material und einem (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Material beschrieben. In dieser Beschrei bung bezieht sich der Ausdruck "Al-Molanteil" auf einen Molanteil x von Al in Bezug auf Ga (d. h. x = Al/(Al + Ga)). Der Ausdruck "In-Molanteil" bezieht sich auf einen Molanteil 1 - y von In in Bezug auf Al und Ga (d. h. 1 - y = In/(Al + Ga + In)). Weiter werden die Zusammensetzungen von "(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP" und "Al_xGa_1-xAs" teilweise einfach jeweils als "AlGaInP" und "AlGaAs" bezeichnet.

Die Fig. 9 zeigt ein Diagramm des Verhältnisses zwischen dem spezifischen Widerstand einer an ein GaAs-Substrat gitterangepassten Al_xGa_1-xAs-Strom diffusionsschicht und deren Al-Molanteil x sowie zwischen dem spezi fischen Widerstand einer an das GaAs-Substrat gitterangepassten (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P-Stromdiffusionsschicht (d. h. 1 - y = 0,49) und deren Al-Molanteil x.

Der Fig. 9 kann entnommen werden, dass die Al_xGa_1-xAs-Stromdiffusions schicht z. B. einen spezifischen Widerstand von etwa 0,06 Ωcm bei einem Al- Molanteil x von 0,8 aufweist. So kann auch bei einem hohen Al-Molanteil x ein niedriger spezifischer Widerstand erhalten werden.

Im Gegensatz dazu weist die (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P-Stromdiffusionsschicht bei einem Al-Molanteil x im Bereich von 0 bis 0,8 einen spezifischen Widerstand von etwa 0,15 bis etwa 3 Ωcm auf. Diese spezifischen Widerstandswerte sind um eine Größenordnung größer, als die mit der Al_xGa_1-xAs-Schicht erreich baren. Auch wenn der Al-Molanteil verringert wird, ist der spezifische Wider stand immer noch 50-mal größer, als der der Al_xGa_1-xAs-Schicht. Dementspre chend ist die (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P-Stromdiffusionsschicht im Vergleich mit der Al_xGa_1-xAs-Stromdiffusionsschicht geringerwertig, da kein niedriger spezifi scher Widerstand erreicht werden kann.

Weiter ist es nötig, den Al-Molanteil x auf 0,50 oder höher festzulegen, um die Übertragung von Licht mit einer Wellenlänge von 550 bis 650 nm, welches von dem lichtemittlerenden Aufbau 69 abgestrahlt wird, durch die (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P-Stromdiffusionsschicht zu ermöglichen. In diesem Fall wird der spezifische Widerstand der (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P-Stromdiffusions schicht um zwei Größenordnungen höher, als der der Al_xGa_1-xAs-Stromdiffu sionsschicht.

Ist der spezifische Widerstand hoch, so nimmt die Stromdiffusionsfähigkeit der Stromdiffusionsschicht ab und ein Strom dehnt sich nicht über den gesamten Chip aus. Im Ergebnis wird die Lichtemission von einem Bereich des lichtemit tierenden Aufbaus dominant, der sich gerade unterhalb der Elektrode befindet. Das von solch einem Bereich abgestrahlte Licht wird wahrscheinlich durch die Elektrode blockiert, weswegen es wahrscheinlich nicht ausgegeben wird. Dem zufolge verursacht das Ansteigen des spezifischen Widerstands der Stromdiffu sionsschicht eine Effizienzverringerung der Lichtemission. Weiter verursacht das Ansteigen des spezifischen Widerstands der Stromdiffusionsschicht das Ansteigen einer Betriebsspannung.

Demzufolge weist die an GaAs gitterangepasste (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P-Strom diffusionsschicht einen höheren spezifischen Widerstand als die Al_xGa_1-xAs- Stromdiffusionsschicht auf, wodurch negative Effekte hinsichtlich der Betriebsparameter einer daraus hergestellten Leuchtdiode auftreten. Demzu folge wird nach dem Stand der Technik normalerweise die Al_xGa_1-xAs-Schicht anstelle der AlGaInP-Schicht als Stromdiffusionsschicht verwendet.

Wie zuvor beschrieben, ist die Al_xGa_1-xAs-Schicht als Stromdiffusionsschicht einer Leuchtdiode in Bezug auf den spezifischen Widerstand zufriedenstellend. Damit die Al_xGa_1-xAs-Stromdiffusionsschicht für Licht mit einer Wellenlänge von 550 bis 650 nm durchsichtig ist, ist es notwendig, ihren Al-Molanteil x auf 0,65 oder höher festzulegen. Jedoch weist die Al_xGa_1-xAs-Schicht Zerfließungs eigenschaften auf, wenn der Al-Molanteil x hoch wird. Demzufolge ist es wahr scheinlich, dass eine Lichtstärke stark abnimmt, wenn eine Leuchtdiode mit einer Al_xGa_1-xAs-Schicht mit einem hohen Al-Molanteil x bei hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit betrieben wird.

Die Fig. 10 zeigt Änderungen einer Chip-Lichtstärke (d. h. einer Stärke des von dem Chip der Halbleiterleuchtdiode erhaltenen Lichts) über einen Zeitverlauf, wenn ein Leuchtdiodenchip mit der Al_xGa_1-xAs-Stromdiffusionsschicht unter den Bedingungen einer Temperatur von 60 °C und einer Feuchtigkeit von 95% betrieben wird. In der Fig. 10 sind die Daten der Chip-Lichtstärken als relative Werte angezeigt.

Wie aus der Fig. 10 erkannt werden kann, nimmt eine Chip-Lichtstärke mit zunehmender Betriebszeit ab. Weiter nimmt eine Chip-Lichtstärke bei einem erhöhten Al-Molanteil stärker bemerkbar ab.

Solch eine Störung einer Leuchtdiode wird in Bezug auf die Fig. 11 beschrie ben. Die Fig. 11 zeigt die zuvor in Bezug auf die Fig. 8 beschriebene Leucht diode 200 in einem verschlechterten Zustand. Da gleiche Elemente mit glei chen Bezugszeichen bezeichnet sind, wird deren Erläuterung nachfolgend unterlassen.

Wie in der Fig. 11 gezeigt, strebt die Oberfläche der AlGaAs-Stromdiffusions schicht 66 mit einem hohen Al-Molanteil beim Betrieb der Leuchtdiode 200 unter den Bedingungen einer hohen Temperatur und hohen Feuchtigkeit dazu, Feuchtigkeit aufzunehmen und dadurch zu verfließen, wodurch schwarz gefärbte Bereiche 66a auf deren Oberfläche entstehen. Solche schwarz gefärb ten Bereiche 66a auf der Oberfläche der Stromdiffusionsschicht 66 absorbieren das (in der Fig. 11 durch Pfeile dargestellte) von innerhalb der Leuchtdiode 200 emittierte Licht. Hierdurch wird es in dem Fall, in dem die AlGaAs-Schicht mit einem hohen Al-Molanteil als Stromdiffusionsschicht verwendet wird, schwierig, eine Leuchtdiode zu erzeugen, die über einen langen Zeitabschnitt eine stabile Luminanz aufweist.

Wie zuvor beschrieben, ist die AlGaAs-Schicht unter den Bedingungen einer hohen Temperatur und hohen Feuchtigkeit nicht zuverlässig, obwohl die Al- GaAs-Schicht aus dem Grund, dass ein niedriger spezifischer Widerstand erhalten werden kann, normalerweise in den herkömmlichen Halbleiterleucht dioden als Stromdiffusionsschicht verwendet wurde. Andererseits wird die resultierende Stromdiffusionsschicht einen höheren spezifischen Widerstand aufweisen, wenn die (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P-Schicht, welche an das normalerweise verwendete GaAs-Substrat gitterangepasst werden kann, anstelle der AlGaAs- Schicht als Stromdiffusionsschicht verwendet wird, wodurch keine genügende Luminanz erhalten wird.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Leuchtdiode anzuge ben, die unter den Bedingungen einer hohen Temperatur und einer hohen Feuchtigkeit über einen langen Zeitraum zuverlässig eine genügende Luminanz aufweist.

Eine Leuchtdiode nach dieser Erfindung enthält: ein Halbleitersubstrat; und einen geschichteten Aufbau aus einem AlGaInP-Verbundhalbleitermaterial, welcher auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist. Der geschichtete Aufbau enthält: einen lichtemittierenden Aufbau, der aus einem Paar Mantelschichten und einer aktiven Schicht zum Aussenden von Licht besteht, die zwischen dem Paar Mantelschichten angeordnet ist; und eine Stromdiffusionsschicht, die zu dem lichtemittierenden Aufbau gitterfehlangepasst ist, wobei eine Gitter fehlanpassung Δa/a der Stromdiffusionsschicht hinsichtlich des lichtemittie renden Aufbaus, wie sie durch die folgende Gleichung definiert ist, -1% oder kleiner ist:

Δa/a = (a_d - a_e)/a_e,

wobei a_d eine Gitterkonstante der Stromdiffusionsschicht und a_e eine Gitter konstante des lichtemittierenden Aufbaus ist.

Das Kristall des Halbleitersubstrats kann um 8° (8 Grad) bis 20° (20 Grad) in einer [011]-Richtung hinsichtlich einer (100)-Ebene des Halbleitersubstrats schräggestellt sein.

Vorzugsweise ist eine Zusammensetzung der Stromdiffusionsschicht so ausge wählt, dass die Stromdiffusionsschicht hinsichtlich einer Wellenlänge des von dem lichtemittierenden Aufbau abgestrahlten Lichts transparent wird.

In einer Ausführungsform ist eine Zusammensetzung der Stromdiffusions schicht durch (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP angegeben, wobei in der Zusammensetzung x im Bereich von 0,01 bis 0,05 und 1 - y im Bereich von 0,01 bis 0,30 gesetzt ist.

In einer Ausführungsform wird eine Zusammensetzung der Stromdiffusions schicht durch (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP angegeben und in der Zusammensetzung verän dert sich wenigstens einer eines Werts x und eines Werts 1 - y entlang einer Richtung der Dicke des geschichteten Aufbaus.

In der Zusammensetzung der Stromdiffusionsschicht können sich beide Werte x und 1 - y unabhängig voneinander verändern.

In einer Ausführungsform wird eine Zusammensetzung der Stromdiffusions schicht durch (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP angegeben und in der Zusammensetzung nimmt wenigstens einer eines Werts x und eines Werts 1 - y entlang einer Richtung der Dicke des geschichteten Aufbaus von einer Schnittstelle mit dem lichtemit tierenden Aufbau zum entgegengesetzten Ende der Stromdiffusionsschicht schrittweise ab.

In der Zusammensetzung der Stromdiffusionsschicht können beide Werte x und 1 - y unabhängig voneinander abnehmen.

In einer Ausführungsform wird eine Zusammensetzung der Stromdiffusions schicht durch (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP angegeben und in der Zusammensetzung verän dert sich wenigstens einer eines Werts x und eines Werts 1 - y entlang einer Richtung der Dicke des geschichteten Aufbaus von einer Schnittstelle mit dem lichtemittierenden Aufbau zu einem entgegengesetzten Ende der Stromdiffu sionsschicht schrittweise, wodurch ein spezifischer Widerstand der Stromdiffu sionsschicht in Richtung der Dicke eingestellt wird.

Auf diese Weise ermöglicht die hier beschriebene Erfindung, eine Halbleiter leuchtdiode anzugeben, die eine hohe Luminanz und einen niedrigen spezifi schen Widerstand aufweist, wobei sie für Licht mit einer Wellenlänge von 550 bis 650 nm transparent ist, welches von einem lichtemittierenden Aufbau in der Leuchtdiode abgestrahlt wird, und die auch unter den Bedingungen einer hohen Temperatur und einer hohen Feuchtigkeit keine Verschlechterung der Lichtabstrahlungseigenschaften aufweist.

Dieser und andere Vorteile dieser Erfindung werden den Fachleuten auf die sem Gebiet beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschrei bung in Bezug auf die beigefügten Figuren verdeutlicht. Es zeigen:

Fig. 1 ein das Verhältnis zwischen der Gitterkonstanten a und der Bandlücke Eg für verschiedene AlGaInP-Materialien darstellendes Diagramm,

Fig. 2 die Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand und dem Al- Molanteil x von AlGaInP-Materialien darstellende Kennlinien,

Fig. 3 die Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand und der Gitterfehlanpassung von AlGaInP-Materialien darstellende Kenn linien,

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Leuchtdiode nach einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung,

Fig. 5 eine eine Änderung in einer Chip-Lichtstärke einer Leuchtdiode nach dieser Erfindung über einen Zeitverlauf darstellende Kennli nie;

Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung einer Leuchtdiode nach einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung,

Fig. 7A(a) eine Werte des Al-Molanteils x bei verschiedenen Dickenabmessungen der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffu sionsschicht nach der zweiten Ausführungsform darstellende Kennlinie,

Fig. 7A(b) eine Werte des In-Molanteils 1 - y bei verschiedenen Dickenabmessungen der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffu sionsschicht der zweiten Ausführungsform darstellende Kennlinie,

Fig. 7B eine Werte des spezifischen Widerstands bei verschiedenen Dickenabmessungen der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffu sionsschicht der zweiten Ausführungsform darstellende Kennlinie,

Fig. 8 eine schematische Schnittdarstellung einer herkömmlichen Leuchtdiode,

Fig. 9 ein die Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand von Al- GaAs- und AlGaInP-Stromdiffusionsschichten, die beide an ein GaAs-Substrat gitterangepasst sind, und deren Al-Molanteil dar stellendes Kennliniendiagramm,

Fig. 10 Änderungen einer Chip-Lichtstärke herkömmlicher Leuchtdioden über den Zeitverlauf darstellende Kennlinien, und

Fig. 11 eine schematische Schnittdarstellung der in der Fig. 8 gezeigten herkömmlichen Leuchtdiode im verschlechterten Zustand.

Die (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Schicht (x = 0,50, 1 - y = 0,49), die an das Substrat gitterangepasst und hinsichtlich einer Wellenlänge des abgestrahlten Lichts transparent ist, weist einen höheren spezifischen Widerstand als die Al_xGa_1-xAs-Schicht auf. Ein Grund dafür ist, dass ein in der AlGaInP-Schicht enthaltenes Material der P (Phosphor)-Gruppe eine niedrigere Mobilität als die eines in der AlGaAs-Schicht enthaltenen Materials einer As (Arsen)-Gruppe aufweist, wodurch eine effektive Masse der AlGaInP-Schicht groß ist. Jedoch hat dies keinen bemerkenswerten Einfluss. Der wichtigere Grund ist, dass der Al-Molanteil x und der In-Molanteil 1 - y in der an das Substrat gitterange passte (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Schicht hoch sind (d. h. x = 0,50, 1 - y = 0,49).

Im Speziellen ist es wahrscheinlicher, dass die AlGaInP-Schicht bei hohen Molanteilen von Al und In der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Schicht Sauerstoff aufnimmt, da Al und In wahrscheinlicher oxidieren als Ga. Weiter ist es schwierig, für Al und In im Vergleich mit Ga eine verbesserte Reinheit zu erhalten. Demzufolge wird die (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Schicht bei hohen Al- und In-Molanteilen eine größere Anzahl von Verunreinigungen wie Sauerstoff und Silizium enthalten. Im Ergebnis ist es wahrscheinlich, dass der spezifische Widerstand der AlGaInP-Schicht zunimmt.

Um den spezifischen Widerstand der AlGaInP-Schicht zu verringern, sollten demzufolge deren Al- und In-Molanteile verringert werden.

Wird jedoch der In-Molanteil der AlGaInP-Schicht (die als Stromdiffusions schicht verwendet wird) verringert, so verändert sich deren Gitterkonstante, wodurch die AlGaInP-Stromdiffusionsschicht zu dem darunterliegenden licht emittierenden Aufbau gitterfehlangepasst wird.

Nachfolgend wird das Verhältnis zwischen dem In-Molanteil und der Gitter fehlanpassung beschrieben.

Eine Gitterfehlanpassung (ein Verhältnis der Gitterfehlanpassung) Δa/a der Stromdiffusionsschicht in Bezug auf den lichtemittierenden Aufbau wird durch die folgende Gleichung definiert:

Δa/a = (a_d - a_e)/a_e,

wobei a_d eine Gitterkonstante der Stromdiffusionsschicht und a_e eine Gitter konstante des lichtemittierenden Aufbaus bezeichnet.

Als Beispiel wird nachfolgend der Fall beschrieben, in dem ein GaAs-Substrat verwendet wird.

Die Gitterkonstante von GaAs ist etwa 5,65 Å. Da für den lichtemittierenden Aufbau ein Paar Mantelschichten mit einer dazwischenliegenden aktiven Schicht aufeinanderfolgend auf dem GaAs-Substrat gebildet werden, sind diese Schichten sowohl an das GaAs-Substrat als auch untereinander gitterange passt. Auf diese Weise ist die Gitterkonstante des lichtemittierenden Aufbaus gleich zu der des GaAs-Substrats.

Die Fig. 1 zeigt die Beziehung zwischen der Bandlücke Eg und der Gitter konstanten a für verschiedene AlGaInP-Materialien.

Wie es in der Fig. 1 gezeigt ist, wird die Gitterkonstante der AlGaInP-Materiali en graduell kleiner als die Gitterkonstante eines GaAs-Substrats (d. h. die des lichtemittierenden Aufbaus), wenn der In-Molanteil in den AlGaInP-Materialien verringert wird (um sich in der Fig. 1 einer AlP und GaP verbindenden Linie anzunähern).

Die Gitterkonstante der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht wird durch deren In-Molanteil bestimmt. Die Gitterfehlanpassung zwischen der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht und dem GaAs-Substrat wird für den Fall maximal, in dem die Stromdiffusionsschicht im Wesentlichen kein In ent hält, wobei eine Gitterfehlanpassung von etwa -4% auftritt. Es wurde festge stellt, dass eine solche Gitterfehlanpassung keinen nennenswerten Einfluss auf einen spezifischen Widerstand einer Halbleitermasse aufweist.

Obwohl sich die obigen Beschreibungen auf den Fall beziehen, in dem das GaAs-Substrat verwendet wird, können mit jeglichen anderen geeigneten Substraten, wie z. B. einem GaP-Substrat, einem InP-Substrat und ähnlichem, ähnliche Effekte erreicht werden. Für den Fall, dass hinsichtlich eines Substratmaterials keine Einschränkungen bestehen, kann die Gitterfehlanpas sung zwischen der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht und dem Substrat mit der Veränderung des In-Molanteils einen maximalen Wert von etwa 8% annehmen. Jedoch hat eine solche Gitterfehlanpassung keinen bemerkenswer ten Einfluss auf einen spezifischen Widerstand eines Halbleitermaterials.

Wie zuvor beschrieben, hat die erzeugte Gitterfehlanpassung zwischen der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht und dem darunter liegenden lichtemit tierenden Aufbau durch die Verringerung des In-Molanteils des die Stromdiffu sionsschicht bildenden Materials keine nennenswerten Nachteile für die Eigen schaften einer resultierenden Leuchtdiode. Demzufolge kann der spezifische Widerstand der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht reduziert werden, in dem der In-Molanteil der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht vermindert wird, um einen Absolutwert einer Gitterfehlanpassung in der negativen Phase anzuheben. Demzufolge kann der spezifische Widerstand der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht durch die Verminderung des In- Molanteils 1 - y wie auch des Al-Molanteils x der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffu sionsschicht so, dass die Stromdiffusionsschicht gewollt zu dem lichtemittie renden Aufbau gitterfehlangepasst ist, auf denselben Pegel bestimmt werden, wie der der herkömmlichen AlGaAs-Stromdiffusionsschicht. So wird es möglich, die genügende Stromdiffusionsschicht auch unter Verwendung der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Schicht zu erzeugen.

Die Fig. 2 zeigt Daten eines spezifischen Widerstands für den Fall, in dem die Al- und In-Molanteile in verschiedenen (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Materialien vermindert werden.

Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, kann der spezifische Widerstand der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Schicht bemerkenswert vermindert werden, indem deren Al- und In-Molanteile vermindert werden. Im Besonderen zeigt die (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Schicht mit dem Al-Molanteil x von 0,05 und dem In-Molanteil 1 - y von 0,05 im Wesentlichen denselben spezifischen Widerstand, wie die AlGaAs-Stromdiffusionsschicht.

Das in der Fig. 2 gezeigte Verhältnis wird weiter hinsichtlich der Gitter fehlanpassungen der Stromdiffusionsschicht beschrieben. In der Fig. 3 zeigt die horizontale Achse die Gitterfehlanpassung Aa/a der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP- Stromdiffusionsschicht in Bezug auf das Substrat und den lichtemittierenden Aufbau und die vertikale Achse den spezifischen Widerstand der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht.

Der Fig. 3 kann entnommen werden, dass der spezifische Widerstand der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht bei ansteigendem Absolutwert der Gitterfehlanpassung in der negativen Phase durch Verminderung des In- Molanteils der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht ebenfalls abnimmt. Da ein praktikabler Wert des spezifischen Widerstands der Stromdiffusionsschicht einer Leuchtdiode gewünschter Weise um 0,1 Ωcm oder niedriger liegt, kann der Fig. 3 entnommen werden, dass die Gitterfehlanpassung zwischen der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht und dem darunterliegenden lichtemit tierenden Aufbau vorzugsweise auf etwa -1% oder geringer eingestellt wird. Um die Gitterfehlanpassung in dem zuvor beschriebenen Bereich zu realisie ren, muss der In-Molanteil 1 - y der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Schicht bei etwa 0,35 oder weniger liegen. Weiter ist es vorzuziehen, dass der Al-Molanteil x der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht so gering wie möglich ist. Demzufolge kann wiederum aus der Fig. 3 entnommen werden, dass es effektiver ist, den Al-Molanteil x der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht auf 0,05 oder gerin ger festzusetzen.

Bei der Leuchtdiode nach dieser Erfindung ist die Gitterfehlanpassung der AlGaInP-Stromdiffusionsschicht etwa -1% oder geringer. Demzufolge hat die AlGaInP-Stromdiffusionsschicht im Wesentlichen den gleichen spezifischen Widerstand wie die herkömmliche AlGaAs-Stromdiffusionsschicht. Demzufolge wurden eine Betriebsspannung und ein Stromverbrauch der resultierenden Leuchtdiode nicht angehoben und es wird eine hohe Effizienz der Lichtabstrahlung von dem lichtemittierenden Aufbau erhalten. Weiter weist die Leuchtdiode nach dieser Erfindung eine hohe Luminanz bei einer hohen Zuver lässigkeit auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist das Kristall des Substrats um etwa 8° (8 Grad) bis etwa 20° (20 Grad) in einer [011]-Richtung hinsichtlich einer (100)-Ebene geneigt. Demzufolge wird beim Aufwachsen ei ner (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht mit einer Dicke von etwa 5 bis 10 µm, die zu einem lichtemittierenden Aufbau gitterfehlangepasst ist, auf einen lichtemittierenden Aufbau kein Hügel erzeugt (der sonst aufgrund von Gitter fehlanpassungen erzeugt wird), wodurch eine flache Stromdiffusionsschicht er halten werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird der Molanteil der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht so ausgewählt, dass die Stromdiffu sionsschicht hinsichtlich einer Wellenlänge des emittierten Lichts des licht emittierenden Aufbaus transparent wird. Es ist wichtig, dass die Stromdiffu sionsschicht für die Wellenlänge des emittierten Lichts des lichtemittierenden Aufbaus transparent ist und einen genügend kleinen spezifischen Widerstand aufweist. Auch für den Fall der Gitterfehlanpassung entstehen keine Nachteile, solange die zuvor aufgeführten beiden Merkmale erfüllt sind.

In der Fig. 1 kann erkannt werden, dass eine Bandlücke von AlGaInP-Materia lien durch die Verminderung von deren In-Molanteil erhöht wird. Demzufolge kann eine für Licht mit einer Wellenlänge von etwa 550 nm bis etwa 650 nm bis etwa 650 nm transparente Stromdiffusionsschicht auch ohne Erhöhung von deren Al-Molanteil erzeugt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist der Al-Molanteil x der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht vorzugsweise auf etwa 0,01 bis etwa 0,05 eingestellt, während deren In-Molanteil 1 - y vorzugsweise auf etwa 0,01 bis etwa 0,30 eingestellt ist. Es ist unwahrscheinlich, dass sich die Al- GaInP-Stromdiffusionsschicht mit solch einem kleinen Al-Anteil verflüssigt. Demzufolge verschlechtern sich die Lichtemissionseigenschaften im Gegensatz zu dem Fall, in dem die herkömmliche Al_0,65Ga_0,35As-Stromdiffusionsschicht verwendet wird, auch dann nicht, wenn ein Betrieb unter den Bedingungen einer hohen Temperatur und einer hohen Feuchtigkeit stattfindet.

Auf diese Weise kann nach dieser Erfindung eine Stromdiffusionsschicht erzeugt werden, die praktisch verwendet werden kann.

Diese Erfindung wird nachfolgend anhand von illustrativen Ausführungs formen in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Jedoch ist die se Erfindung nicht darauf beschränkt.

Eine Halbleiterleuchtdiode, die beispielhaft als erste Ausführungsform nach dieser Erfindung dargestellt wird, wird nachfolgend in Bezug auf die Fig. 4 be schrieben. Die Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung eines Aufbaus einer Leucht diode 100 nach der ersten Ausführungsform.

Wie in der Fig. 4 gezeigt ist, enthält die Leuchtdiode 100 ein n-Typ-GaAs-Sub strat 1, einen geschichteten Aufbau 12, eine n-Typ-Elektrode 7 und eine p- Typ-Elektrode 8. Der geschichtete Aufbau 12 enthält eine n-Typ-GaAs-Puffer schicht 2, einen aus (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P bestehenden lichtemittierenden Auf bau 11 und eine p-Typ-(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 10. Der aus (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P bestehende lichtemittierende Aufbau 11 enthält eine unte re n-Typ-(Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P-Mantelschicht 3, eine aus (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P bestehende aktive Schicht 4 und eine obere p-Typ-(Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P-Mantel schicht 5. Die p-Typ-Elektrode 8 ist auf der oberen Oberfläche der Stromdiffu sionsschicht 10 angeordnet und die n-Typ-Elektrode 7 ist auf der unteren Oberfläche des Substrats 1 angeordnet.

Bei dem aus (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P bestehenden lichtemittierenden Aufbau 11 sind die Molanteile x in der unteren Mantelschicht 3, der aktiven Schicht 4 und der oberen Mantelschicht 5 jeweils etwa 1,0, etwa 0,3 und etwa 1,0. Jedoch sind diese Molanteile x nicht auf diese Werte begrenzt und können unabhängig einen beliebigen Wert in einem Bereich von 0 ≦ x ≦ 1 aufweisen.

In der p-Typ-(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 10 ist ein Al-Molanteil x etwa 0,05 und ein In-Molanteil 1 - y etwa 0,05.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der Leuchtdiode 100 nach der ersten Ausführungsform beschrieben. Der Molanteil jeder Schicht ist wie zuvor beschrieben eingestellt.

Die Pufferschicht 2, die untere Mantelschicht 3 (Dicke etwa 1,0 µm), die aktive Schicht 4 (Dicke etwa 0,5 µm) und die obere Mantelschicht 5 (Dicke etwa 1,0 µm) werden aufeinanderfolgend durch ein beliebiges bekanntes Verfahren auf dem Substrat 1 gebildet. Die Stromdiffusionsschicht 10 (Dicke etwa 7,0 µm) wird anschließend durch ein beliebiges bekanntes Verfahren auf der oberen Mantelschicht 5 gebildet. Danach wird durch Vakuumaufdampfung ein Au-Be-Film auf der Stromdiffusionsschicht 10 geformt und auf z. B. eine Kreisform gemustert, um die p-Typ-Elektrode 8 zu bilden. Auf der unteren Oberfläche des GaAs-Substrats 1 wird die n-Typ-Elektrode 7 (z. B. aus einem Au-Zn-Film) mittels der Vakuumaufdampfung gebildet. Auf diese Weise wird die Leuchtdiode 100 hergestellt.

Zur Bildung jeder Schicht kann jegliches geeignete bekannte Verfahren ver wendet werden. Die Elektroden 7 und 8 können jede andere geeignete Form aufweisen und können durch ein beliebiges anderes geeignetes Verfahren her gestellt werden.

Bei der so hergestellten Leuchtdiode 100 sind das GaAs-Substrat 1, die Puffer schicht 2, die untere Mantelschicht 3, die aktive Schicht 4 und die obere Man telschicht 5 aneinander gitterangepasst. Jedoch weist die Stromdiffusions schicht 10 eine Gitterfehlanpassung zu diesen Schichten auf. Dies ist der Fall, da der Al- und In-Gehalt der zuvor beschriebenen Stromdiffusionsschicht 10 kleiner als die zur Herbeiführung der Gitteranpassung benötigten Werte sind. Die Gitterfehlanpassung der Stromdiffusionsschicht 10 hinsichtlich des darun terliegenden lichtemittierenden Aufbaus 11 und des Substrats 1 ist bei dem zuvor angegebenen Aufbau etwa -4%. Alternativ weist die Stromdiffusions schicht 10 vorzugsweise eine Gitterfehlanpassung hinsichtlich des darunter liegenden lichtemittierenden Aufbaus 11 und des Substrats 1 von etwa -1% oder weniger auf, vorzugsweise im Bereich von etwa -4% bis etwa -3%.

Weiter weist die AlGaInP-Stromdiffusionsschicht 10 einen spezifischen Wider stand von etwa 0,1 Ωcm auf, der dem einer herkömmlichen aus AlGaAs beste henden Stromdiffusionsschicht entspricht.

Wie zuvor beschrieben, unterscheidet sich die Leuchtdiode 100 nach dieser Erfindung von der herkömmlichen in Bezug zu der in Fig. 8 beschriebenen Leuchtdiode 200 hinsichtlich des zur Erzeugung der Stromdiffusionsschicht 10 zu verwendenden Materials.

Im Speziellen besteht die Stromdiffusionsschicht 66 der herkömmlichen Leuchtdiode 200 aus einem AlGaAs-Material. Demzufolge verflüssigt sich die Oberfläche der Stromdiffusionsschicht 66, wodurch sich schwarz gefärbte Bereiche 66a bilden (siehe Fig. 8), wenn die Leuchtdiode 200 unter den Bedin gungen einer hohen Temperatur und einer hohen Feuchtigkeit betrieben wird. Im Ergebnis wird eine Chip-Lichtstärke gestört, wodurch sich die Zuverlässig keit der herkömmlichen Leuchtdiode 200 wahrscheinlich vermindert.

Im Gegensatz dazu besteht die Stromdiffusionsschicht 10 der Leuchtdiode 100 nach dieser Erfindung aus einem p-Typ-(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Material (z. B. x = 0,05, - y = 0,05). Demzufolge ist der Al-Molanteil x der Stromdiffusions schicht 10 klein. Daraus folgend weist die Stromdiffusionsschicht 10 beim Betrieb der Leuchtdiode 100 unter den Bedingungen einer hohen Temperatur und hohen Feuchtigkeit keine Verflüssigungen auf und wird nicht schwarz. Im Ergebnis kann die Leuchtdiode 100 nach dieser Erfindung auch mit einer hohen Zuverlässigkeit stabil betrieben werden.

Die Fig. 5 zeigt die Chip-Lichtstärke über einen Zeitverlauf als Zuverlässig keitsdaten der Leuchtdiode 100 nach dieser Erfindung mit dem zuvor angege benen Aufbau. In der Fig. 5 sind Daten der Chip-Lichtstärken als relative Werte angegeben.

Es ist der Fig. 5 zu entnehmen, dass eine Chip-Lichtstärke während eines rela tiv langen Zeitabschnitts von bis zu 1000 Stunden unter den Bedingungen einer Temperatur von etwa 60°C, einer Feuchtigkeit von etwa 95% und einem Betriebsstrom von etwa 50 mA nur eine leichte Änderung (Verschlechterung) aufweist.

Wie zuvor beschrieben, besteht die Stromdiffusionsschicht 10 in der ersten Ausführungsform aus einem AlGaInP-Material. Demzufolge ist eine Leucht diode 100 angegeben, die auch dann über einen langen Zeitabschnitt eine hohe Zuverlässigkeit aufweist, wenn sie unter den Bedingungen einer hohen Tempe ratur und einer hohen Feuchtigkeit betrieben wird.

Durch die Verwendung der aus AlGaInP bestehenden Stromdiffusionsschicht 10, die, wie zuvor beschrieben, eine kleine Menge Al und In enthält, kann der spezifische Widerstand der AlGaInP-Stromdiffusionsschicht 10 in der ersten Ausführungsform so niedrig festgesetzt werden, wie der der herkömmlichen aus AlGaAs bestehenden Stromdiffusionsschicht. Auf diese Weise ist eine Leuchtdiode 100 angegeben, die eine AlGaInP-Stromdiffusionsschicht 10 auf weist, welche eine lange Stromdiffusionsentfernung von der oberen Elektrode 8 und demzufolge eine hohe Stromdiffusionsmöglichkeit aufweist. Im Ergebnis kann eine Leuchtdiode 100 mit einer herkömmlichen AlGaAs-Material verwen denden Leuchtdiode ähnlichen Luminanzkennwerten hergestellt werden, ob wohl die Stromdiffusionsschicht 10 aus AlGaInP-Material besteht.

Weiter kann als Substrat 1 der Leuchtdiode 100 nach dieser Erfindung ein Substrat verwendet werden, welches vorzugsweise um etwa 80 (8 Grad) bis etwa 200 (20 Grad) in einer [011]-Richtung hinsichtlich einer (100)-Ebene ge neigt ist. Auf diese Weise wird es verhindert, dass die (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Strom diffusionsschicht 10 beginnt von einem Aufwachskristallisationskern in eine bestimmte Richtung aufzuwachsen, obwohl die (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffu sionsschicht 10, wie zuvor beschrieben, eine gitterfehlangepasste Schicht ist. Demzufolge kann eine flache Schicht aufgewachsen werden, auch wenn eine gitterfehlangepasste (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht eine Dicke von etwa 5 µm bis etwa 10 µm aufweist. Deshalb kann eine p-Typ-Elektrode 8 hoher Qualität mit guter Steuerbarkeit auf der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffu sionsschicht 10 gebildet werden.

Weiter kann die (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 10 transparent für Licht mit einer Wellenlänge von etwa 550 nm bis 650 nm, welches von dem lichtemittierenden Aufbau 11 abgestrahlt wird, erhalten werden, da darin nur ein kleiner Betrag In enthalten ist.

Nachfolgend wird in Bezug auf die Fig. 6 eine beispielhaft als zweite Ausfüh rungsform dieser Erfindung bezeichnete Halbleiterleuchtdiode beschrieben. Die Fig. 6 zeigt eine Schnittdarstellung eines Aufbaus einer Leuchtdiode 150 nach der zweiten Ausführungsform.

Wie in der Fig. 6 gezeigt ist, enthält die Leuchtdiode 150 nach der zweiten Ausführungsform ein n-Typ-GaAs-Substrat 1, einen geschichteten Aufbau 12, eine n-Typ-Elektrode 7 und eine p-Typ-Elektrode 8. Der geschichtete Aufbau 12 enthält eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 2, einen aus (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P bestehenden lichtemittierenden Aufbau 11, eine n-Typ-(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Strom sperrschicht 9 und eine p-Typ-(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106. Der lichtemittierende Aufbau 11 enthält eine untere n-Typ- (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P-Mantelschicht 3, eine aus (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P bestehende aktive Schicht 4 und eine obere p-Typ-(Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P-Mantelschicht 5. Die p-Typ-Elektrode 8 ist auf der oberen Oberfläche der Stromdiffusions schicht 106 angeordnet und die n-Typ-Elektrode 7 ist auf der unteren Ober fläche des Substrats 1 angeordnet.

Bei dem aus (Al_yGa_1-x)_0,51In_0,49P bestehenden lichtemittierenden Aufbau 11 sind die Molanteile x in der unteren Mantelschicht 3, der aktiven Schicht 4 und der oberen Mantelschicht 5 jeweils etwa 1,0, etwa 0,3 und etwa 1,0. Je doch sind diese Molanteile x nicht auf diese Werte begrenzt und können unab hängig einen beliebigen Wert im Bereich von 0 ≦ x ≦ 1 aufweisen.

In der n-Typ-(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromsperrschicht 9 ist ein Al-Molanteil x etwa 0,30 und ein In-Molanteil 1 - y etwa 0,49.

Weiter sind die Molanteile in der p-Typ-(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusions schicht 106 der zweiten Ausführungsform entlang der Richtung der Dicke ver ändert. Demzufolge ist die p-Typ-(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106 der Leuchtdiode 150 dieser Ausführungsform eine abgestufte Schicht.

Die Fig. 7A(a) und 7A(b) zeigen jeweils Werte des Al-Molanteils x und des In- Molanteils 1 - y in verschiedenen Positionen entlang der Richtung der Dicke (d. h. bei verschiedenen Dickenabmessungen) der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106. Die Fig. 7B zeigt Werte des spezi fischen Widerstands bei verschiedenen Dickenabmessungen der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106. Die Richtung der Dicke der Stromdiffusionsschicht 106 ist in der Fig. 6 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass die In- und die Al-Molanteile in der abgestuften (Al_yGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffu sionsschicht 106 der zweiten Ausführungsform graduell von dem unteren Bereich (d. h. von der Schnittstelle mit dem lichtemittierenden Aufbau 11) zu dem oberen Bereich (d. h. zu deren oberer Oberfläche) verändert sind.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der Leuchtdiode 150 der zwei ten Ausführungsform beschrieben. Der Molanteil jeder Schicht ist festgesetzt, wie es zuvor beschrieben wurde.

Die Pufferschicht 2, die untere Mantelschicht 3 (Dicke etwa 1,0 µm), die aktive Schicht 4 (Dicke etwa 0,5 µm) und die obere Mantelschicht 5 (Dicke etwa 1,0 µm) werden aufeinanderfolgend auf dem Substrat 1 gebildet und die Strom sperrschicht 9 (Dicke etwa 1,0 µm) wird weiter auf der oberen Mantelschicht 5 gebildet. Die Bildung dieser Schichten geschieht in einem Aufwachsofen durch ein beliebiges bekanntes Verfahren. Nachdem das Substrat 1 mit den darauf aufgewachsenen Schichten aus dem Aufwachsofen genommen wurde, wird ein Teil der Stromsperrschicht 9 durch Ätzen so entfernt, dass diese in eine be stimmte Form gebracht wird. Danach wird das Substrat 1 mit der entstande nen geschichteten Struktur wieder in den Aufwachsofen eingesetzt und die ab gestufte (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106 (Dicke etwa 6 µm) wird wieder aufgewachsen, während deren Al- und In-Molanteile entlang ihrer Dickenrichtung verändert wird (d. h. x = 0,20 bis 0,01 und 1 - y = 0,49 bis 0,01, wie es jeweils in den Fig. 7A(a) und 7A(b) dargestellt ist). Danach wird auf der unteren Oberfläche des Substrats 1 die n-Typ-Elektrode 7 und auf der abgestuften Stromdiffusionsschicht 106 die p-Typ-Elektrode 8 gebildet. Die p- Typ-Elektrode 8 wird anschließend selektiv so weggeätzt, dass nur der sich ge rade über der Stromsperrschicht 9 befindliche Teil bestehen bleibt. So wird die Leuchtdiode 150 hergestellt.

Wie zuvor beschrieben, weist die Leuchtdiode 150 nach der zweiten Ausfüh rungsform die Stromsperrschicht 9 auf. Dies ist aus dem folgenden Grund vor teilhaft.

Von einem Bereich des lichtemittierenden Aufbaus 11 gerade unterhalb der p-Typ-Elektrode 8 abgestrahltes Licht kann nicht herausgeführt werden, da es durch die Elektrode 8 abgeschirmt wird. Demzufolge wird durch das Vorsehen der Stromsperrschicht 9 in dem unteren Bereich der abgestuften Stromdiffu sionsschicht 106 so, dass diese gerade unter der p-Typ-Elektrode 8 positio niert ist, ein in den lichtemittierenden Aufbau 11 injizierter Strom effektiv so verteilt, dass er nicht in den Bereich gerade unterhalb der p-Typ-Elektrode 8 fließt. Auf diese Weise wird die Lichtabstrahlung von dem Bereich gerade un terhalb der p-Typ-Elektrode 8 verhindert. Demnach wird ein unnützer Strom, welcher sonst in den Bereich gerade unter der p-Typ-Elektrode 8 fließen wür de, reduziert und eine Effizienz der Lichtemission kann verbessert werden.

Die abgestufte (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106 in der zweiten Aus führungsform wird in Bezug auf die Fig. 6, 7A(a), 7A(b) und 7B weiter beschrieben.

In einem anfänglichen Aufwachszustand der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP- Stromdiffusionsschicht 106, d. h. in einem Bereich der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106 in der Nähe des lichtemittierenden Auf baus 11 und der Stromsperrschicht 9 (in Fig. 6 in der Nähe einer Position von etwa 0 in einer Richtung der Dicke, d. h. In der Nähe einer Dickenabmessung von etwa 0) sind der Al-Molanteil x und der In-Molanteil 1 - y jeweils auf etwa 0,20 und etwa 0,49 eingestellt, wie es in den Fig. 7A(a) und 7A(b) dargestellt ist. Andererseits wird, wie es In der Fig. 1 dargestellt ist, eine Gitterkonstante von (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP im Wesentlichen durch einen In-Molanteil 1 - y beein flusst und nicht durch einen Al-Molanteil x (oder einen Ga-Molanteil, der kom plementär zu dem Al-Molanteil x ist). Wie zuvor beschrieben, ist der In- Molanteil 1 - y der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106 in der Nähe der Dickenabmessung 0 im Wesentlichen gleich zu dem In-Molanteil (etwa 0,49) des lichtemittlerenden Aufbaus 11 und der Stromsperrschicht 9. Demzufolge ist die Gitterkonstante der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Strom diffusionsschicht 106 in deren anfänglichem Aufwachszustand im Wesent lichen gleich zu der des lichtemittierenden Aufbaus 11 und demzufolge kann die abgestufte (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106 flach aufwachsen gelassen werden. Weiterhin ist der Al-Molanteil x der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106 in dem anfänglichen Aufwachs zustand auf einen relativ hohen Wert eingestellt, wodurch die abgestufte (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106 in der Nähe der Dicken abmessung von 0 (d. h. in der Nähe der Schnittstelle mit dem sich darunter befindlichen lichtemittierenden Aufbau 11) wahrscheinlich an die Zusammen setzung der darunter liegenden oberen Mantelschicht 5 angepasst ist; wodurch genügende transparente Eigenschaften erhalten werden.

Die Al- und In-Molanteile der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusions schicht 106 werden entlang der Richtung der Dicke zu deren oberer Abmes sung hin graduell vermindert, wodurch sowohl der Al- als auch der In- Molanteil in der obersten Position (bei einer Dickenabmessung 1 in der Fig. 6) der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106 auf 0,01 festge setzt sind.

Die Fig. 7B zeigt die korrespondierenden Änderungen des spezifischen Wider standes der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106.

Der Fig. 7B kann entnommen werden, dass die abgestufte (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP- Stromdiffusionsschicht 106 einen im Wesentlichen gleichen spezifischen Widerstand wie der lichtemittierende Aufbau 11 aufweist, da die Al- und In- Molanteile in einem anfänglichen Aufwachszustand hoch sind. Jedoch vermin dern sich die Al- und In-Molanteile mit dem Zunehmen der Dicke, wodurch auch der spezifische Widerstand ansteigt. Es ist festzustellen, dass ein Strom bei der mit der Stromsperrschicht 9 versehenen Leuchtdiode 150 wahrschein licher über einen Bereich der Stromdiffusionsschicht 106 über den ganzen Chip verteilt wird, der einen kleineren spezifischen Widerstand aufweist und näher an der p-Typ-Elektrode 8 angeordnet ist, wodurch ein Ansteigen der Be triebsspannung unwahrscheinlicher wird. Andererseits werden die Stromdiffu sionseigenschaften und eine Betriebsspannung nur schwerlich beeinflusst, auch wenn ein spezifischer Widerstand der Stromdiffusionsschicht 106 in einem Bereich näher an dem lichtemittierenden Aufbau 11 relativ hoch ist.

Wie zuvor beschrieben, weist der Bereich der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP- Stromdiffusionsschicht 106 der zweiten Ausführungsform in der Nähe des darunterliegenden lichtemittierenden Aufbaus 11 im Wesentlichen den glei chen In-Molanteil wie der lichtemittierende Aufbau 11 und die Stromsperr schicht 9 auf. Demzufolge ist die Gitterkonstante des Bereichs der abgestuften Stromdiffusionsschicht 106 in der Nähe des lichtemittierenden Aufbaus 11 im Wesentlichen gleich zu denen des lichtemittierenden Aufbaus 11 und der Stromsperrschicht 9. Hierdurch wird die Transparenz und Flachheit eines Be reichs der abgestuften Stromdiffusionsschicht 106 verbessert, der in einem an fänglichen Aufwachszustand aufgewachsen wird.

Weiter weist die Schnittstelle der abgestuften Stromdiffusionsschicht 106 mit dem lichtemittierenden Aufbau 11 und der Stromsperrschicht 9 befriedigende Eigenschaften auf. Außerdem ändert sich die Gitterkonstante der abgestuften Stromdiffusionsschicht 106 nicht abrupt, da deren Molanteil graduell verän dert wird. Demzufolge kann die verbesserte Transparenz und Flachheit über die gesamte Stromdiffusionsschicht 106 erhalten werden.

Weiterhin werden die Al- und In-Molanteile der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP- Stromdiffusionsschicht 106, wie zuvor beschrieben, entlang der Richtung der Dicke zu deren oberem Bereich hin vermindert. Demzufolge nimmt der spezifi sche Widerstand der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106 graduell in Richtung der Dicke ab, während er in einer Ebene parallel zu der oberen Oberfläche der Stromdiffusionsschicht 106 gleichförmig ist. Auf diese Weise kann der injizierte Strom zwischen den Elektroden 7 und 8 gleichmäßig verteilt werden.

Daraus folgend kann nach der zweiten Ausführungsform die verbesserte Transparenz und Flachheit der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106 ohne Verschlechterung einer Lichtabgabeeffizienz oder eines Ansteigens einer Betriebsspannung erreicht werden.

Weiterhin ist es bei kleinen Al- und In-Molanteilen in einem anfänglichen Auf wachszustand der (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht (d. h. etwa 1% bis etwa 5%) wahrscheinlich, dass in dem Energiebandaufbau an der Schnittstelle zwischen der Stromdiffusionsschicht und der oberen Mantelschicht aufgrund einer Differenz in der Bandlückenenergie oder dem Schnittstellenpegel eine Kerbe (ein diskontinuierlicher Bereich) erzeugt wird. Solch eine Kerbe verur sacht ein Ansteigen einer Betriebsspannung und einer Treiberspannung. Ande rerseits haben in der zweiten Ausführungsform sowohl die abgestufte Strom diffusionsschicht 106 als auch die obere Mantelschicht 5 in der Nähe der zwi schen ihnen bestehenden Schnittstelle im Wesentlichen die gleichen In- Molanteile. Demzufolge wird keine Kerbe in dem Energiebandaufbau erzeugt. Deshalb erhöht sich eine Betriebsspannung und ein Stromverbrauch nicht.

Aufgrund des zuvor angeführten Vorteils kann die Leuchtdiode 150 der zweiten Ausführungsform eine Lichtemissionsluminanz erzeugen, die etwa 1,2 mal der einer herkömmlichen Leuchtdiode ist.

In der zweiten Ausführungsform wurde die Leuchtdiode 150 beschrieben, in der der Al-Molanteil x und der In-Molanteil 1 - y in einem anfänglichen Auf wachszustand der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106 jeweils auf etwa 0,20 und etwa 0,49 eingestellt sind. Jedoch ist diese Erfin dung nicht darauf begrenzt. Auch mit unterschiedlichen Werten des Al- Molanteils x und des In-Molanteils 1 - y kann derselbe Effekt wie zuvor beschrieben erreicht werden, wenn die Molanteile der abgestuften Stromdiffu sionsschicht 106 in der Richtung ihrer Dicke verändert werden.

Weiter werden in der zweiten Ausführungsform die Al- und In-Molanteile der abgestuften (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Stromdiffusionsschicht 106 graduell entlang der Richtung der Dicke variiert. Jedoch kann auch bei einer schrittweisen Ände rung mit 2,3 oder mehr Schritten der Molanteile der gleiche Effekt wie zuvor beschrieben erreicht werden.

Wie zuvor beschrieben, ist die Leuchtdiode nach dieser Erfindung mit der aus einem (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP-Material bestehenden Stromdiffusionsschicht versehen, welches absichtlich an den darunterliegenden lichtemittierenden Aufbau gitterfehlangepasst ist, indem der Al-Molanteil x und der In-Molanteil 1 - y in dessen Zusammensetzung geeignet ausgewählt wird. Auf diese Weise kann eine Leuchtdiode angegeben werden, deren Lichtintensität auch unter den Bedin gungen einer hohen Temperatur und einer hohen Feuchtigkeit nicht gestört wird, wobei ein spezifischer Widerstand der Stromdiffusionsschicht nicht er höht wird. Weiterhin wird eine Lichtausgabeeffizienz des lichtemittierenden Aufbaus verbessert, wodurch eine hoch zuverlässige Leuchtdiode angegeben wird.

Claims

1. Leuchtdiode (100; 150), mit:
einem Halbleitersubstrat (1); und
einem geschichteten Aufbau (12) aus einem AlGaInP-Verbundhalbleiter material, welcher auf dem Halbleitersubstrat (1) angeordnet ist, wobei der geschichtete Aufbau (12) enthält:
einen lichtemittierenden Aufbau (11), der aus einem Paar Mantelschich ten (3, 5) und einer aktiven Schicht (4) zum Aussenden von Licht besteht, die zwischen dem Paar Mantelschichten (3, 5) angeordnet ist; und
eine Stromdiffusionsschicht (10; 106), die zu dem lichtemittierenden Aufbau (11) gitterfehlangepasst ist, wobei eine Gitterfehlanpassung Δa/a der Stromdiffusionsschicht (10; 106) hinsichtlich des lichtemittierenden Aufbaus (11), wie sie durch die folgende Gleichung definiert ist, -1% oder kleiner ist:
Δa/a = (a_d - a_e)/a_e,
wobei a_d eine Gitterkonstante der Stromdiffusionsschicht (10; 106) und a_e eine Gitterkonstante des lichtemittierenden Aufbaus (11) ist.

2. Leuchtdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kri stall des Halbleitersubstrats (1) um 8° (8 Grad) bis 20° (20 Grad) in einer [011]-Richtung hinsichtlich einer (100)-Ebene des Halbleitersubstrats (1) schräggestellt ist.

3. Leuchtdiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusammensetzung der Stromdiffusionsschicht (10; 106) so ausgewählt ist, dass die Stromdiffusionsschicht (10) hinsichtlich einer Wellenlänge des von dem lichtemittierenden Aufbau (11) abgestrahlten Lichts transparent wird.

4. Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, dass eine Zusammensetzung der Stromdiffusionsschicht (10; 106) durch (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP angegeben ist, wobei in der Zusammensetzung x im Bereich von 0,01 bis 0,05 und 1 - y im Bereich von 0,01 bis 0,30 gesetzt ist.

5. Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, dass eine Zusammensetzung der Stromdiffusionsschicht (106) durch (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP angegeben ist, und dass sich in der Zusammensetzung wenig stens einer eines Werts x und eines Werts 1 - y entlang einer Richtung der Dicke des geschichteten Aufbaus (12) verändert.

6. Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, dass eine Zusammensetzung der Stromdiffusionsschicht (106) durch (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP angegeben ist, und dass in der Zusammensetzung wenigstens ei ner eines Werts x und eines Werts 1 - y entlang einer Richtung der Dicke des geschichteten Aufbaus (12) von einer Schnittstelle mit dem lichtemittierenden Aufbau (11) zum entgegengesetzten Ende der Stromdiffusionsschicht (106) schrittweise abnimmt.

7. Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, dass eine Zusammensetzung der Stromdiffusionsschicht (106) durch (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP angegeben ist, und dass sich in der Zusammensetzung wenig stens einer eines Werts x und eines Werts 1 - y entlang einer Richtung der Dicke des geschichteten Aufbaus (12) von einer Schnittstelle mit dem lichte mittierenden Aufbau (11) zu einem entgegengesetzten Ende der Stromdiffusi onsschicht (106) schrittweise verändert, wodurch ein spezifischer Widerstand der Stromdiffusionsschicht (106) in Richtung der Dicke eingestellt wird.

8. Leuchtdiode nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Zusammensetzung der Stromdiffusionsschicht (106) beide Werte x und 1 - y unabhängig voneinander verändern.

9. Leuchtdiode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zusammensetzung der Stromdiffusionsschicht (106) beide Werte x und 1 - y unabhängig voneinander abnehmen.