DE2813918A1 - Leucht-halbleiter-bauelement - Google Patents
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Description
1. Revaz Alexandrovich Charmakadze Tbilisi, prospekt Vazha Pshavela,
6 kvartal, korpus 24, kv. 22 UdSSR
2. Rafael Iraklievich Chikovani Tbilisi, prospekt Vazha Pshavela, 51,
korpus 8, kv. 1 UdSSR
Leucht-Halbleiter-Bauelement
Die Erfindung bezieht sich auf ein Leucht-Halbleiter-Bauelement .
Die Erfindung kann in Leucht-Halbleiterinjektions-Bauelementen,
Anzeigegeräten, Matrizen, im Farbfernsehen sowie in Steuerschaltungen mit Dauer- oder Impulsbetrieb
verwendet werden.
Es ist ein Leucht-Planar-Halbleiter-Bauelement (zum Bau von Leucht-Dioden) bekannt (vgl. z. B. US-PS 3 849
vom 19. 11. 1974), bei dem auf ein p-(leitendes)Siliziumsubstrat mittels Hochfrequenz-Zerstäubung eine isolierende
polykristalline Schicht aus Galliumnitrid GaN aufgetragen ist und mit dieser eine Transparentschicht aus Indiumoxid
kontaktiert.
Bei einer elektrischen Feldstärke E = 10 V/cm und einer Speisespannung U = 10 - 30 V findet in der Gallium-
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nitrid-Schicht eine Rekombination von injizierten Ladungsträgern
statt, die eine blaßblaue Strahlung hervorruft, deren kritische Wellenlänge 0,48 .um beträgt.
Nachteilig beim bekannten Bauelement ist die hohe
"7
elektrische Feldstärke, die der ca. 10 V/cm betragenden
Durchschlags-Peldstärke nahekommt und durch den Rekombinationsmechanismus
von entgegengesetzten ungleichnamigen Ladungen in das Galliumnitrid bedingt ist, deren Quellen
das Substrat und der Metallkontakt sind.
Darüber hinaus zeigt das bekannte Bauelement nur ein schwaches Leuchten, das bei Tageslicht bei einer genügend
hohen Speisespannung (10 - 30 V) unsichtbar ist, was das
Anwendungsgebiet dieses Bauelements einengt. Beim bekannten Bauelement ist es infolge der Absorption der Strahlungsenergie
im Siliziumsubstrat erforderlich, einen komplizierten transparenten Kontakt zu schaffen, was wiederum
die Herstellungstechnologie für Geräte auf der Grundlage dieses bekannten Bauelements kompliziert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Leucht-Halbleiter-Bauelement
mit breiten Anwendungsmöglichkeiten zu schaffen, das ein violettabschattiertes Leuchten zeigt,
das in hell beleuchteten Räumen sichtbar ist und bei einer Speisespannung von weniger als 8 V durch Änderung der Art
des Ladungsxnjektionsmechanismus im Bauelement auftritt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Das erfindungsgemäße Leucht-Halbleiter-Bauelement
zeichnet sich durch helle Strahlung in einem Wellenlängen-
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bereich von 0,43 - 0,48 .um (430 - 480 nm) sowie durch
Einfachheit in Aufbau und Herstellung aus.
Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Leucht-Halbleiter-Bauelement beispielsweise näher erläutert.
Das Leucht-Halbleiter-Bauelement enthält ein Substrat aus Saphir, auf das eine Epitaxie-Halbleiter-Schicht 2 aus
einkristallinem n-Galliumnitrid GaN aufgebracht ist. Auf die Schicht 2 ist eine Halbleiter-Schicht 3 aus p-Aluminiumnitrid
AlN aufgetragen, die mit der Schicht 2 einen Injektionsheteroübergang 4 bildet. Auf der Schicht 3 ist eine
metallische Elektrode 5 aus Aluminium und auf der Schicht 2 eine andere Elektrode 6 aus Indium aufgebracht.
Die Schicht 2 wird auf dem Substrat 1 durch epitaxiales
Aufwachsen aus einer Gasphase einkristallinen Galliumnitrids und die Schicht 3 auf der Galliumnitrid-Schicht
durch Plasmatechnologie hergestellt.
Die Schicht 2 bzw. 3 kann man halbisolierend ausbilden, was es gestattet, die fertigungstechnischen Möglichkeiten
für die Herstellung des Bauelements zu erweitern.
Bei Zufuhr eines Durchlaßvorstroms (Anlegen einer Vorspannung) zu den Elektroden 5 und 6 erfolgt eine Ladungsträgerinjektion
in das Galliumnitrid wegen des Injektionsheteroüberganges 4 zwischen der Galliumnitrid-Schicht
3 und der Aluminiumnitrid-Schicht 4 sowie wegen Rekombination von Ladungsträgern in der Schicht 2. Die
Strahlung wird über das Substrat 1 sowie aus der Aluminiumnitrid-Schicht 3» die als optisches Fenster dient, herausgeführt.
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Das erfindungsgemäße Leueht-Halbleiter-Bauelement zeichnet sich aus durch eine wirksame Injektion von Ladungsträgern
bei kleiner elektrischer Feldstärke von nicht mehr als 1,5 · 10 V/cm sowie eine sehr homogene
Strahlung über die gesamte Oberfläche des Bauelements bei Vorspannungen von 2,5 - 8 V.
Zur vollständigen Erläuterung der Erfindung werden nachstehende Ausführungsbeispiele des Leucht-Halbleiter-Bauelements
angegeben.
Das Bauelement enthält folgende Bestandteile:
a) Substrat aus Saphir (Dt-Al2O-,) mit Orientierung
{pooij, das mechanisch bis auf die 14. Genauigkeitsklasse
bearbeitet und dann in einem Wasserstoffstrom bei einer Temperatur von 1500 bis 1700 0C behandelt worden ist;
b) Epitaxie-Halbleiterschicht aus einkristallinem n-Galliumnitrid mit einer Ladungsträgerkonzentration von
ca. 4 · 10 " cm"', einer Orientierung [oOOlJ und einer
Dicke von 18 ,um;
e) 0,1 ,um starke Halbleiterschicht aus p-Aluminiumnitrid;
d) erste Elektrode mit einem Durchmesser von 0,3 mm,
hergestellt durch Aufdampfen von Aluminium auf die Aluminiumnitrid-Schicht ;
e) zweite Elektrode, hergestellt durch Schmelzen von Indium auf die Galliumnitrid-Schicht.
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Bei Anlegen einer in Durchlaßrichtung gepolten Spannung von 5 bis 8 V an den Elektroden wird eine Strahlung
an der Seite des Saphir-Substrats beobachtet. Die
Strahlungsenergie im Maximum der Spektralbande beträgt ca. 2,82 eV (T = 300 0K).
Das Bauelement enthält folgende Bestandteile:
a) Substrat aus Saphir (oc -Al0O,) mit Orientierung
[0001 j ;
b) 8 ,um starke Epitaxie-Schicht aus n-Galliumnitrid
iner Ladungsträgerkonzentrai
und einer Orientierung 'OOOIJ ;
und einer Orientierung 'OOOIJ ;
IQ mit einer Ladungsträgerkonzentration von ca. 4 · 10 cm
c) 0,03 /Um starke Halbleiterschicht aus p-Aluminiumnitrid;
d) erste Elektrode mit einem Durchmesser von 0,3 /Um,
hergestellt durch Aufdampfen von Aluminium auf die Aluminiumnitrid-Schicht ;
e) zweite Elektrode, hergestellt durch Schmelzen von Indium auf die Galliumnitrid-Schicht.
Sobald an die Elektroden eine Durchlaßspannung von 2,5 - 5 V angelegt wird, wird eine Strahlung an der Seite
des Substrats beobachtet. Die Strahlungsenergie im Maximum der Spektralbande beträgt etwa 2,76 eV (T = 300 0K).
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Claims (3)
- BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ PATENTANWÄLTE 2813918Steinsdorfstr. 10 · D-8000 München 22 Dipl.-Ing. R. BEETZ sen.Telefon (089) 227201 - 227244 - 295910 Dipl.-Ing. K. LAMPRECHTTelex 522048 - Telegramm Allpatent München Dr.-Ing. R. BEETZ jr.ir-zQ_p ο nrqp Rechtsanwalt Dipl.-Phys. Dr. jur. U. HEIDRICH■jj £t)-u^ Dr.-Ing. W. TIMPEDipl.-Ing. J. SIEGFRIEDPriv.-Doz. DipL-Chem. Dr. rer. nat. W. SCHMITT-FUMIAN31. März 1978 AnsprücheLeucht-Halbleiter-Bauelement,mit einer Halbleiterschicht aus n-Galliumnitrid auf einem Substrat,dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) aus Saphir besteht, und daß auf die epitaxial aufgewachsene Halbleiterschicht (2) aus einkristallinem Galliumnitrideine mit dieser einen Injektionsheteroübergang (1J) bildende Halbleiterschicht (3) aus p-Aluminiumnitrid aufgetragen ist.
- 2. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Galliumnitrid-Halbleiterschicht (2) halbisolierend ist.
- 3. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß die Aluminiumnitrid-Halbleiterschicht (3) halblisolierend ist.530-(P. 7351Jl-E-Ol)-HdSl809841 /0879
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