DE19954242B4

DE19954242B4 - Lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III

Info

Publication number: DE19954242B4
Application number: DE1999154242
Authority: DE
Inventors: Takashi Chichibu Udagawa
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2019-11-12
Also published as: TW432725B; JP2000150957A; DE19954242A1

Abstract

Lichtemittierende Vorrichtung aus einem Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter, mit einer Doppelhetero-(DH)-Übergangsstruktur nach Art eines pn-Übergangs, die eine auf einer Oberfläche eines Einkristallsubstrats (101) gebildete n-leitende Deckschicht (103) und p-leitende Deckschicht (110) und eine zwischen der n-leitenden und der p-leitenden Deckschicht vorgesehene, aus einer Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterkristallschicht hergestellte lichtemittierende Schicht umfaßt, wobei die lichtemittierende Schicht eine Übergitterstruktur (104) umfaßt, die aus näher an der n-leitenden Deckschicht (103) angeordneten n-leitenden Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterkristallschichten, die abwechselnd periodisch gestapelt sind, besteht, wobei diese Schichten unterschiedliche Anteile des Gruppe-III-Bestandteilelements, annähernd die gleiche Dicke und eine im Bereich von zwei bis fünfundzwanzig Paaren liegende Stapelzyklenzahl aufweisen, und eine aus einer n-leitenden Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterkristallschicht hergestellte aktive Schicht (109) auf einer oberen Endschicht (106) der Übergitterstruktur (104) vorgesehen ist, die an dem näher an der p-leitenden Deckschicht (110) gelegenen Ende der Übergitterstruktur (104) angeordnet ist, wobei die aktive Schicht (109) aus einer einzigen, direkt mit der oberen Endschicht (106) verbundenen n-leitenden Gallium-Indiumnitrid-Mischkristallschicht hergestellt ist und aufgrund...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kurzwelliges Licht emittierende Vorrichtung, die aus einem Kristall aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III hergestellt ist, insbesondere eine lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III mit einer lichtemittierenden Schicht, die zu einem hellen Licht mit starker Leuchtdichte und zu einer längeren Lichtwellenlänge führt.

Eine lichtemittierende Diode (LED) und eine Laserdiode (LD), die kurzwelliges, sichtbares Licht im rötlich-orangen Band bis zum bläulich-violetten Band, nahe ultraviolett, und im ultravioletten Band emittieren, werden unter Verwendung von Kristallmaterialien aus Al_XGa_YIn_ZN (0 ≦ X, Y, Z ≦ 1, X + Y + Z = 1) hergestellt, die in Nitridhalbleiter der Gruppe III klassifiziert sind (siehe beispielsweise die japanische geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 555-3834 B4). Zur Herstellung von lichtemittierenden Vorrichtungen aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III sind auch Nitridhalbleiter der Gruppe III, wie Al_XGa_YIn_ZN_QM_1-Q (0 ≦ X, Y, Z ≦ 1, X + Y + Z = 1; Symbol M stellt ein anderes Element der Gruppe V als Stickstoff dar, und 0 < Q < 1) verwendet worden, die Elemente der Gruppe V, wie Phosphor (P) und Arsen (As) zusätzlich zu Stickstoff (N) enthalten (siehe japanische ungeprüfte Patentveröffentlichungen Nr. H4-192585 A, H4-192586 A, H 10-84163 A und EP 0 496 030 A2 ).

Bei diesen lichtemittierenden Vorrichtungen aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III ist bisher ein lichtemittierender Abschnitt gewöhnlich aus einer Doppelhetero-(DH)-Struktur vom pn-Übergangstyp gebildet worden, der dafür geeignet ist, ein helles Licht mit hoher Intensität zu emittieren (siehe japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. H6-260283 A). N- und p-leitende Deckschichten, die den lichtemittierenden Abschnitt der DH-Struktur bilden, indem dazwischen eine lichtemittierende Schicht angeordnet ist, sind bisher gewöhnlich aus Al_XGa_YN (0 ≦ X, Y ≦ 1, X + Y = 1) hergestellt worden (Jpn. J. Appl. Phys., Band 32 (1993), S. L8-L11). Die lichtemittierende Schicht wird in der Praxis aus n-leitendem Ga_YIn_ZN (0 < Y, Z < 1, Y + Z = 1) hergestellt (siehe japanische geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 555-3834 B4). Dies ist der Fall, weil ein Bandabstand, der dafür geeignet ist, ein Licht mit einer Wellenlänge nahe dem ultravioletten Band bis zum Band mit kurzwelligem, sichtbarem Licht, d.h. ungefähr 360 nm bis zu ungefähr 560 nm, zu erhalten, eingerichtet wird, indem ein Indiumanteil (= Z) eingestellt wird.

Es wird beispielsweise Ga_0,94In_0,06N, das den Indiumanteil (= Z) von 0,06 aufweist, für LED im blauen Band verwendet, die aus einer einzigen lichtemittierenden Schicht aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III zusammengesetzt sind (siehe J. Vac. Sci. Technol. A, 13(3), (1995), S. 705-S. 710). Es gibt ein Beispiel, bei dem Ga_0,55In_0,45N, das einen weiter erhöhten Indiumanteil von 0,45 annimmt, als Topfschicht verwendet wird (siehe Jpn. J. Appl. Phys., 34 (Teil 2), Nr. 10B, (1995), S. L1332-L1335).

Es ist ein herkömmliches Beispiel bekannt, bei dem die lichtemittierende Schicht aus einer Einzelquantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder einer Mehrfachquantentopfstruktur (MQW-Struktur) gebildet ist (Siehe Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Band 449, (1997), S. 1203-1208). Dies ist der Fall, weil, wenn die Quantentopfstruktur angenommen wird, das lichtemittierende Spektrum verschmälert werden kann, was zu einer Lichtemission mit ausgezeichneter Monochromität führt. Es gibt ein Beispiel, bei dem eine Topfschicht, die in der SQW- oder MQW-Struktur vorgesehen ist, die den lichtemittierenden Abschnitt einer sichtbares Licht emittierenden Vorrichtung bildet, ebenfalls aus Ga_YIn_ZN (0 < Y, Z < 1, Y + Z = 1) hergestellt ist (siehe Jpn. J. Appl. Phys., 35, Teil 2, Nr. 1B, 1996, S. L74-L76).

Selbstverständlich ist eine Barrieren- oder Sperrschicht, die an einer Stelle angeordnet ist, die der Topfschicht zugewandt ist, aus einem Nitridhalbleitermaterial der Gruppe III hergestellt, das einen größeren Bandabstand als derjenige des Bestandteilmaterials der Topfschicht zeigt. Bei dem herkömmlichen Beispiel ist die Sperrschicht gewöhnlich aus Al_XGa_YN (0 < X, Y < 1, X + Y = 1) hergestellt (siehe japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. H 10-163571 A). Es ist üblich, daß ungeachtet der SQW- und MQW-Strukturen, ein Licht mit einer Wellenlänge, die kürzer als diejenige ist, die dem Bandabstand des Ga_YIn_ZN entspricht, das die Topfschicht bildet, aus der lichtemittierenden Schicht der Quantentopfstruktur hervorgeht, die einen herkömmlichen Typ mit rechtwinkliger Potentialstruktur aufgrund des in der Topfschicht geschaffenen Quantenniveaus annimmt.

Es ist auch Stand der Technik, daß die lichtemittierende Schicht aus einer Schicht mit einer Verspannung, d.h., einer verspannten Schicht zusammengesetzt ist (siehe japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. H7-297476 A). Nach diesem Stand der Technik wird In_0,2Ga_0,8N mit einer Dicke von 7 nm für eine Topfschicht verwendet, die eine lichtemittierende Schicht ist. Andererseits wird eine Übergitterstruktur mit verspannter Schicht (SLS), die aufgebaut wird, indem die verspannte Schicht gestapelt wird, hauptsächlich für andere Bestandteile als den lichtemittierenden Abschnitt verwendet. Beispielsweise wird die SLS-Struktur, die aus Al_yGa_1-x-yIn_xN (0 ≦ x, y ≦ 1, 0 ≦ x + y < 1) hergestellt ist, als eine Versetzungsreduktionsschicht verwendet, um zu verhindern, daß Versetzungen in einer Pufferschicht sich zu einer aktiven (lichtemittierenden) Schicht eines lichtemittierenden Abschnitts mit einer DH-Struktur fortpflanzen (siehe japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. H8-264833 A). Es ist außerdem Stand der Technik, daß eine SLS-Struktur, die aus Al_dGa_1-c-dIn_cN (0 ≦ c, d ≦ 1, 0 ≦ c + d < 1) und Al_yGa_1-x-yIn_xN (0 ≦ x, y ≦ 1, 0 ≦ x + y < 1) hergestellt ist, unter dem lichtemittierenden Abschnitt mit der DH-Struktur ähnlich wie bei dem oben beschriebenen Stand der Technik angeordnet ist (siehe japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. H6-152072 A). Neben diesen ist ein Beispiel bekannt, bei dem eine Pufferschicht aus einer SLS-Struktur aufgebaut ist, die aus AlN und GaN hergestellt ist (siehe japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. H3-203388 A).

Wie es oben beschrieben ist, ist der herkömmliche lichtemittierende Abschnitt aus einer einzigen Schicht, der Quantentopfstruktur oder der Struktur, die als die Quantentopfstruktur angesehen wird, zusammengesetzt. Die lichtemittierende Schicht, die aus der einzigen Schicht zusammengesetzt ist, ist diejenige, die, zahlenmäßig, nicht zusammensetzungsmäßig, aus einer einzigen Schicht aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III zusammengesetzt ist. Um eine einzige lichtemittierende Schicht (Topfschicht), die aus Ga_YIn_ZN hergestellt ist, das Licht mit einer längeren Wellenlänge emittiert, zu erhalten, ist es notwendig, die lichtemittierende Schicht aus einer Ga_YIn_ZN-Schicht mit einem großen Indiumanteil (= Z) zu bilden. Selbstverständlich muß bezüglich der Quantentopfstruktur, die die herkömmliche rechtwinklige Potentialstruktur annimmt, eine Topfschicht aus einer Ga_YIn_ZN-Schicht mit einem weit größeren Indiumanteil im Vergleich mit einer lichtemittierenden Schicht, die aus einer einzigen Schicht zusammengesetzt ist, zusammengesetzt sein. Dies ist der Fall, weil die Übergangsenergie zwischen Trägern aufgrund eines Quantenniveaus, das in der rechtwinkligen Potentialtopfschicht geschaffen wird, zunimmt.

Andererseits ist es vom Standpunkt einer Wachstumstechnik für Ga_YIn_ZN, das die lichtemittierende Schicht und die Topfschicht bildet, notwendig, eine Wachstumstemperatur abzusenken, um das Ga_YIn_ZN mit einem großen Indiumanteil (= Z) zu erhalten. Es ist jedoch berichtet worden, daß ein Ga_YIn_ZN, das bei einer niedrigen Temperatur in der Nähe von 500°C aufgewachsen wird, eine schlechte Kristallinität zeigt (siehe THE JOURNAL OF THE INSTITUTE OF ELECTRONICS, INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEER, Band 76, Nr. 9 (September 1993), S. 913-S. 917). Die Verwendung der Ga_YIn_ZN-Kristallschicht, die eine schlechte Kristallinität zeigt, ist nachteilig, um eine lichtemittierende Nitridhalbleitervorrichtung zu erhalten, die Licht mit hoher Intensität emittiert.

Wenn eine lichtemittierende Schicht oder eine Topfschicht, die in der Lage ist, ein sichtbares Licht mit einer vergleichsweise langen Wellenlänge zu emittieren, aus einer Ga_YIn_ZN-Kristallschicht aufgebaut werden kann, die bei einer hohen Temperatur in der Nähe von 800°C aufgewachsen wird (siehe oben J. Insti. Electron. Infor. Communi. Eng.), die eine ausgezeichnete Kristallinität wegen eines niedrigen Indiumanteils aufweist, kann vorteilhaft eine lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III erreicht werden, die Licht mit hoher Intensität emittiert. Da jedoch ihr Bandabstand bei Raumtemperatur mit einer Abnahme des Indiumanteils zunimmt (siehe japanische geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 555-3834 B4), tritt ein Nachteil auf, daß eine derartige Ga_YIn_ZN-Kristallschicht kaum als ein geeignetes Bestandteilmaterial zum Bilden einer lichtemittierenden Schicht verwendet werden kann, die ein Licht mit einer Wellenlänge eines bläulich-grünen oder eines grünen Bandes emittiert. Insbesondere ist eine rechtwinklige Potentialtopfschicht, die aus der Ga_YIn_ZN-Kristallschicht mit dem derart vergleichsweise niedrigen Indiumanteil gebildet ist, nachteiliger, um kurzwelliges, sichtbares Licht mit einer Wellenlänge eines derartigen grünen Bandes abzustrahlen.

Selbst wenn die Ga_YIn_ZN-Kristallschicht mit dem niedrigen Indiumanteil (= Z) und ausgezeichneter Kristallinität als ein Bestandteilmaterial der einzigen lichtemittierenden Schicht oder als der Potentialtopf verwendet wird, wird es möglich sein, eine lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III zu bilden, die ein helles Licht mit hoher Intensität emittiert, vorausgesetzt, daß eine lichtemittierende Schicht erfunden werden kann, die in der Lage ist, leicht ein sichtbares Licht mit einer längeren Wellenlänge zu emittieren.

Wenn ein technisches Verfahren, um die Kristallinität der Ga_YIn_ZN-Kristallschicht, die die lichtemittierende Schicht oder die Topfschicht bildet, stabil zu verbessern, bewußt vorgenommen werden kann, macht es dies selbstverständlich besonders vorteilhaft dafür, eine lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III zu erhalten, um Licht mit hoher Intensität stabiler zu emittieren.

Aus der EP 0 731 512 A2 ist eine lichtemittierende Diode mit einer GaAlInN-Doppelheterostruktur auf einer GaInN-Pufferschicht bekannt, die auf einem Saphirsubstrat angeordnet ist. Zur Unterdrückung der Propagation von Versetzungen aus der Pufferschicht in die Doppelheterostruktur kann zwischen der Pufferschicht und der Doppelheterostruktur eine einen GaAlInN-Bestandteil und einen GaInN-Bestandteil aufweisende zusätzliche Schicht eingefügt sein. Die zusätzliche Schicht kann beispielsweise ein Übergitter aus verspannten oder nicht verspannten Schichten umfassen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III mit einem lichtemittierenden Abschnitt zu schaffen, der ein kurzwelliges sichtbares Licht mit einer Wellenlänge eines blauen Bandes oder eines grünen Bandes ausstrahlt, während er einen niedrigen Indiumanteil aufweist.

Dabei soll eine lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III geschaffen werden, die die Monochromität verbessert und helles Licht mit hoher Intensität emittiert.

Zur Lösung der Aufgabe ist eine lichtemittierende Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.

Eine erfindungsgemäße lichtemittierende Vorrichtung aus einem Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter, weist eine Doppelhetero-(DH)-Übergangsstruktur nach Art eines pn-Übergangs auf, die eine auf einer Oberfläche eines Einkristallsubstrats gebildete n-leitende Deckschicht und p-leitende Deckschicht und eine zwischen der n-leitenden und der p-leitenden Deck schicht vorgesehene, aus einer Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterkristallschicht hergestellte lichtemittierende Schicht umfasst. Die lichtemittierende Schicht umfaßt eine Übergitterstruktur, die aus näher an der n-leitenden Deckschicht angeordneten n-leitenden Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterkristallschichten besteht, die abwechselnd periodisch gestapelt sind, wobei diese Schichten unterschiedliche Anteile des Gruppe-III-Bestandteilelements, annähernd die gleiche Dicke und eine im Bereich von zwei bis fünfundzwanzig Paaren liegende Stapelzyklenzahl aufweisen. Eine aktive Schicht ist auf einer oberen Endschicht vorgesehen, die an dem näher an der p-leitenden Deckschicht gelegenen Ende der Übergitterstruktur angeordnet ist. Die aktive Schicht ist aus einer einzigen n-leitenden Gallium-Indiumnitrid-Mischkristallschicht hergestellt, welche direkt mit der oberen Endschicht verbunden ist, und weist aufgrund einer Krümmung der Energiebandkanten im Ortsraum eine nichtrechtwinklige Potentialstruktur auf.

Wie es oben beschrieben ist, ermöglicht es die Ausgestaltung der Bandstruktur der aktiven Schicht als nichtrechtwinklige Struktur, leicht die Wellenlänge des emittierten Lichtes zu verändern. Somit trägt die Übergitterstruktur zur Kristallinität der aktiven Schicht bei.

Die direkte Verbindung der oberen Endschicht der Übergitterstruktur mit der aktiven Schicht ermöglicht es außerdem, die Monochromität des emittierten Lichtes weiter zu verbessern.

Eine Ausgestaltung der Übergitterstruktur als Nichtquantentopfstruktur nach Anspruch 2 macht es möglich, Licht mit einer noch besseren Monochromität zu emittieren.

Wird die aktive Schicht aus einem Gallium-Indiumnitrid-Mischkristall mit einer Mehrphasenstruktur hergestellt, die aus einer Vielzahl von Ga_αIn_βN-Kristallphasen (0 ≦ α < 1, α + β = 1) zusammengesetzt ist, wobei jede Kristallphase einen unterschiedlichen Indiumanteil (= β) gegenüber den anderen aufweist, so führt dies zu einer Verstärkung einer Intensität der Lichtemission.

Wird die aktive Schicht aus einer Matrixphase hergestellt, die hauptsächlich aus einem n-leitenden Kristall aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III mit der gleichen Zusammensetzung wie diejenige eines n-leitenden Nitridhalbleiters der Gruppe III hergestellt ist, der eine Schicht unter der aktiven Schicht bildet (die Schicht, auf der die aktive Schicht abgeschieden ist), die nachstehend als "abgeschiedene Schicht" bezeichnet wird, wobei die aktive Schicht darauf gestapelt ist, und einer Unterphase zusammengesetzt ist, die aus einem Ga_αIn_βN-Kristall mit einem Indiumanteil hergestellt ist, der sich von demjenigen der Matrixphase unterscheidet, so wird die Kristallqualität auf ausgezeichnete Weise verbessert.

Die aktive Schicht kann aus einem n-leitenden Gallium-Indiumnitrid-Mischkristall (Ga_YIn_ZN: 0,7 ≦ Y < 1, 0 < Z ≦ 0,3, Y + Z = 1) hergestellt sein, das eine Bandstruktur aufweist, bei der ein Krümmungsabschnitt eines Leitungsbandes oder eines Valenzbandes sich in Richtung eines Fermi-Niveaus an einem Bereich in der Nähe der Übergangsgrenzfläche krümmt, der näher bei der p-leitenden Deckschicht liegt, und einen Indiumanteil (= Z) von 0,3 oder weniger aufweist.

Ferner kann ein n-leitender Aluminium-Galliumnitrid-Mischkristall (Al_XGa_YN: 0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, X + Y = 1), der Fremdstoffe vom p-Typ enthält, zwischen der aktiven Schicht und der p-leitenden Deckschicht gebildet werden und die aktive Schicht aus einem n-leitenden Gallium-Indiumnitrid-Mischkristall (Ga_YIn_ZN: 0,7 ≦ Y < 1, 0 < Z ≦ 0,3, Y + Z = 1) zusammengesetzt sein, der einen Krümmungsabschnitt eines Leitungsbandes in Richtung eines Fermi-Niveaus an einem Bereich in der Nähe einer Übergangsgrenzfläche mit dem n-leitenden Aluminium-Galliumnitrid-Mischkristall, der die Fremdstoffe vom p-Typ enthält, und einen Indiumanteil (= Z) von 0,3 oder weniger aufweist.

Beides ermöglicht eine Lichtemission, die eine längere Wellenlänge aufweist und somit die bisherige Verschlechterung der Kristallinität vermeidet.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in dieser ist:
1 eine schematische Draufsicht einer LED gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung,
2 eine schematische Schnittansicht, genommen entlang der Linie B-B' der LED von 1,
3 eine Zeichnung, die ein Lichtemissionsspektrum der LED von Beispiel 1 zeigt,
4 eine schematische Draufsicht einer LED gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung,
5 eine schematische Schnittansicht, genommen entlang der Linie C-C' der LED von 4,
6 eine Zeichnung, die eine innere Struktur einer aktiven Schicht gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung zeigt,
7 eine schematische Schnittansicht einer LED gemäß Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung,
8 eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Grundbeschaffenheit einer lichtemittierenden Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III der vorliegenden Erfindung zeigt,
9 eine Zeichnung, die ein Beispiel einer nichtrechtwinkligen Potentialstruktur einer aktiven Schicht der vorliegenden Erfindung zeigt, und
10 eine Zeichnung, die ein weiteres Beispiel der nichtrechtwinkligen Potentialstruktur der aktiven Schicht der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 zeigt eine Grundstruktur (die erste Ausführungsform) einer lichtemittierenden Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III gemäß der Erfindung, wobei eine lichtemittierende Schicht zwei Elemente umfaßt, und zwar eine Übergitterstruktur 104, die aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III hergestellt ist, und eine aktive Schicht 109, die aus einem Indium enthaltenden Kristall aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III hergestellt ist, der auf der Übergitterstruktur vorgesehen ist. Die vor hergehende Übergitterstruktur 104 ist dafür vorgesehen, die Kristallinität der Kristallschicht aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III zu verbessern, die die aktive Schicht 109 bildet, die auf der Übergitterstruktur angeordnet ist. Die aktive Schicht ist eine Schicht, die Licht emittiert. Bezugszeichen 101 bezeichnet ein Substrat, und eine Pufferschicht 102 ist zwischen dem Substrat 101 und einer unteren Deckschicht 103 unter der Übergitterstruktur 104 vorgesehen.
Die Übergitterstruktur 104 ist auf einer unteren Deckschicht 103 vorgesehen, die beispielsweise aus einem n-leitenden Galliumnitrid (GaN) hergestellt ist. Die Übergitterstruktur 104 muß im wesentlichen aus einer leitenden und mit einem niedrigen Widerstand versehenen Kristallschicht aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III zusammengesetzt sein. Die Übergitterstruktur der vorliegenden Erfindung ist nämlich eine Übergitterstruktur, die eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit zeigt, und die Übergitterstruktur sichert ein elektrisches Leiten mit einer unteren Deckschicht durch ihre ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit. Eine Schicht aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III, die eine Trägerkonzentration von ungefähr 1 × 1018 cm^–3 und einen spezifischen Widerstand von ungefähr einigen Milliohm (mΩ) oder weniger zeigt, ist zum Aufbau der Übergitterstruktur geeignet. Die Kristallschicht aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III, die eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit zeigt, kann stabil erhalten werden, indem absichtlich Fremdstoffe vom n-Typ in diese hineindotiert werden. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Übergitterstruktur aus einer mit einem niedrigen Widerstand versehenen, n-leitenden Kristallschicht aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III zusammengesetzt, in die Fremdstoffe vom n-Typ, wie Silizium (Si), Schwefel (S), Zinn (Sn) und Selen (Se) eindotiert sind.
Die Dicke jeder Schicht 104b, 104c, die die Übergitterstruktur 104 bilden, muß, ungleich der Beschaffenheit der herkömmlichen SLS-Struktur, nicht immer auf eine kritische Dicke oder weniger in Hinblick auf Verspannungen reduziert werden. Die dünne Schicht des Kristalls aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III mit der kritischen Dicke oder weniger ist in der Lage, hauptsächlich als eine Quantentopfschicht zu arbeiten. Jedoch wird bei der vorliegenden Erfindung aus dem später beschriebenen Grund vermieden, daß die Übergitterstruktur aus einer Quantentopfstruktur gebildet ist, die einen ausreichenden Quanteneffekt zeigt. Um zu verhindern, daß die Übergitterstruktur genug Funktion als Quantentopfschicht zeigt, und um das Quantenniveau auf höchstens 50 meV oder weniger einzustellen, wenn die Übergitterstruktur aus der Quantentopfstruktur zusammengesetzt ist, wird die Dicke jeder Schicht, die die Übergitterstruktur bildet, demgemäß auf 20 nm oder mehr eingestellt. Ihre Dicke sollte auf ungefähr 40 nm oder mehr eingestellt werden, und sollte am stärksten bevorzugt im Bereich von ungefähr 50 nm bis ungefähr 70 nm liegen. Mit anderen Worten ist die Übergitterstruktur der vorliegenden Erfindung, die ein Teil der lichtemittierenden Schicht bildet, nicht aus der Quantentopfstruktur oder der Übergitterstruktur mit verspannter Schicht (SLS-Struktur) zusammengesetzt, sondern ist vorzugsweise eine einfache Übergitterstruktur, die eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit aufweist und gebildet ist, indem einfach Kristallschichten aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III gestapelt sind, die eine Dicke aufweisen, die im Bereich von ungefähr 50 nm bis 70 nm liegt, und die beinahe keinen Quanteneffekt zeigen.
Die Übergitterstruktur wird gebildet, indem Kristallschichten aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III gestapelt werden, von denen jede einen unterschiedlichen Anteil eines Elementes der Gruppe III oder unterschiedliche Anteile von Elementen der Gruppe III und der Gruppe V zeigen. Bei der vorliegenden Erfindung werden die Dicken der Kristallschichten aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III derart eingestellt, daß sie annähernd gleich sind. Insbesondere ist die Übergitterstruktur der vorliegenden Erfindung nicht unter Verwendung der Sperrschicht und der Topfschicht gebildet, die voneinander verschiedene Dicken aufweisen, wie die herkömmliche Quantentopfstruktur, sondern ist aus den Kristallschichten zusammengesetzt, die annähernd die gleiche Dicke aufweisen, wodurch die Erzeugung des Quantenniveaus signifikant eingeschränkt wird.
Die Übergitterstruktur 104 ist durch eine Stapeleinheitsstruktur aufgebaut, die aus zwei Stapelschichten, von denen jede einen unterschiedlichen Anteil eines Bestandteilelements aufweist, mit mindestens zwei Paaren (zwei Zyklen oder mehr) zusammengesetzt ist. Die einzelne Stapeleinheitsstruktur, d.h., das gestapelte Struktursystem mit einem einzigen Zyklus, wirkt nicht ausreichend, um beispielsweise das Eindringen von Kristallfehlern und Versetzungen aus der Pufferschicht und der unteren Deckschicht 103 zu unterdrücken. Wenn im Gegensatz dazu die Stapelzyklenzahl derart hergestellt wird, daß sie extrem zunimmt, beispielsweise wenn die Zahl der Zyklen auf 30 oder mehr eingerichtet wird, kann die Rauhigkeit der Oberflächenschicht des Stapelstruktursystems im Bereich zwischen einigen bis einigen zehn nm als einfache Stufendifferenz liegen. Die Stufendifferenz dieser Oberflächenschicht hat eine Tendenz, größer zu werden, wenn die zyklische Struktur, die das Übergitterstruktursystem bildet, zunimmt, d.h., wenn die Zahl von Übergangsgrenzflächen, die durch die Bestandteilschichten gebildet werden, in Relation zur Gitterfehlanpassung zunimmt und die Gesamtdicke der Schichten zunimmt. Aus diesem Grund wird die Ebenheit der Oberfläche des Stapelstruktursystems, das in einem derartigen Übergitterstruktursystem vorgesehen ist, verschlechtert.
Insbesondere erzeugt der Fall, daß die Übergitterstruktur 104 durch dünne Schichten mit annähernd der gleichen Dicke wie die Oberflächenstufendifferenz gebildet ist, einen Faktor; der nicht nur dazu führt, daß es der dünnen Schicht an Oberflächenebenheit fehlt, sondern auch, daß es der dünnen Schicht an Kontinuität fehlt. Da die dünne Schicht, der es an der Kontinuität fehlt, einen Stromwiderstand erhöht, wird eine Ausdehnung der lichtemittierenden Fläche beispielsweise durch eine Zunahme einer Durchlaßspannung behindert, und es wird ein sich ausbreitender Widerstand in der lichtemittierenden Vorrichtung geschaffen. Wenn die Stapelzyklenzahl zur Ausbildung der Übergitterstruktur auf 25 oder weniger eingestellt wird, oder stärker bevorzugt im Bereich von 10 bis 15 liegt, kann infolgedessen das Eindringen der Kristallfehler aus der unteren Schicht verhindert werden, und die Übergitterstruktur kann ohne Verschlechterung der Ebenheit der Oberfläche gebildet werden. Die Gesamtdicke der Schichten, die die Übergitterstruktur bilden, sollte derart beschränkt werden, daß sie etwas größer als 1 μm ist. Um die Fortpflanzung der Kristallfehler aus der unteren Schicht zur oberen Schicht wirksam zu verhindern, muß die Zahl der Zyklen auf mindestens zwei festgelegt sein, wie es oben beschrieben ist.
Bei der vorhergehenden Übergitterstruktur 104, die auf der n-leitenden Deckschicht 103 vorgesehen ist, sollte eine Anfangsschicht 104 der Über gitterstruktur, die mit der n-leitenden Deckschicht verbunden ist, vorzugsweise aus einem Kristall aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III gebildet sein, der einen größeren Bandabstand als derjenige des Kristalls aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III aufweist, der den Übergangsbereich der n-leitenden Deckschicht bildet. Die Anfangsschicht der Übergitterstruktur sollte aus einem Kristallmaterial aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III gebildet sein, der einen Bandversatz von ungefähr 0,2 eV oder weniger, stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 0,1 eV bis ungefähr 0,2 eV liegt, zum Kristall aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III aufweist, der den Bereich in der Nähe des Übergangsbereiches der n-leitenden Deckschicht bildet. Wenn eine Kristallschicht aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III, der einen außergewöhnlich hohen Bandversatz bildet, der ungefähr 0,3 eV auf der Leitungsbandseite übersteigt, direkt mit der n-leitenden Deckschicht verbunden wird, wird ein Nachteil erzeugt, daß ein gleichmäßiger Stromfluß zu einer lichtemittierenden Schicht, die auf der Übergitterstruktur vorgesehen ist, gestört wird.
Im Gegensatz dazu fließt, als ein Extremfall, wenn die Anfangsschicht 105 der Übergitterstruktur 104 aus einem Kristall aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III gebildet ist, der keinen Bandversatz erzeugt, vorteilhaft ein Betriebsstrom zur Übergitterstruktur. Eine Situation, bei der der Bandversatz extrem klein ist, tritt auf, wenn die Anfangsschicht aus einem Kristall aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III gebildet ist, der aus einem Material hergestellt ist, das annähernd den gleichen Bandabstand aufweist, d.h., annähernd das gleiche Material, wie das Bestandteilmaterial der n-leitenden Deckschicht. In einer Übergitterstruktur, die vorgesehen ist, um eine Fortpflanzung von Kristallfehlern aus der unteren Schicht zu verhindern, ist es jedoch keinesfalls bevorzugt, die Anfangs schicht der Übergitterstruktur aus einem Kristallmaterial zu bilden, das annähernd die gleiche Zusammensetzung wie die n-leitende Deckschicht, d.h. annähernd den gleichen Anteil des Bestandteilelements wie die n-leitende Deckschicht aufweist. Um eine Übergitterstruktur zu erhalten, die in der Lage ist, die Kristallinität der oberen Schicht zu verbessern, ist es demgemäß bevorzugt, die Anfangsschicht aus einem Kristall aus einem Halbleiter der Gruppe III zu bilden, der einen Anteil aufweist, der unterschiedlich genug gegenüber demjenigen eines Materials ist, das die n-leitende Deckschicht bildet, um den Bandversatz von mindestens ungefähr 0,1 eV oder mehr zu erzeugen.
Ein Beispiel der Übergitterstruktur, bei der die Anfangsschicht auf der Oberfläche der n-leitenden unteren Deckschicht angeordnet ist, ist in 8 ausführlich dargelegt. Eine erste Bestandteilschicht 104b einer Stapelstruktureinheit 104a, die mit der unteren Deckschicht 103 verbunden ist, ist die Anfangsschicht 105 der vorliegenden Erfindung. Eine Stapelstruktureinheit 104a, die eine Bestandteileinheit einer Übergitterstruktur 104 ist, ist aus der ersten Bestandteilschicht 104b und einer zweiten Bestandteilschicht 104c zusammengesetzt. Die Übergitterstruktur 104 von 8 ist aufgebaut, indem die Struktureinheit 104a dreimal (drei Zyklen für jede der ersten und zweiten Bestandteilschichten 104b und 104c) gestapelt ist. Ungeachtet der Stapelzyklenzahl bildet in der periodischen Übergitterstruktur 104, die die Anfangsschicht 105 als die erste Bestandteilschicht 104b aufweist, die zweite Bestandteilschicht 104c eine Schicht (obere Endschicht) 106, die an dem Ende angeordnet ist, das näher bei der p-leitenden Deckschicht der Übergitterstruktur 104 angeordnet ist.
Da bei der vorliegenden Erfindung die Stapelzyklenzahl der Stapelstruktureinheit 104a, die die Übergitterstruktur 104 bildet, die in 8 beispielhaft ausgeführt ist, als wichtig angesehen wird, kann eine Kristallschicht, die die obere Endschicht 106 bildet, auch durch die erste Bestandteilschicht 104b gebildet sein. Wenn die Übergitterstruktur 104 von 8 als ein Beispiel beschrieben wird, kann, wenn die erste Bestandteilschicht 104b weiter auf die zweite Bestandteilschicht 104c gestapelt wird, die als ein Ende der Übergitterstruktur 104 dient, unter dem die ersten und zweiten Bestandteilschichten 104b und 104c mit drei Zyklen gestapelt sind, die Übergitterstruktur erhalten werden, bei der eine obere Endschicht 106 aus der ersten Bestandteilschicht 104b gebildet ist.
Außerdem ist bei der vorliegenden Erfindung ein leitfähiger, n-leitender Gallium-Indiumnitrid-Mischkristall (Ga_BIn_CN: B + C = 1) auf der oberen Endschicht 106 der Übergitterstruktur 104 als eine aktive Schicht 109 abgeschieden, wodurch eine lichtemittierende Schicht gebildet ist. Wenn die Übergitterstruktur als eine Basisschicht verwendet wird, kann die aktive Schicht mit einer besonders ausgezeichneten Kristallinität gebildet werden. Mit anderen Worten funktioniert die oben beschriebene Übergitterstruktur derart, daß sie die aktive Ga_BIn_CN-Schicht 109, die eine ausgezeichnete Kristallinität aufweist, als eine Schicht erzeugt, die tatsächlich Licht emittiert. Bei der vorliegenden Erfindung ist eine n-leitende, aktive Ga_BIn_CN-Schicht derart angeordnet, daß sie einer p-leitenden Deckschicht 110 zugewandt ist, die einen lichtemittierenden Abschnitt einer DH-Struktur vom pn-Übergangstyp bildet.
Dies ist der Fall, weil durch Anordnen der n-leitenden, aktiven Ga_BIn_CN-Schicht 109, die als die wesentliche, lichtemittierende Schicht dient, so daß sie neben der p-leitenden Deckschicht 110 liegt, eine Strahlungsrekombination mit Löchern, die eine kleine Diffusionslänge zeigen, die von der p-leitenden Deckschicht zum Zeitpunkt des Anlegens einer Durchlaßspannung zugeführt wird, effektiv in der n-leitenden Ga_BIn_CN-Kristallschicht durchgeführt werden kann. Die Zusammenfassung ist wie folgt: die n-leitende, aktive Ga_BIn_CN-Schicht wirkt als ein wesentlicher, lichtemittierender Abschnitt, der eine Lichtemission erzeugt, und die Übergitterstruktur wirkt effektiv als eine Basis, um den lichtemittierenden Abschnitt mit ausgezeichneter Kristallinität zu erzeugen.
Das folgende wird im voraus als eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der n-leitenden Ga_BIn_CN-Kristallschicht, die die aktive Schicht bildet, wird eine Bandstruktur zum Schaffen einer nichtrechtwinkligen Potentialstruktur ungleich der herkömmlichen lichtemittierenden Schicht verliehen, um eine kurzwellige Lichtemission über einen breiten Wellenlängenbereich trotz eines niedrigen Indiumanteils zu erreichen. Die Bandstruktur, die die nichtrechtwinklige Potentialstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt, ist in 9 beispielhaft ausgeführt. Die Potentialstruktur von 9 ist ein Beispiel, bei dem die n-leitende, aktive Ga_BIn_CN-Schicht 109 direkt mit der p-leitenden Deckschicht 110 verbunden ist. Die nichtrechtwinklige Potentialstruktur P, die der n-leitenden, aktiven Ga_BIn_CN-Schicht 109 verliehen wird, ist eine Struktur, bei der das Valenzband VB auf der Seite der Übergangsgrenzfläche 119 mit der oberen Endschicht 106 der Übergitterstruktur 104 im wesentlichen eben ist und sich von dem Fermi-Niveau F in Richtung einer fernen Richtung gleichmäßig neigt und in Richtung des Fermi-Niveaus F an dem Bereich in der Nähe der Übergangsgrenzfläche 111 mit der p-leitenden Deckschicht 110 extrem abfällt, wodurch ein Potentialtopf P0 gebildet wird. Andererseits fällt das Leitungsband CB in Richtung des Fermi-Niveaus F an dem Bereich in der Nähe der Übergangsgrenzfläche 119 mit der oberen Endschicht 106 schnell ab, wodurch der Potentialtopf P1 gebildet wird.
Das folgende wird im voraus als eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem Fall, daß die n-leitende, aktive Ga_BIn_CN-Schicht 109 direkt mit der n-leitenden Kristallschicht 118 verbunden ist, die zwischen der p-leitenden Deckschicht 110 und der aktiven Schicht 109 angeordnet ist, ist die nichtrechtwinklige Potentialstruktur P, die der n-leitenden, aktiven Ga_BIn_CN-Schicht 109 verliehen wird, in 10 beispielhaft ausgeführt. Insbesondere ist die nichtrechtwinklige Potentialstruktur P, die der n-leitenden, aktiven Ga_BIn_CN-Schicht 109 verliehen wird, eine Struktur, bei der das Leitungsbandende CB auf der Seite der Übergangsgrenzfläche 119 mit der oberen Endschicht 106 der Übergitterstruktur 104 im wesentlichen eben ist und sich von dem Fermi-Niveau F in Richtung der fernen Richtung gleichmäßig neigt und in Richtung des Fermi-Niveaus F an dem Bereich in der Nähe der Übergangsgrenzfläche 120 mit der n-leitenden Deckschicht 118 extrem abfällt, wodurch ein Potentialtopf P1 gebildet wird. Andererseits krümmt sich das Valenzband VB schnell in Richtung des Fermi-Niveaus F an dem Bereich in der Nähe der Übergangsgrenzfläche 119 mit der oberen Endschicht 106. Der Potentialtopf P1 des Leitungsbandes weist einen Topf P1 mit einem Potential auf, das ausreicht, damit sich Elektronen e lokalisieren können, die von der Seite der Übergitterstruktur 104 zugeführt werden oder innerhalb der n-leitenden, aktiven Ga_BIn_CN-Schicht 109 vorhanden sind, und es sollte besonders daran erinnert werden, daß dieser Potentialtopf nicht aufgrund eines Abfalls eines vergleichsweise flachen Bandes vorhanden ist, das aus einer gewöhnlichen Kerbe resultiert, die in der Heteroübergangsgrenzfläche gezeigt wird.
Die nichtrechtwinklige Potentialtopfstruktur P weist eine Bandstruktur auf, bei der die Bänder auf der Seite des Leitungsbandendes CB und auf dem Valenzband VB sich an den spezifizierten Bereichen in der Nähe der Übergangsgrenzflächen 111 und 120 mit der p-leitenden Deckschicht 110 und der n-leitenden Kristallschicht 118 schnell krümmen können, und Elektronen e oder Löcher h lokalisiert sind. Die nichtrechtwinklige Potentialtopfstruktur P weist eine Beschaffenheit auf, die sich von derjenigen einer symmetrischen, rechtwinkligen Potentialstruktur unterscheidet, die in den herkömmlichen SQW- und MQW-Strukturen beobachtet wird. Außerdem unterscheidet sich die nichtrechtwinklige Potentialtopfstruktur P von der herkömmlichen Bandstruktur darin, daß es keinen steilen Abfall eines Bandes an einem spezifizierten Bereich gibt und sich das Band in Richtung einer Seite des Fermi-Niveaus von einer p-leitenden Deckschicht zu einer n-leitenden Deckschicht mit einem bestimmten Niveau neigt, wodurch sein Niveau abgesenkt wird (siehe Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Band 449, 1997, S. 1167-S. 1172).
Eine Übergangsstruktur, bei der die n-leitende Übergitterstruktur 104, die auf der Seite der n-leitenden Deckschicht 103 mit der n-leitenden, aktiven Ga_BIn_CN-Schicht 109 mit der nichtrechtwinkligen Potentialstruktur angeordnet ist, die auf die obere Endschicht 106 der Übergitterstruktur gestapelt ist, ist eine Hauptstruktur bei der ersten Ausführungsform. Wenn ein Stapelstrukturkörper mit einer lichtemittierenden Schicht, die aus dieser Hauptstruktur gebildet ist, geeignet Behandlungen unterzogen wird, um ohmsche Eingangs- und Ausgangselektroden vorzusehen, kann eine lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden. In einem Stapelstrukturkörper mit einem Substrat 101, das aus einem leitfähigen Siliziumkarbid (SiC), einem Verbundhalbleiterkristall der Gruppe III-V, wie Galliumphosphid (GaP), oder aus einkristallinem Silizium (Si) hergestellt ist, kann eine ohmsche Elektrode auf der Rückfläche des leitfähigen Substrats gebildet werden, und eine lichtemittierende Vorrichtung, die aus einem vereinfachten Aufbau zusammengesetzt ist, kann nutzbringend durch vereinfachte Verfahren aufgebaut werden.
Bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Übergitterstruktur aus einer Nichtquantentopfstruktur gebildet, die erhalten wird, indem abwechselnd zwei Schichtarten gestapelt sind, die aus leitfähigem, n-leitendem Al_XGa_YIn_ZN (0 ≦ X < 1, X + Y + Z = 1) hergestellt sind. Jede Schicht weist eine Dicke auf, die im Bereich von 50 nm bis 70 nm liegt und in der Lage ist, eine Erzeugung des Quanteneffekts zu unterdrücken, und die Differenz der Dicke der Schicht ist derart eingestellt, daß sie innerhalb ±5 nm liegt, um eine funktionelle Unterscheidung zwischen der Topfschicht und der Sperrschicht zu beseitigen. Jede Schicht, die aus n-leitendem Al_XGa_YIn_ZN (0 ≦ X < 1, X + Y + Z = 1) hergestellt ist, weist einen Anteil der Bestandteilelemente der Gruppe III auf, der sich von dem der anderen unterscheidet. Es ist vorteilhaft, die beiden Schichtarten, die die Übergitterstruktur bilden, aus zwei Al_XGa_YN (0 ≦ X ≦ 1, X + Y = 1) herzustellen, die einen unterschiedlichen Aluminiumanteil (= X) aufweisen. Insbesondere die Übergitterstruktur, die die Nichtquantenstruktur annimmt, die durch eine Stapelstruktur erhalten wird und aus GaN und Al_XGa_YN mit einem Aluminiumanteil zusammengesetzt ist, der einen Versatz von 0,2 eV oder weniger auf der Leitungsbandseite relativ zu GaN ergibt, ist sehr effektiv, um Licht mit einer ausgezeichneten Monochromität zu erhalten. Ein Verteilungskoeffizient der Differenz des Bandabstandes zwischen GaN und AlN zur Leitungsbandseite in dem Heteroübergangssystem, das aus GaN und AlN zusammengesetzt ist, beträgt 0,78 (78 %) (siehe Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Band 395, (1996), S. 123-S. 134). Wenn außerdem der Bandabstand von AlN bei Raumtemperatur auf 5,9 eV eingestellt wird (Isamu Akasaki, edi., "Group III-V Compound Semiconductor", Baifukan Co., Ltd., 20. Mai 1994, S. 150 ff) und den Aluminiumanteil (= X) von Al_XGa_YN, der einen Versatz von 0,2 eV oder weniger zu GaN auf der Leitungsbandseite ergibt, berechnet wird, wird der Aluminiumanteil, der durch die Berechnung erhalten werden soll, ungefähr 0,10 oder weniger betragen. Da in der Übergitterstruktur der Bandversatz zwischen den Bestandteilschichten auf mindestens 0,1 eV oder mehr eingestellt werden sollte, beträgt der gewünschte Minimalwert des Aluminiumanteils ungefähr 0,05.
Die Nichtquantenstruktur bedeutet keine Übergitterstruktur, bei der ein Quantenniveau in der Topfschicht gebildet ist, indem eine Bestandteilschicht als eine Topfschicht und die andere als eine Sperrschicht dient. Jede der Bestandteilschichten dient weder als die Topfschicht noch als die Sperrschicht, demgemäß bedeutet die Nichtquantenstruktur eine Übergitterstruktur, die keine Ausbildung des Quantenniveaus verursacht. Die Verwendung von Kristallschichten aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III, deren Dicke derart eingestellt ist, daß sie so groß ist, wie es oben beschrieben ist, reicht aus, um die Nichtquantenstruktur zu bilden. Insbesondere sollte die Nichtquantenstruktur durch Kristallschichten aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III aufgebaut sein, die Dicken aufweisen, die im Bereich von ungefähr 50 nm bis 70 nm liegen und annähernd gleich sind. Dies ist der Fall, weil die Übergitterstruktur durch Bestandteilschichten mit extrem unterschiedlichen Dicken zu einer uneffektiven Unterdrückung der Kristallfehler führt, die von der unteren Schicht eindringen, selbst wenn die Bestandteilschichten der Nichtquantenstruktur Kristallschichten sind, die unzureichende Dicken aufweisen, um eine Quantisierung zu erzeugen. Außerdem werden eher Verspannungen in den Bestandteilschichten aufgrund der Differenz der Dicken der Bestandteilschichten hervorgerufen, und die Kristallinität der Übergitterstruktur kann verschlechtert werden. Um die Verschlechterung der Kristallinität der Übergitterstruktur selbst zu verhindern, sollte die Differenz der Dicken zwischen den Bestandteilschichten wunschgemäß innerhalb ±10 nm, und vorzugsweise ±5 nm liegen. Wenn die Dicke einer Bestandteilschicht beispielsweise 55 nm beträgt, wird die Dicke der anderen Bestandteilschicht in einem Bereich von 50 nm bis 60 nm eingestellt.
In dem Fall, daß eine Übergitterstruktur hergestellt wird, die aus einer periodischen Stapelstruktur gebildet ist, die eine Stapelstruktureneinheit umfaßt, von denen jede aus Al_XGa_YN (0,05 ≦ X ≦ 0,10, X + Y = 1), das vorzugsweise einen Aluminiumanteil (= X) aufweist, der im Bereich von 0,05 bis 0,10 liegt, und GaN zusammengesetzt ist, sollte eine erste Bestandteilschicht, die die Anfangsschicht bildet, aus Al_XGa_YN (0,05 ≦ X ≦ 0,10, X + Y = 1) gebildet sein, das einen Bandabstand zeigt, der größer als derjenige von GaN ist. Eine zweite Bestandteilschicht sollte mit GaN gebildet sein, das einen Bandabstand zeigt, der kleiner als derjenige von Al_XGa_YN ist.
Wenn die Übergitterstruktur aus der Nichtquantenstruktur hergestellt wird, ist es möglich, die Lichtemission zu unterdrücken, die einem Quan tenniveau der Übergitterstruktur entspricht. Somit wird ein Auftreten einer untergeordneten Lichtemission verhindert, die eine Hauptlichtemission begleitet, die von einem wesentlichen lichtemittierenden Abschnitt erzeugt wird, was zu einem Licht mit einer ausgezeichneten Monochromität führt. Zusätzlich kann eine Kristallschicht aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III mit einer ausgezeichneten Kristallinität über einer derartigen Übergitterstruktur aufgewachsen werden, wobei eine Lichtemission mit hoher Intensität vorteilhaft unter Verwendung dieser Kristallschicht als eine wesentliche lichtemittierende Schicht erzeugt werden kann.
Um eine Verschlechterung der Monochromität zu verhindern, die eine Zunahme der vorhergehenden Stapelzyklenzahl der Struktureinheit begleitet, wird eine aktive Schicht aus einer einzigen Gallium-Indiumnitrid-Mischkristallschicht hergestellt, die direkt mit einer oberen Endschicht der vorhergehenden Übergitterstruktur bei der dritten Ausführungsform verbunden ist. Da bei der dritten Ausführungsform eine Struktur angenommen wird, die keine Topfschichten aufweist, die gemeinsam darin vorhanden sind, wird, ungleich der Quantentopfstruktur, die aus einer periodischen Struktur gebildet ist, eine Wellenlänge eines emittierten Lichtes hauptsächlich alleine durch die Bandübergangsenergie der aktiven Schicht bestimmt. Beispielsweise kann die Halbwertsbreite (FWHM) auf ungefähr 10 nm oder weniger eingestellt werden, was das Spektrum betrifft, das eine zentrale Emissionswellenlänge von ungefähr 450 nm aufweist. Bei einem anderen Beispiel kann ein grünes Spektrum mit einer zentralen Emissionswellenlänge von ungefähr 525 nm und einer Halbwertsbreite von ungefähr 20 nm stabil erhalten werden.
Wenn die aktive Schicht direkt mit der oberen Endschicht der Übergitterstruktur verbunden wird, kann die Struktur gemäß der dritten Ausführungsform erhalten werden. Wenn die aktive Schicht aus einer Kristallschicht mit der oben beschriebenen, nicht rechtwinkligen, gekrümmten Bandstruktur gebildet ist, kann eine lichtemittierende Schicht gebildet werden, die kein untergeordnetes Licht um das Hauptemissionsspektrum herum emittiert und eine ausgezeichnete Monochromität aufweist. Zusätzlich kann einfach die lichtemittierende Schicht erhalten werden, die die Emissionswellenlänge verlängert.
Wenn die aktive Schicht, die eine tatsächliche lichtemittierende Schicht ist, aus einem Gallium-Indiumnitridkristall hergestellt ist, kann ein sichtbares Licht vorteilhaft aufgrund seines geeigneten Bandabstandes erzeugt werden. Insbesondere ist bei einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die aktive Schicht aus einem Gallium-Indiumnitrid-Mischkristall mit einer Mehrphasenstruktur hergestellt, die aus einer Vielzahl von Kristallphasen aus Ga_αIn_βN (0 ≦ α < 1, α + β = 1) zusammengesetzt ist, wobei jede Kristallphase einen unterschiedlichen Indiumanteil (= β) gegenüber den anderen aufweist. Insbesondere ist die Mehrphasenstruktur eine Mischung, die aus der Vielzahl von Kristallphasen aus Ga_αIn_βN (0 ≦ α < 1, α + β = 1) zusammengesetzt ist, wobei jede Kristallphase einen unterschiedlichen Indiumanteil (= β) gegenüber den anderen aufweist. In der Kristallschicht, die aus Ga_YIn_ZN hergestellt ist, wird eine Phase, die einen großen Bereich (Volumen) einnimmt, hypothetisch Matrixphase genannt, wobei ein Bereich, in dem eine mikrokristalline Substanz, die aus Ga_αIn_βN (0 ≦ α < 1, α + β = 1) untergeordnet in der Matrixphase vorhanden ist, ein Beispiel ist, um eine Mehrphasigkeit geeignet zu erläutern. Eine Unterphase und die Matrixphase weisen gewöhnlich einen unterschiedlichen Indiumanteil auf. Die Indiumkonzentration der Matrixphase beträgt 1 × 102 cm^–3 oder weniger und wird manchmal als im wesentlichen GaN angesehen. Gewöhnlich ist die Matrixphase hauptsächlich aus einem geschichteten Einkristall gebildet.
Die Unterphase und die Matrixphase weisen gewöhnlich unterschiedliche Indiumanteile auf. Außerdem unterscheidet sich der Indiumanteil auch zwischen den Unterphasen. Wenn eine Inhomogenität der Differenz zwischen der Matrixphase und der Unterphase ungefähr einige zehn Prozent beträgt, insbesondere ungefähr 50 % übersteigt, tritt eine nachteilige Verschlechterung der Monochromität eines Emissionslichtes auf. Dementsprechend sollte die Differenz der Indiumanteile zwischen der Matrixphase und der Unterphase innerhalb ±30 % oder weniger, und stärker bevorzugt innerhalb von ±15 %, liegen. Um die Differenz des Indiumanteils innerhalb eines bevorzugten Bereiches zu halten, sind eine Optimierung der Wachstumsbedingungen einer Kristallschicht, die aus Ga_YIn_ZN hergestellt ist, insbesondere eine Optimierung einer Erwärmungs- und Haltezeit unter Hochtemperatur-Wachstumsbedingungen, und der Temperaturerhöhungs- und Absenkraten bei Erwärmungs- und Abkühlvorgängen effektiv. Unter den optimierten Wachstumsbedingungen werden ebenfalls Effekte gefördert, bei denen eine Vereinheitlichung der Größen der von der Ga_αIn_βN-Unterphase gewöhnlich gebildeten Kugel-, Halbkugel- und Inselformen stattfindet.
Bei einer Struktur, bei der die aktive Schicht der Mehrphasenstruktur auf die obere Endschicht der Übergitterstruktur als die "abgeschiedene Schicht" abgeschieden wird, insbesondere bei einer fünften Ausführungsform, ist die aktive Schicht aus einer Matrixphase, die aus einem n- leitenden Kristall aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III hergestellt ist, der die gleiche Zusammensetzung wie ein n-leitender Nitridhalbleiter der Gruppe III, der die "abgeschiedene Schicht" bildet, aufweist, und aus einer Unterphase zusammengesetzt, die aus einem Ga_αIn_βN-Kristall hergestellt ist, dessen Indiumanteil sich von dem der Matrixphase unterscheidet. Mit anderen Worten ist die Matrixphase hauptsächlich aus dem n-leitenden Kristall aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III hergestellt, der die abgeschiedene Schicht bildet. Wenn die Matrixphase, die einen großen Teil des Bereiches innerhalb der aktiven Ga_YIn_ZN-Schicht einnimmt, auf die vorhergehende Art und Weise hergestellt wird, ist es möglich, eine bessere Gitteranpassung an die obere Endschicht der Übergitterstruktur aufrechtzuerhalten. Durch diese Gitteranpassungsstruktur wird die Kristallinität der aktiven Ga_YIn_ZN-Schicht wesentlich verbessert. Wenn beispielsweise der Grad der Verbesserung bei der Kristallinität über eine Versetzungsdichte beschrieben wird, während die Versetzungsdichte im Stand der Technik 2 bis 10 × 101 cm^–2 beträgt (siehe Appl. Phys. Lett., 66(1995), 1249), kann die Versetzungsdichte leicht auf 1 × 108 cm^–2 in der Struktur dieser Ausführungsform verringert werden. Somit kann eine Lichtemission mit hoher Intensität erhalten werden, was zu einer lichtemittierenden Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter mit einer hohen Lichtemissionsintensität führt. Insbesondere zeigt die Kristallschicht mit der Mehrphasenstruktur, die Verspannungen in einem Übergangsbereich der Matrixphase und der Unterphase umfaßt, den Effekt, daß die Lichtemissionsintensität erhöht wird.
Bei der sechsten und der siebten Ausführungsform ist die aktive Schicht aus einer Ga_αIn_βN-Kristallschicht gebildet, die eine nichtrechtwinklige Potentialstruktur aufweist, die nach innen gekrümmte Leitungs- und Valenzbänder in dem spezifizierten Bereich in der Nähe der Übergangsgrenzfläche mit der p-leitenden Deckschicht aufweist. Die Bandstruktur dieser aktiven Schicht weist einen klaren Unterschied gegenüber der herkömmlichen Bandstruktur auf, die eine rechtwinklige Potentialstruktur aufrechterhält, selbst wenn eine Verspannung aufgrund einer Übergangsbildung mit entweder der p-leitenden Deckschicht oder der Sperrschicht, die die Quantentopfstruktur bildet, angewandt wird (siehe japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. H 10-126006 A).
Es kann nicht hinreichend erreicht werden, daß die nichtrechtwinklige Potentialstruktur innerhalb der aktiven Schicht vorhanden ist, indem nur die aktive Schicht mit einer Schicht aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III verbunden wird, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von demjenigen der aktiven Schicht unterscheidet, wie es im Stand der Technik offenbart ist (siehe japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. H8-316528 A). Eine abrupte Zusammensetzungsänderung muß unvermeidbar an der Übergangsgrenzfläche der aktiven Schicht und der mit dieser verbundenen Kristallschicht ausreichend sichergestellt sein. Wenn die Zusammensetzung nicht stark innerhalb der Übergangsbereichsbreite geändert wird, die der Dicke entspricht, die derjenigen der mehreren Gitterschichten äquivalent ist, kann die nichtrechtwinklige Potentialstruktur der vorliegenden Erfindung nicht stabil verwirklicht werden. Dies führt nur zu einer sehr gewöhnlichen rechtwinkligen Potentialstruktur mit einem flachen Potentialboden, wie sie im Stand der Technik offenbart ist. Wenn eine erforderliche Schärfe auf der Grundlage einer Konzentrationsverteilung der Bestandteilelemente der Gruppe III an der Übergangsgrenzfläche ausgedrückt wird, ist es notwendig, einen Übergangsabstand auf ungefähr 20 nm oder weniger, stärker bevorzugt unge fähr 15 nm oder weniger, zu verringern, was erforderlich ist, um eine durchschnittliche Atomkonzentration in einer Mutterschicht um zwei Größenordnungen entweder zu verringern oder zu erhöhen.
Ein wesentliches Merkmal, das von der nichtrechtwinkligen Potentialstruktur der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, ist, daß eine Wellenlänge eines emittierten Lichtes leicht verändert werden kann, indem eine einfache mechanische Spezifikation geändert wird. Es ist beispielsweise möglich, bei der aktiven Schicht, die aus Ga_YIn_ZN hergestellt ist, eine kurze Emissionswellenlänge zu einer längeren Wellenlänge durch einen einfachen Vorgang zur Verringerung der Dicke der aktiven Schicht zu verändern, selbst wenn die Indiumanteile (= Z) annähernd gleich gehalten werden. In dem lichtemittierenden Abschnitt, der die aktive Schicht umfaßt, die aus n-leitendem Ga_0,88In_0,12N mit einem Indiumanteil von ungefähr 0,12 und einer Dicke von ungefähr 8 nm hergestellt ist, die eine blaue Lichtemission mit einer Wellenlänge von ungefähr 440 nm ergibt, kann beispielsweise durch Verringern der Dicke der aktiven Schicht auf ungefähr 5 nm die Emissionswellenlänge auf ungefähr 470 nm ~ 480 nm verändert werden. Dies ist der Fall, weil, indem die Dicke der aktiven Schicht verringert wird, die Übergangsenergie zwischen Elektronen und Löchern, die in dem Potentialtopf lokalisiert sind, abnimmt. Wenn außerdem die Dicke der aktiven Schicht auf 3 nm verringert wird, übersteigt ihre Wellenlänge ungefähr 500 nm. Da die Dicke der aktiven Schicht verringert wird, wird die Krümmung des Bandes der Leitungs- und Valenzbänder an der Übergangsgrenzfläche weiter signifikant, so daß die Übergangsenergie als stärker verringert angesehen werden kann.
Um die Krümmung des Bandes sicherer zu gestalten, wird bei der siebten Ausführungsform eine Struktur angenommen, bei der eine Kristallschicht aus Al_XGa_YN (0 ≦ X, Y ≦ 1, X + Y = 1) zwischen der aktiven Schicht und der p-leitenden Deckschicht angeordnet wird. Die Al_XGa_YN-Kristallschicht unterscheidet sich von einer Anordnung einer Abstandshalterschicht in TEGFET (Two-dimensional Electron Gas Field Effect Transistor) und ist derart eingerichtet, daß sie sich an die Kristallschicht aus einem p-leitenden Nitridhalbleiter der Gruppe III anfügt. Außerdem ist die Al_XGa_YN-Kristallschicht als eine Abstandsisolationsschicht eingerichtet, um die aktive Schicht und die p-leitende Deckschicht räumlich zu trennen und somit eine Inversion der aktiven Schicht in eine p-leitende Schicht aufgrund einer Diffusion von Fremdstoffen vom p-Typ aus der p-leitenden Deckschicht zu verhindern. Da die Al_XGa_YN-Kristallschicht tatsächlich derart vorgesehen ist, daß sie mit der p-leitenden Deckschicht verbunden ist, die mit Fremdstoffen vom p-Typ, wie Magnesium (Mg) dotiert ist, werden Fremdstoffe der Gruppe II in der oberen Deckschicht in die Al_XGa_YN-Kristallschicht eindiffundiert. Insbesondere sind die Fremdstoffe vom p-Typ immer unbeabsichtigt in der Al_XGa_YN-Kristallschicht enthalten. In solchen Situationen ist es erforderlich, dass der Leitfähigkeitstyp der Al_XGa_YN-Kristallschicht beim n-Leitfähigkeitstyp bleibt. Indem die Leitfähigkeit der Al_XGa_YN-Kristallschicht n-Typ bleibt, kann die Krümmung der Bandstruktur in Richtung des Leitungsbandes in dem Bereich nahe der Grenzfläche zwischen der Al_XGa_YN-Kristallschicht und der aktiven Schicht erzeugt werden. Die n-leitende Al_XGa_YN-Kristallschicht sollte vorzugsweise aus n-leitendem Al_XGa_YN mit einer Trägerkonzentration von 1 × 10¹ cm^–3 hergestellt sein, das einen hohen Widerstand und eine hohe Reinheit zeigt. Die Dicke der Al_XGa_YN-Kristallschicht sollte ungefähr 100 nm nicht überschreiten, und sie sollte auf eine kleine Dicke von ungefähr 10 nm oder weniger eingestellt sein, um einen Tunneleffekt zu erhalten und somit eine Zunahme eines Stromflußwiderstandes zu unterdrücken.
Außerdem weisen die sechste und die siebte Ausführungsform ein Merkmal auf, daß die aktive Schicht aus Ga_YIn_ZN (0,7 ≦ Y < 1, 0 < Z ≦ 0,3, Y + Z = 1) mit einem Indiumanteil von 0,3 oder weniger hergestellt ist. Dies ist der Fall, weil Ga_YIn_ZN mit dem auf 0,3 oder weniger gesteuerten Indiumanteil (= Z) eine ausgezeichnete Kristallqualität aufweist, wodurch eine aktive Schicht gebildet wird, die ein Licht mit höherer Intensität emittiert.
Die in Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung beanspruchte Übergitterstruktur hat eine Funktion, daß die Kristallinität der aktiven Schicht verbessert wird, die eine darauf abgeschiedene lichtemittierende Schicht ist. Außerdem wirkt die aktive Schicht, die eine nichtrechtwinklige Potentialstruktur aufweist, als die lichtemittierende Schicht, deren Emissionswellenlänge leicht verändert werden kann.
Die Übergitterstruktur, die die Nichtquantentopfstruktur nach Anspruch 2 annimmt, hat eine Funktion, daß sie eine Lichtemission unterdrückt, die von verschiedenen Quantenniveaus erzeugt wird, die die Monochromität eines emittierten Lichtes stört, wodurch ein Licht mit einer ausgezeichneten Monochromität emittiert wird, zusätzlich zur Verbesserung der Kristallqualität der aktiven Schicht.
Eine lichtemittierende Vorrichtung dieser Erfindung wird anhand von Beispielen ausführlicher beschrieben.
(Beispiel 1)
Die vorliegende Erfindung wird nun konkret unter Verwendung eines Falls beschrieben, daß eine LED 40 unter Verwendung eines Stapelstrukturkörpers 50 gemäß der dritten Ausführungsform aufgebaut worden war.
1 ist eine schematische Draufsicht der bei diesem Beispiel hergestellten LED 40. 2 ist eine schematische Schnittansicht, genommen entlang der gestrichelten Linie B-B' in der schematischen Draufsicht von 1.
Eine Mischkristallschicht, die aus einer einzigen Schicht zusammengesetzt war, die aus n-leitendem In_0,10Ga_0,90N bestand, wurde als die einzige Kristallschicht vorgesehen, so daß sie direkt auf der n-leitenden GaN-Schicht angefügt war, die die obere Endschicht 106 der Übergitterstruktur 104 bildete. Gemäß einer Beobachtung durch eine übliche TEM-Schnittechnik wurde eine Versetzungsdichte innerhalb der aktiven Schicht 109 von ungefähr 106 cm^–2 gemessen.
Die als die p-leitende Deckschicht 110 dienende Al_XGa_YN-Kristallschicht, in der ein Aluminiumzusammensetzungsgradient vorgesehen wurde, wurde nach der Unterbrechung des Wachstums, um die Übergangsgrenzfläche scharf zu gestalten, derart hergestellt, daß sie auf der aktiven Schicht 109 angefügt wurde. Mit anderen Worten wurde bei diesem Beispiel eine Struktur angenommen, in der die einzige aktive Schicht 109 auf der oberen Endschicht 106 der Übergitterstruktur 104 gestapelt wurde.
Unter Verwendung der vorhergehenden laminierten Struktur 50 wurde ein Betriebsstrom von 20 mA in Durchlaßrichtung über die LED 40 hinweg fließen gelassen, und es wurde ein blaues Licht emittiert, das das Spektrum nach 3 zeigte. Die zentrale Wellenlänge 114 des emittierten Lichtes, die die maximale Emissionsintensität erzeugte, betrug 458 nm. Außerdem wurde beinahe kein untergeordnetes Spektrum erzeugt, das das Hauptemissionsspektrum 115 begleitete. Der Grund, warum eine Erzeugung eines untergeordneten Spektrums unterdrückt wird, ist, daß eine Schicht mit der Potentialtopfstruktur auf die einzige Schicht der aktiven Schicht 109 begrenzt ist. Die Halbwertsbreite 117 des Spektrums war ungefähr 6 nm. Die Intensität des emittierten Lichtes, das durch eine übliche Integrationskugel gemessen wurde, betrug ungefähr 21 μW. Übrigens war die Intensität eines Lichtes, das von der LED emittiert wurde, die hergestellt wurde, indem die aktive Schicht 109 direkt auf die untere GaN-Deckschicht 103 abgeschieden wurde, während die vorherige Übergitterstruktur 104 weggelassen wurde, so niedrig wie ungefähr 10 μW, was ungefähr der Hälfte von derjenigen dieses Beispiels äquivalent ist und eine Größe der Versetzungsdichte widerspiegelt, die ungefähr 1 × 10¹⁰ cm^–2 der aktiven Schicht 109 überschreitet.
Ein Vergleich ergibt, dass die LED 40 des Beispiels 1 Licht mit annähernd der gleichen Wellenlänge und Intensität emittiert wie eine LED, bei der die aktive Schicht Teil einer auf der Übergitterstruktur angeordneten Quantentopfstruktur ist. Dies läßt vermuten, daß die erhaltene Emissionsintensität vor allem von einer Verbesserung der Kristallinität der aktiven Schicht, die durch die Anordnung der Übergitterstruktur zwischen der aktiven Schicht und der unteren Deckschicht erreicht wird, und so gut wie nicht von dem Vorhandensein oder der Anzahl von Potentialtöpfen abhängt, die zwischen der aktiven Schicht und der unteren Deckschicht angeordnet sind. Dies drückt aus, daß die Wellenlänge des emittierten Lichtes hauptsächlich durch die aktive Schicht bestimmt ist. Eine aktive Schicht, die aus der einzigen Schicht zusammengesetzt ist, ergibt eine Charakteristik mit einer ausgezeichneteren Monochromität des emittierten Lichtes.
(Beispiel 2)
Die vorliegende Erfindung wird nun konkret unter Verwendung eines weiteren Falls beschrieben, daß eine LED 70 durch eine Stapelstruktur 80 gemäß der dritten Ausführungsform aufgebaut worden war.
4 ist eine schematische Draufsicht der LED 70, die bei diesem Beispiel hergestellt wurde, und 5 ist eine schematische Schnittansicht, genommen entlang der gestrichelten Linie C-C', die in der schematischen Draufsicht von 4 gezeigt ist.
Eine GaN-Pufferschicht 102 und eine untere Deckschicht 103, die aus einem n-leitenden GaN mit einem Gradienten einer Trägerkonzentration hergestellt wurde, wurden nacheinander auf einer c-Kristallebene eines Saphireinkristalls 101 abgeschieden. Als nächstes wurde eine Übergitterstruktur 104 auf der unteren Deckschicht 103 abgeschieden. Eine erste Bestandteilschicht 104b, die die Übergitterstruktur 104 bildete, wurde aus einer Si-dotierten, n-leitenden Al_0,05Ga_0,95N-Schicht mit einem Al-Anteil von 0,05 hergestellt, und eine zweite Bestandteilschicht 104c, die die Übergitterstruktur 104 bildete, wurde aus einer Si-dotierten, n-leitenden GaN-Schicht hergestellt. Die Übergitterstruktur 104 wurde auf eine Art und Weise gebildet, daß eine aus einem Paar aus ersten und zweiten Bestandteilschichten 104b und 104c zusammengesetzte Stapel struktureinheit 104a periodisch mit 10 Zyklen gestapelt wurde. Bei diesem Beispiel wurde ferner eine Struktur, in der die n-leitende Al_0,05Ga_0,95N-Schicht die erste Bestandteilschicht 104b war, auf die oberste Schicht der Stapelstruktur mit 10 Zyklen gesetzt. Trägerkonzentrationen der n-leitenden Al_0,05Ga_0,95N-Schicht 104b und der n-leitenden GaN-Schicht 104c, die die Übergitterstruktur 104 bildeten, wurden auf ungefähr 3 × 101 cm^–3 eingestellt. Die Dicken der beiden Schichten 104b und 104c wurden auf 58 nm eingestellt, und die Differenz der Dicke zwischen beiden Schichten 104b und 104c wurde unter 4 nm gehalten. Die aus den mit 10 Zyklen gestapelten Schichten zusammengesetzte Übergitterstruktur 104 weist eine Beschaffenheit auf, bei der die n-leitende Al_0,05Ga_0,95N-Schicht 104b, die einen Bandabstand aufweist, der ungefähr 0,13 eV größer als derjenige der GaN-Schicht ist, die die untere Deckschicht 103 bildet, als eine Anfangsschicht 105 und eine obere Endschicht 106 verwendet wurde.
Die einzige aktive Schicht 109, die aus einer undotierten, n-leitenden In_0,20Ga_0,80N-Schicht mit einem In-Anteil von 0,20 hergestellt wurde und die lichtemittierende Schicht ist, wurde auf der oberen Endschicht 106 abgeschieden. Die Trägerkonzentration der aktiven Schicht, der eine nichtrechtwinklige Potentialstruktur eigen ist, wurde auf ungefähr 1 × 101 cm^–3 eingestellt, und deren Dicke wurde auf 12 nm eingestellt.
Nach dem Vorsehen der Unterbrechungsperiode des Aufwachsens, um die Abruptheit der Übergangsgrenzfläche mit der benachbarten Schicht ähnlich wie bei Beispiel 1 zu erreichen, wurde eine Mg-dotierte, p-leitende Al_XGa_YN-Schicht (X = 0,15 → 0) 110 mit einer Dicke von 300 nm und einer Trägerkonzentration von 2 × 10¹⁷ cm^–3, in der der Aluminiumanteil abge stuft war, auf der aktiven Schicht 109 angefügt, die aus n-leitendem In_0,20Ga_0,80N hergestellt war. Der Al-Anteil wurde allmählich von der Übergangsgrenzfläche mit der aktiven Schicht 109 in Richtung einer Zunahme der Dicke verringert und wurde Null, d.h. p-GaN, an dem Oberflächenabschnitt der p-Al_XGa_YN-Schicht 110.
Nachdem die Stapelstruktur 80 verarbeitet worden war, wurden die p-leitende, ohmsche Elektrode 112 und die n-leitende, ohmsche Elektrode 113 vorgesehen, wodurch die LED 70 hergestellt wurde. Wenn ein Betriebsstrom von 20 mA über die beiden Elektroden der LED 70 in Durchlaßrichtung hinwegfließen gelassen wurde, wurde ein bläulich-grünes Licht mit einer zentralen Wellenlänge von 476 nm abgestrahlt, bei der die maximale Emissionsintensität geschaffen wurde. Es wurde eine Situation erzeugt, bei der beinahe kein untergeordnetes Spektrum, das das Hauptemissionsspektrum begleitete, auftrat. Der Grund, warum das Auftreten des untergeordneten Spektrums kontrolliert war, ist, daß eine Schicht auf die einzige aktive Schicht 109 begrenzt war. Die Halbwertsbreite des Spektrums war mit ungefähr 8 nm ausgezeichnet. Außerdem reicht die Emissionsintensität, die durch eine übliche Integrationskugel gemessen wurde, in einem Chip-Zustand auf ausgezeichnete Weise bis zu einer Größe von ungefähr 22 μW.
Die LED dieses Beispiels weist ein Merkmal auf, daß im Gegensatz zu einem Bandabstand des n-leitenden In_0,20Ga_0,80N, das die aktive Schicht 109 bildet, die eine lichtemittierende Schicht ist, der ungefähr 3,1 eV beträgt, ein erzeugtes Licht eine Wellenlänge aufwies, die länger als diejenige (= 400 nm) ist, die diesem Bandabstand entspricht. Das Licht, das eine derartige lange Wellenlänge aufweist, kann nicht hauptsächlich von der herkömmlichen, rechtwinkligen Potentialstruktur abgestrahlt werden, und ein derartiges Licht mit der langen Wellenlänge kann nur durch die nichtrechtwinklige Potentialstruktur der vorliegenden Erfindung abgestrahlt werden, die eine Reduktion der Übergangsenergie schafft. Die Übergangsenergie in der Heteroübergangsstruktur, die aus der aktiven Schicht 109 und der p-leitenden Deckschicht 110 zusammengesetzt ist, wird auf ungefähr 2,6 eV geschätzt.
Außerdem setzt die bei Beispiel 2 beschriebene LED voraus, daß eine lichtemittierende Vorrichtung, die in der Lage ist, ein kurzwelliges, sichtbares Licht mit einer starken Emissionsintensität und einer ausgezeichneten Monochromität zu emittieren, erhalten werden kann, da eine einzige Schicht aus einer Nitridhalbleiterschicht der Gruppe III für die lichtemittierende, aktive Schicht verwendet wird. Insbesondere in Hinblick auf die Monochromität des emittierten Lichtes war die LED dieses Beispiels derjenigen überlegen, die durch die Struktur mit einer Quantentopfstruktur gebildet worden war.
(Beispiel 3)
Bei der Beschreibung von Beispiel 3 wird die vorliegende Erfindung konkret unter Verwendung eines Falles beschrieben, daß eine LED durch eine Stapelstruktur hergestellt worden war, die eine aktive Schicht umfaßte, die gemäß der vierten Ausführungsform gebildet worden war.
Bei Beispiel 3 wurde beim Bilden einer LED aus der Stapelstruktur, die durch die bei Beispiel 1 beschriebene Struktur gebildet wurde, nur eine aktive Schicht aus n-leitendem Ga_0,90In_0,10N hergestellt, die signifikant als eine Mehrphasenstruktur erkannt wurde, die sich in ihrer Beschaffenheit von Beispiel 1 unterscheidet.
Eine Stapelstruktur, die die aktive Schicht umfaßt, die aus einem n-leitenden Ga_0,90In_0,10N hergestellt worden war, das die Mehrphasenstruktur gemäß Beispiel 3 annahm, wurde auf eine Art und Weise hergestellt, daß eine aktive Schicht, die aus n-leitendem Ga_0,90In_0,10N hergestellt wurde, auf eine obere Endschicht einer Übergitterstruktur ähnlich wie bei Beispiel 1 aufgewachsen wurde. Eine Gradientenschicht aus einer p-leitenden Al_XGa_YN-Zusammensetzung, die als die p-leitende Deckschicht sowie eine Kontaktschicht diente, wurde bei 1050°C ähnlich wie bei Beispiel 1 nach Durchführung einer Maßnahme der Wachstumsunterbrechung, um die Schärfe der Übergangsgrenzfläche zu schaffen, aufgewachsen, und dann wurde ein Verfahren eines allmählichen Abkühlens angewandt. Das Verfahren eines allmählichen Abkühlens bestand aus Abkühlverfahrensschritten, die einen ersten Abkühlschritt zum Durchführen eines Abkühlvorganges mit einer Rate von 45°C pro Minute zum Abkühlen von 1050°C auf 950°C und einen zweiten Abkühlschritt zum Durchführen eines Abkühlvorganges mit einer Rate von 15°C pro Minute von 950 auf 650°C umfaßten.
Durch diese Abkühlschritte wurde die aktive Schicht, die aus n-leitendem Ga₀₉₀In_0,10N hergestellt wurde, als eine Mehrphasenstruktur gebildet, mit Ga_αIn_βN mit einem Indiumanteil (= β), der annähernd auf ungefähr 3 % bis 5 % homogenisiert war, für eine Matrixphase, und annähernd kugelförmigen oder halbkugelförmigen Mikrokristallen mit einem Indiumanteil (= β) von ungefähr 12 % bis 15 % für Unterphasen. In 6 ist schematisch ein TEM-Schnittbild gezeigt, das eine innere Struktur der n-leitenden, aktiven Ga_0,90In_0,10N-Schicht 109 zeigt, die durch die Mehrphasenstruktur gebildet worden war. Es wird eine Situation beobachtet, in der eine Unterphase T, die aus Mikrokristallen gebildet ist, die reich an Indium sind, in einer Matrixphase S verteilt ist. Es wurde auch festgestellt, daß ein Bereich U, der Verspannungen umfaßte, in vielen Bereichen gebildet war, in denen die Matrixphase S und die Unterphase T in Kontakt miteinander standen.
In dem vorhergehenden Stapelstrukturkörper wurde blaues Licht aus der LED abgestrahlt, wenn ein Betriebsstrom von 20 mA über die LED hinweg in Durchlaßrichtung fließen gelassen wurde. Die Emissionsintensität, die unter Verwendung einer üblichen Integrationskugel gemessen wurde, betrug ungefähr 26 μW, was die Emissionsintensität der LED des Beispiels 1 um ungefähr 24 % überstieg. Die LED dieses Beispiels unterscheidet sich von der LED des Beispiels 1 nur dadurch, dass die aktive Schicht die Mehrphasenstruktur annimmt. Dementsprechend zeigt die aktive Schicht, die aus der Mehrphasenstruktur zusammengesetzt ist, wie es bei diesem Beispiel konkret beschrieben ist, offensichtlich den Effekt, daß die Emissionsintensität verbessert wird.
(Beispiel 4)
Bei der Beschreibung dieses Beispiels wird die vorliegende Erfindung unter Verwendung eines Falles beschrieben, daß eine LED mit einer aktiven Schicht aus einer Mehrphasenstruktur gemäß der fünften Ausführungsform ausgerüstet worden war.
Bei diesem Beispiel wurden auf den Stapelstrukturkörper ähnlich wie bei Beispiel 3 eine n-leitende, aktive Ga_0,90In_0,10N-Schicht und eine Gradientenschicht aus einer p-leitenden Al_XGa_YN-Zusammensetzung aufgewachsen, und danach wurde die Abkühlrate beim Abkühlschritt verändert, wodurch die aktive Schicht gebildet wurde, die aus der Mehrphasenstruktur gemäß der fünften Ausführungsform zusammengesetzt war. Die Abkühlrate von 1050°C zum Aufwachsen der Gradientenschicht aus einer p-leitenden Al_XGa_YN-Zusammensetzung auf 950°C wurde auf 30°C pro Minute eingestellt, und die Abkühlrate von 950°C auf 650°C wurde auf 10°C pro Minute eingestellt.
Da bei Beispiel 4 die Abkühlrate auf langsamer als diejenige des Beispiels 3 eingestellt wurde, wurde die Differenz des Indiumanteils zwischen der Matrixphase und der Unterphase der aktiven Schicht merklicher, und die Matrixphase wurde dergestalt, daß sie hauptsächlich aus GaN mit einer Indiumatomkonzentration von ungefähr 8 × 10¹⁹ cm^–3 hergestellt war. Dementsprechend wurde die aktive Schicht, die die nichtrechtwinklige Potentialstruktur dieses Beispiels annahm, dergestalt, daß sie durch die Mehrphasenstruktur gebildet war, in der GaN, annähernd identisch mit dem Material, das die obere Endschicht der Übergitterstruktur bildete, als die Matrixphase verwendet wurde. Es wurde andererseits eine Tendenz festgestellt, daß ein Indiumanteil der Mikrokristalle, die die Unterphase bilden, umgekehrt erhöht wurde, und ihr Indiumanteil betrug im Mittel ungefähr 15 %. Es wurde ebenfalls eine Tendenz festgestellt, daß die Größe der Unterphase aufgrund einer Verschmelzung der Mikrokristalle mit anderen durch Absenken der Abkühlrate vergrößert wurde. Beide Tendenzen bedeuten ein Phänomen, das auf einem Ostwald-Reifungseffekt (Ostwald ripening effect) in Hinblick auf Quantenpunkte aus einem II-VI- Verbindungshalbleiter CdTe beruht (siehe [OYO BUTURI], Band 67, Nr. 7, (1998), 802-812 und J. Crystal Growth 184/185 (1998), 228-236).
Wenn ein Betriebsstrom von 20 mA über die LED hinweg fließen gelassen wurde, die aus dem vorhergehenden Stapelstrukturkörper hergestellt worden war, wurde von der LED ein bläulich-grünes Licht mit einer zentralen Wellenlänge von ungefähr 470 nm abgestrahlt. Die Emissionsintensität, die unter Verwendung einer üblichen Integrationskugel gemessen wurde, betrug ungefähr 28 μW, und es gab eine hohe Emissionsintensität, die diejenige der LED des Beispiels 1 um ungefähr 33 % überstieg, obwohl es eine Differenz der Wellenlängen des emittierten Lichts gab. Außerdem ist die Emissionsintensität der LED von Beispiel 4 im Vergleich mit derjenigen von Beispiel 3, die die aktive Schicht umfaßt, die aus der ähnlichen Mehrphasenstruktur gebildet ist, ausgezeichnet. Beim Ausbilden der aktiven Schicht, die durch die Mehrphasenstruktur gebildet ist, wurde die Matrixphase der Mehrphasenstruktur aus dem Nitridhalbleitermaterial der Gruppe III mit der gleichen Zusammensetzung wie diejenige der oberen Endschicht der Übergitterstruktur hergestellt, die die "abgeschiedene Schicht" ist, wodurch bewiesen wurde, daß eine höhere Emissionsintensität erhalten worden war.
(Beispiel 5)
Bei der Beschreibung dieses Beispiels wird die vorliegende Erfindung unter Verwendung eines Falles beschrieben, daß eine LED 1 aus dem Stapelstrukturkörper 2 hergestellt worden war, der die Beschaffenheit gemäß der Erfindung umfaßt, die in sowohl der sechsten als auch der siebten Ausführungsform beschrieben ist.
7 ist eine schematische Ansicht, die eine Schnittstruktur der LED 1 zeigt, die bei diesem Beispiel hergestellt wurde. Eine Stapelstruktur aus einem Saphirsubstrat 101 für eine n-leitende, aktive Ga_0,90In_0,20N-Schicht 109, wobei eine Übergitterstruktur 104 dazwischen angeordnet war, war die gleiche wie diejenige von Beispiel 2. Die Übergitterstruktur 104 weist eine obere Endschicht 106 auf, die aus n-leitendem Al_0,05Ga_0,95N hergestellt wurde.
Das Wachstum der n-leitenden, aktiven Ga_0,80In_0,20N-Schicht 109 wurde durch ein MOCVD-Verfahren bei Atmosphärendruck abgeschlossen. Nach einer Unterbrechung des Wachstums für 10 Minuten wurde eine undotierte, n-leitende Al_0,15Ga_0,85N-Schicht 118 mit einem hohen Widerstand auf der aktiven Schicht 109 gestapelt. Der Grund, warum die Wachstumsunterbrechungszeit zweimal länger als diejenige des Beispiels 1 ist, ist, daß ein Krümmungsabschnitt eines Leitungsbandes geschaffen werden soll, der in die aktive Schicht 109 fällt und ausreichend in Richtung eines Fermi-Niveaus fällt, indem eine Abruptheit an der Übergangsgrenzfläche der aktiven Schicht 109 und der Al_0,15Ga_0,85N-Schicht 118 weiter verbessert wird. Die Dicke der Al_0,15Ga_0,85N-Schicht 118 mit hohem Widerstand mit einer Trägerkonzentration von 1 × 10¹⁷ cm^–3 oder weniger wurde auf 3 nm eingestellt. Diese n-leitende Al_0,15Ga_0,85N-Schicht 118 mit hoher Reinheit wurde vorgesehen, um effektiv Elektronen an einem festgelegten Bereich eines Potentialtopfabschnitts anzusammeln, der in der n-leitenden, aktiven Ga_0,80In_0,20N-Schicht 109 gebildet worden war.
Eine Gradientenschicht mit einer Mg-dotierten, p-leitenden Al_XGa_YN-Zusammensetzung (X = 0,15 bis 0) 110 wurde auf der n-leitenden Al_0,15Ga_0,85N-Schicht 118 abgeschieden, wodurch die Ausbildung des Stapelstrukturkörpers 2 abgeschlossen wurde. Gemäß einer Konzentrationsanalyse der Bestandteilelemente von der Oberfläche zum tieferen Teil des Stapelstrukturkörpers 2 durch eine SIMS wurde festgestellt, daß Mg, das ein Dotiermittel der p-leitenden Al_XGa_YN-Schicht 110 war, in die undotierte, n-leitende Al_0,15Ga_0,85N-Schicht 118 eindiffundiert war. Außerdem wurde festgestellt, daß die Abruptheit einer Aluminiumzusammensetzung in der Übergangsgrenzfläche der aktiven Ga_0,80In_0,20N-Schicht 109 und der n-leitenden Al_0,15Ga_0,85N-Schicht 118 mit hohem Widerstand ungefähr 9 nm betrug.
P- und n-leitende, ohmsche Elektroden 112 und 113 wurden auf dem vorhergehenden Stapelstrukturkörper gebildet, um die LED 1 herzustellen. Es wurde beobachtet, daß die zentrale Wellenlänge des emittierten Lichtes ungefähr 505 nm betrug, was länger als diejenige der LED des Beispiels 2 ist. Es wurde beinahe kein Auftreten eines untergeordneten Spektrums außer dem Hauptemissionsspektrum wie bei Beispiel 2 festgestellt. Jedoch ist das Merkmal dieses Beispiels, daß die LED mit einer Hochgeschwindigkeitsantwort erhalten wurde, die derjenigen der LED von Beispiel 2 überlegen war. Wenn die Impulsantwortzeit, die eine konkrete Überlegenheit der Antwort angibt, der LED dieses Beispiels mit derjenigen von Beispiel 2 verglichen wird, beträgt die Impulsantwortzeit dieses Beispiels ungefähr 16 ps, während die Impulsantwortzeit des Beispiels 2 ungefähr 20 ps beträgt. Gemäß der Beschaffenheit dieses Beispiels kann die LED, die eine bessere Antwort zeigt, sicher erhalten werden.
(Beispiel 6)
Bei der Ausbildung der aktiven Schicht 109 aus Ga_0,80In_0,20N, die in Beispiel 5 beschrieben ist, wurde die Dicke der aktiven Schicht 109 auf 3 nm reduziert. Der Gradient der Al-Zusammensetzung (= X) in der darauf gestapelten Gradientenschicht aus der Al_XGa_YN-Zusammensetzung 110 wurde von 0,25 zu 0 (X = 0,25 zu 0) geändert. Dementsprechend ist die aktive Schicht 109, die eine kleinere Dicke als diejenige von Beispiel 5 aufweist, mit einer p-leitenden Deckschicht 110 verbunden, die einen höheren Aluminiumanteil als denjenigen von Beispiel 5 aufweist.
Die Antwortzeit der LED, die aus dem vorhergehenden Stapelstrukturkörper gemäß den in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensschritten hergestellt worden war, zeigte keinen signifikanten Unterschied im Vergleich mit derjenigen der LED des Beispiels 5. Jedoch wurde beobachtet, daß die Wellenlänge des emittierten Lichtes noch länger ist, das heißt 520 nm. Insbesondere wurde bewiesen, daß die Wellenlänge des emittierten Lichtes verlängert wurde, selbst wenn der Anteil (= Z) des Ga_YIn_ZN-Mischkristalls, der die aktive Schicht bildete, nicht so stark verändert wurde, das heißt, annähernd konstant gehalten wurde, indem einfach die Dicke der aktiven Schicht verringert und der Aluminiumanteil (= X) der p-leitenden Al_XGa_YN-Schicht, die sowohl als die Deckschicht als auch als die Kontaktschicht dient, an der Übergangsgrenzfläche mit der aktiven Schicht erhöht wurde. Übrigens beträgt in dem Fall dieser Ausführungsform der inhärente Bandabstand des Ga_0,80In_0,20N, das die aktive Schicht bildet, ungefähr 2,9 eV. (Siehe japanische geprüfte Patentveröffentlichung Nr. 555-3834 B4). Andererseits wird die Übergangsenergie, die der Wellenlänge des erhaltenen, emittierten Lichtes entspricht, als ungefähr 2,4 eV berechnet. Dem entsprechend führte dieses Beispiel zu einer Verringerung der Übergangsenergie um ungefähr 0,5 eV. Außerdem war die Emissionsintensität der LED in dem Chip so hoch, daß sie ungefähr 30 μW betrug.
Da die Erfindung nach Anspruch 1 gebildet wird, indem die aktive Schicht, die eine wesentliche lichtemittierende Schicht ist, auf der Übergitterstruktur vorgesehen wird, kann die aktive Schicht mit einer ausgezeichneten Kristallinität, in der eine Fortpflanzung von Kristallfehlern zu dieser unterdrückt ist, erhalten werden, wodurch die lichtemittierende Vorrichtung (LED) mit einer hohen Emissionsintensität erhalten werden kann. Da bei der Erfindung nach Anspruch 1 die aktive Schicht eine Beschaffenheit aufweist, der ein Niedrigpotentialabschnitt aufgrund der Krümmung des Bandes eigen ist, kann die lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III, die in der Lage ist, ein Licht mit einer vergleichsweise langen Wellenlänge zu emittieren, leicht geschaffen werden.
Da die aktive Schicht außerdem aus einer einzigen Schicht zusammengesetzt ist, zeigt die Erfindung den Effekt, daß Licht mit einer ausgezeichneten Monochromität ohne Auftreten eines zusätzlichen Quantenniveaus emittiert wird.
Die Erfindung nach dem Anspruch 2 zeigt den Effekt, daß eine lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III erhalten werden kann, die in der Lage ist, Licht mit einer ausgezeichneten Monochromität zu emittieren. Insbesondere bei der Erfindung nach Anspruch 2 wird die Übergitterstruktur mit der darauf abgeschiedenen aktiven Schicht durch die Nichtquantenstruktur gebildet, die kein unnötiges Quantenniveau umfaßt, so daß ein untergeordnetes Emissionsspektrum erzeugt wird, wodurch eine Lichtemission mit einer ausgezeichneten Monochromität erhalten wird.
Wird die aktive Schicht durch die Kristallschichten der Mehrphasenstruktur gebildet, die die unterschiedlichen Indiumzusammensetzungen aufweisen, führt dies dazu, daß eine lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III mit einer ausgezeichneten Emissionsintensität erhalten wird. Ist die Matrixphase der Mehrphasenstruktur aus annähernd dem gleichen Material wie dasjenige der darunterliegenden Schicht gebildet, so ist die Qualität der Monochromität der aktiven Schicht merklich verbessert, und somit kann die lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III erhalten werden, die eine ausgezeichnetere Emissionsintensität aufweist.
Ist eine n-leitende Kristallschicht mit hoher Reinheit zwischen der aktiven Schicht und der p-leitenden Deckschicht angeordnet, so kann das Band innerhalb der aktiven Schicht stärker gekrümmt werden, wodurch eine lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III erzeugt wird, die in der Lage ist, Licht mit einer langen Wellenlänge zu emittieren.
Zusammengefaßt löst die Erfindung das Problem, daß eine lichtemittierende Vorrichtung mit einer ausgezeichneten Emissionsintensität schwierig zu erhalten ist, wenn Gallium-Indiumnitrid mit schlechter Kristallinität mit einem hohen Indiumanteil als eine aktive Schicht für eine lichtemittierende Vorrichtung aus einem Nitridhalbleiter der Gruppe III angewandt wird, die ein vergleichsweise langwelliges Licht emittieren kann. Eine lichtemittierende Schicht ist auf einer Übergitterstruktur als eine Basisschicht vorgesehen, wobei die Kristallinität der lichtemittierenden Schicht dann verbessert ist. Außerdem ist die Abruptheit einer Kristallzusammensetzung an der Grenzfläche der lichtemittierenden Schicht und einer oberen Übergangsschicht sichergestellt, wodurch ein Krümmungsabschnitt einer Bandstruktur gebildet wird, der zweckmäßig ist, damit die Emissionsschicht Licht mit einer langen Wellenlänge emittieren kann.

Claims

Lichtemittierende Vorrichtung aus einem Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter, mit einer Doppelhetero-(DH)-Übergangsstruktur nach Art eines pn-Übergangs, die eine auf einer Oberfläche eines Einkristallsubstrats (101) gebildete n-leitende Deckschicht (103) und p-leitende Deckschicht (110) und eine zwischen der n-leitenden und der p-leitenden Deckschicht vorgesehene, aus einer Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterkristallschicht hergestellte lichtemittierende Schicht umfaßt, wobei die lichtemittierende Schicht eine Übergitterstruktur (104) umfaßt, die aus näher an der n-leitenden Deckschicht (103) angeordneten n-leitenden Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterkristallschichten, die abwechselnd periodisch gestapelt sind, besteht, wobei diese Schichten unterschiedliche Anteile des Gruppe-III-Bestandteilelements, annähernd die gleiche Dicke und eine im Bereich von zwei bis fünfundzwanzig Paaren liegende Stapelzyklenzahl aufweisen, und eine aus einer n-leitenden Gruppe-III-Nitrid-Halbleiterkristallschicht hergestellte aktive Schicht (109) auf einer oberen Endschicht (106) der Übergitterstruktur (104) vorgesehen ist, die an dem näher an der p-leitenden Deckschicht (110) gelegenen Ende der Übergitterstruktur (104) angeordnet ist, wobei die aktive Schicht (109) aus einer einzigen, direkt mit der oberen Endschicht (106) verbundenen n-leitenden Gallium-Indiumnitrid-Mischkristallschicht hergestellt ist und aufgrund einer Krümmung der Energiebandkanten im Ortsraum eine nichtrechtwinklige Potentialstruktur aufweist.
Lichtemittierende Vorrichtung aus einem Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter nach Anspruch 1, wobei die Übergitterstruktur (104) eine Nichtquantentopfstruktur annimmt, bei der zwei aus leitfähigem, n-leitendem Aluminium-Gallium-Indiumnitrid-Mischkristall (Al_XGa_YIn_ZN: 0 ≦ X < 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ Z < 1, X + Y + Z = 1) hergestellte Schichtarten (104b, 104c) abwechselnd übereinandergestapelt sind, wobei jede der Schichten (104b, 104c) eine Differenz von 5 nm oder weniger in der Dicke und einen unterschiedlichen Anteil des Gruppe-III-Bestandteilelements aufweist.