DE3228787A1

DE3228787A1 - Lumineszenzdiode

Info

Publication number: DE3228787A1
Application number: DE19823228787
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 8520 Erlangen Rühle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-08-02
Filing date: 1982-08-02
Publication date: 1984-02-09
Also published as: JPS5944880A

Description

Lumineszenzdiode
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lumineszenzdiode, bei der auf einem p-dotierten-Gallium-Arsenid-Substrat eine hoch p-dotierte Epitaxieschicht vorgesehen ist, die aus der Mischkristallrihe Gallium-Aluminium-Arsen in der Zusammensetzung Gal-xA1#As besteht und auf der eine schwach n-dotierte Epitaxieschicht vorgesehen ist, die aus der Mischkristallreihe Gallium-Aluminium-Arsen in der Zusammensetzung GA1-yAlyAs besteht.
Leuchtdioden enthalten bekanntlich einen in- Flußrichtung betriebenen pn-Ubergang. Die in dieser Betriebsart inJizierten Minoritätsladungsträger rekombinieren unter Aussendung von sichtbarer elektromagnetischer Strahlung. Abhängig vom jeweiligen Halbleitermaterial und den Dotierungsstoffen entsteht dabei Licht unterschiedlicher Wellenlänge. Je nach Modifikation und eingebaulen Störstellen kann man beispielsweise beim Galliumphosphid Lumineszenz in verschiedenen Farben erhalten.
Es ist eine Lumineszenzdiode bekannt, bei der auf einem p-dotierten Gallium-Arsenid-Substrat eine hoch dotierte p-Schicht vorgesehen ist, die aus der Mischkristallreihe Gallium-Aluminium-Arsen in der Zusammensetzung Ga1 xAlxAs besteht. Auf dieser hoch dotierten p-Schicht ist eine schwach dotierte n-Schicht vorgesehen, die aus der Mischkristallreihe Gallium-Aluminium-Arsen in der usammensetzung Ga1 yAlyAs besteht. Die strahlende Rekombination findet in der p-Schicht statt, deren Aluminiumkonzentration 0,354x#0,4 beträgt und damit in der Nähe des Kreuzungspunktes des direkten T'-Minimum mit den indirekten X- und L-Minima liegt.
Der Akzeptor dieser hoch dotierten p-Schicht ist Zink. Die Aluminiumkonzentration y der schwach dotierten n-Schicht ist etwa 0,7 und als Donator ist Tellur vorgesehen. Das emittierte rote Licht hat eine Wellenlänge von etwa 650 nm (LEERE mransactions on Electron Device, Vol. ED-28, No. 4, April 1981, Seiten 416 bis 420).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Lumineszenzdiode zu verbessern, insbesondere soll die strahlende Quantenausbeute bei kürzeren Wellenlängen erhöht werden.
Diese Aufgabe wird gelöst mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1. Um die Wellenlänge zu erniedrigen, d.h., die Photonenenergie hv zu vergrößern, muß die- Energielücke Eg des lumineszierenden Gallium-Aluminium-Arsen Ga1~xAlxAs-Schicht und damit die Aluminiumkonzentration x erhöht werden. Aber mit zunehmender Aluminiumkonzentration x befinden sich immer -mehr Elektronen in den indirekten X- und L-Minima und sind für die strahlende Rekombination verloren. Für Wellenlängen kleiner 680 nm nimmt daher die Quantenausbeute sehr stark mit kürzeren Wellenlängen ab. Der Kreuzungspunkt des direkten r -Minimums mit den indirekten X- und L-Minima für die Aluminiumkonzentration x bildet einen Grenzwert.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß man die Akzeptorionisierungsenergie EA erniedrigt, indem man Magnesium oder Beryllium als Akzeptoren der hoch dotierten p-Schicht verwendet. Magnesium oder Beryllium als Akzeptoren der p-dotierten Gallium-Aluminium-Arsen-Schicht in der Zusammensetzung Ga1 xAlxAs haben nach Halleffektsmessungen bei einem Aluminiumgehalt x = 0,4 eine Akzeptorionisierungsenergie EA = 12,5 meV und der Akzeptor Zink bei demselben Aluminiumgehalt x eine Akzeptorionisierungsenergie EA = 42 meV. Die Photonenenergie hv vergrößert sich somit bei gleichbleibender Energielücke Eg um etwa 30 meV. D.h., die gleiche Photonenenergie hv # ,also die gleiche Wellenlänge ; wie beim Akzeptor Zink zu erzielen, kann die Energielücke Eg um etwa 30 meV kleiner sein, die Wluminiumkonzentration x also um etwa 0,01 bis 0,02 erniedrigt werden. Durch diese Erniedrigung der Aluminiumkonzentration x sind mehr Elektronen im direkten 7-Minimum und stehen der strahlenden Rekombination zur Verfügung, die Quantenausbeute wird also für diese Photonenenergie hv erhöht. Nach wie vor hängt die Quantenausbeute stark von der Photonenenergie hr ab, jedoch ist für jede Photonenenergie hw die Quantenausbeute höher, wenn Magnesium oder Beryllium verwendet werden.
Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer Lumineszenzdiode nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.
In der dargestellten Ausführungsform enthält die Lumineszenzdiode einen Halbleiterkörper 2 aus einem Gallium-Arsenid-Substrat 4, das mit Hilfe von Dotierungsstoffen, beispielsweise Zink, niederohmig ist. Auf der Oberseite des Substrats 4 ist eine Epitaxieschicht 6 aufgewachsen, die aus der Mi schkristallreihe Gallium-Aluminium-Arsen in der Zusammensetzung Ga1 xAlxAs besteht. Die Aluminiumkonzentration x kann beispielsweise für rotleuchtende Dioden 0,3<x<0,45 sein, wobei die Wellenlänge mit x von etwa 700 nm bis 630 nm variiert. Auf der Epitaxieschicht 6 ist eine zweite n-leitende Epitaxieschicht 8 aufgewachsen, die aus der Mischkristallreihe Gallium-Aluminium-Arsen in der Zusammensetzung Ga1 yAlyAs besteht. Um eine effiziente Elektroneninjektion zu erhalten,kann die Aluminiumkonzentration beispielsweise 0,-5= yl 0,8 betragen, insbesondere ist die Aluminiumkonzentration y = 0,7. Die Kontaktierung erfolgt jeweils an den inden der Epitaxieschicht 8 durch ohmsche Kontakte 10 und 12, die beispielsweise aus Gold-Gerinanium-Legierungen bestehen können. Die Unterseite des Gallium-Arsenid-Substrats 4 ist mit einem flächenhaften ohmschen Kontakt 14,beispielsweise aus einer Gold-Zink-Legierung, versehen.
Durch die Verwendung von Magnesium oder Beryllium als Akzeptoren der Epitaxieschicht 6, die aus der Mischkristallreihe Gallium-Aluminium-Arsen in der Zusammensetzung Ga1 xAlxAs besteht, mit einer Dotierungskonzentration von beispielsweise 1017= n, = 5 x 1018 cm 3, insbesondere 2 x 1018 cm wird der Quantenwirkungsgrad der strahlenden Rekombination bei rotleuchtenden Lumineszenzdioden, die bei Wellenlängen kleiner 680 nm emittieren, wesentlich erhöht.
5 Patentansprüche 1 Figur Leerseite

Claims

Patentansprüche Lumineszenzdiode, bei der auf einem p-dotierten Gallium-Arsenid-Substrat (4) eine hoch p-dotierte Epitaxieschicht (6) vorgesehen ist, die aus der Mischkristallreihe Gallium-Aluminium-Arsen in der Zusammensetzung Ga1-xAlxAs besteht und auf der eine schwach n-dotierte Epitaxieschicht (8) vorgesehen ist, die aus der Mischkristallreihe Gallium-Aluminium-Arsen in der Zusammensetzung Ga1 yAlyAs besteht, d a d u r c h g e k e n n z -e i c h n e t, daß als Akzeptoren der hoch p-dotierten Epitaxieschicht (6) Magnesium oder Beryllium vorgesehen sind.
2. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Donator der schwach n-dotierten Epitaxieschicht (8) Tellur vor-.

gesehen ist.
3. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dotierungskonzentration der p-dotierten Epitaxieschicht 101 7<nA<5x1018cm-3 ist.
4. Lumineszenzdiode-nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Aluminiumkonzentration der Epitaxieschicht (o) 0,3#x#0 ~45 ist.
5. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1, d a c u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Aluminium konzentration der Epitaxieschicht (s) 0,5<y<0,8 ist.