DE2613630C2

DE2613630C2 - Halbleiter-Lumineszenzdiode

Info

Publication number: DE2613630C2
Application number: DE2613630A
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. 8012 Ottobrunn Winstel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-01-28
Filing date: 1976-03-30
Publication date: 1982-05-27
Also published as: DE2613630A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine wie im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebene Halbleiter-Lumineszenzdiode.

Aus der US-Patentschrift 38 19 974 ist eine Halbleiter-Lumineszenzdiode bekannt, bei der sich auf einem Saphir-Substrat ein epitaktisch aufgebrachter, N-leitender Halbleiter aus Galliumnitrid befindet. Dieser Halbleiter ist auf seiner dem Saphir-Substrat abgewandten Seite durch Dotierung mit Magnesium intrinsisch leitend gemacht. Es liegt dort somit eine Lumineszenzdiode vor mit einem N-Ieitenden Halbleiterkörper und einer darauf befindlichen intrinsisch leitenden Haibleiterschicht. Das Material der beiden Halbleiterbereiche hat naturgemäß eine übere-nslimmende Gitterkonstante, da eine Dotierung auf die Gitterkonstante keinen wesentlichen Einfluß hat. Ebenso ist auch der Bandabstand des Halbleitermaterials in einem für die noch nachfolgend zu beschreibende Erfindung relevanten Sinne gleich groß.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aufbau für eine Halbleiter-Lumineszenzdiode anzugeben, die aufgrund verringerter strahlungsloser Ladungsträger-Rekombination eine erhöhte Lumineszenzausbeute hat.

Diese Aufgabe wird mit einer wie im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Halbleiter-Lumineszenzdiode erfindungsgemäß gelöst, wie dies im Kennzeichen des Patentanspruches angegeben ist.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß strahlungslose Ladungsträger-Rekombinationen bevorzugt in oberflächennahen Bereichen eines Halbleiterkörpers auftreten. Dies gilt insbesondere für Ill-V-Halbleitermaterialien und speziell für Galliumarsenid. Dieser störende Einfluß der Oberfläche kann durch eine chemische Oberflächenbehandlung nur wenig beeinflußt werden. Eine verhältnismäßig geringe Anzahl von Oberflächenstörungen tritt dann auf, wenn die Oberfläche des zur Liimineszenz-Strahlungscrzeugung vorgesehenen Halbleiterkörpers zu einer inneren Grenzfläche gemacht wird, indem man auf den Halbleiterkörper Material der im wesentlichen gleichen Kristallstruktur, d. h. im wesentlichen gleicher Gitterkonstante aufbringt. Ist diese aufgebrachte Material zusätzlich wenig leitfähig, so läßt sich eine Art Feldeffekt-Struktur erreichen. Das jetzt nahe der zu einer inneren Grenzfläche gewordenen Oberfläche erzeugte Licht verläßt dann den Körper durch diese zusätzliche Schicht hindurch.

Damit die strahlende Rekombination zu einem besonders hohen Grade in dem Halbleiterkörper erfolgt und sich nicht doch in die zusätzliche Schient hinein erstreckt, die der wirklichen Oberfläche der ganzen

to Diode näher liegt, ist nunmehr also vorgesehen, daß diese zusätzliche Schicht aus einem Halbleitermaterial besteht, dessen Abstand der Energiebänder um wenigstens 2 kT größer ist als der Abstand der Energiebänder des Materials des Halbleiterkörpers.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden, anhand der Figur eines Ausführungsbeispiels gegebenen Beschreibung hervor.

Mit 1 ist der Halbleiterkörper bezeichnet, der auch eine auf einem Substratkörper befindliche Halbleiterschicht sein kann. Der Halbleiterkörper 1 besteht vorzugsweise aus Galliumarsenid oder aus Galliumphosphid. Auf diesem ist eine zusätzliche Schicht 2 aus intrinsisch leitendem Halbleitermaterial angeordnet. Das Material der Schicht 2 hat bis auf eine Abweichung der Gitterkonstanten von maximal ca. 1% die gleiche Kristallstruktur wie der Halbleiterkörper 1. Der Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden aneinandergrenzenden Materialien soll unter etwa 10% liegen.

Jf Für die Schicht 2 ist ein Halbleitermaterial vorgesehen, dessen Bandabstand um wenigstens 2 kT, k ist hier die Boitzmann-Konstante, bei der für die Lumineszenzdiode vorgesehenen Betriebstemperatur Tgrößer ist als der Bandabstand zwischen den Energiebändern des Materials des Halbleiterkörper 1. Damit ist nicht nur erreicht, daß eine aufgrund von Band-Bandübcrgängen erzeugte Lumineszenzstrahlung die Schicht 2 praktisch ungedämpft durchqueren kann, sondern mit dieser Auswahl ist dafür gesorgt, daß mehr als 90% der Ladungsträger vom Halbleiterkörper 1 die Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper 1 und der Schicht 2 nicht überschreiten können. Dies führt dazu, daß bei der Diode die strahlende Rekombination tatsächlich in einer Zone 7 erfolgt, die innerhalb des Haibleitürkörpers 1 an

■^|r> der Grenzfläche zwischen Halbleiterkörper 1 und Schicht 2 liegt, die aber von der äußeren Oberfläche der Anordnung bzw. der Haibleiterschicht 2 entfernt liegt. Mit 3 ist eine im Regelfall sehr dünne, lichtdurchlässige Eiektrodenschicht bezeichnet. Mit 5 ist ein Anschluß für diese Eiektrodenschicht 3 angegeben. Mit 6 ist ein für den Diodenstroni sperrfreier Kontakianschluß zum Halbleiterkörper I bezeichnet.

Um den Übergang zwischen Halbleiterkörper 1 und Schicht 2 optimal zu machen, ist ein epi'.aktisches

'"'■*> Aufwachsen für die Haibleiterschicht 2 vorgesehen. Bei Galliumarsenid für den Halbleiterkörper I eignet sich insbesondere Gallium-Alumiiiiumarscnid für die Schicht 2. Für Galliumphosphid als Material des Halbleiterkörpers 1 empfiehlt es sich, z. B. Gallium-Aluminiumphos-

^uü phid für die Schicht 2 vorzusehen. In an sich bekannter Weise können die lli-V-Verbindungshalbleiter-Matenalicn der Schicht 2 durch Dotierung mit Eisen, Chrom oder Sauerstoff intrinsisch leitend gemacht werden. Dies kann durch normale Dotierung beim epilaktischen

¹^ Aufwachsen oder auch durch lom.'iibcschuß nachträglich durchgeführt werden. Für die Schicht 2 wird ein spezifischer Widerstandst :n von mehr als etwa 10* Ohm · cm bevorzugt.

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Fine für die aus der Zone 7 austretende Strahlung 8 ersetzen kann.

durchlässige Elektrodenschicht läßt sich bei Verwen- Der durch die Lumineszenzdiode hindurchfließende

dung von Zinnoxid oder Indiumoxid erreichen. elektrische Strom durchquert die Schicht 2 nach Art

Mit 4 ist eine auf der Unterseite des Halbleiterkörpers eines Tunnel-Effekts. Für die Schicht 2 wird eine

angebrachte Elektrode bezeichnet, die die Elektrode 6 ~> Schichtdicke zwischen 20 nm und 1000 nm bevorzugt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Halbleiter-Lurr.ineszenzdiode, mit einem einen bestimmten Leitfähigkeitstyp aufweisenden Halbleiterkörper, mit einer auf diesem Halbleiterkörper epitaktisch aufgebrachten, intrinsisch leitenden Haibleiterschicht, mit einer ersten Anschlußelektrode, die mit dem Halbleiterkörper in Verbindung steht, und mit einer schichtartigen, zweiten Anschlußelektrode, die auf der Halbleiterschicht angeordnet ist, wobei sich die für die epitaktische Aufbringung wesentliche Gitterkonstante des Materials der Haibleiterschicht von der Gitterkonstante des Materials des Halblei'erkörpers um weniger als 1% unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialauswahl so getroffen ist, daß der Abstand zwischen Valenz- und Leitfähigkeitsband in der Haibleiterschicht bei der Betriebstemperatur T der Diode um wenigstens 2 kT größer als der entsprechende Bandabstand im Halbleiterkörper ist, wobei itdie Boltzmannkonstante ist.