DE4017632A1 - Lichtemittierende halbleitervorrichtung - Google Patents
Lichtemittierende halbleitervorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Halbleitervor
richtung, insbesondere eine lichtemittierende Halbleitervor
richtung mit einem Halbleitermaterial aus einem InGaAlP-
System.
Von den Halbleitern aus Verbindungen der Gruppen III-V mit
zu GaAs passendem Gitter besitzen In1-y (Ga1-xAlx)y P-Misch
kristalle (0 x 1 und 0 y 1) den größten direkten
Übergangsbandabstand und haben somit erhebliche Beachtung
als Materialien zur Herstellung lichtemittierender Vorrich
tungen für den Bereich sichtbaren Lichts gefunden. In
jüngster Zeit konnte auf einem GaAs-Substrat durch chemisches
Bedampfen mit Hilfe einer organometallischen Verbindung (im
folgenden als "MOCVD-Verfahren" bezeichnet) eine InGaAlP-
Kristallschicht gebildet werden. Es ist auch bereits ein
unter Verwendung dieser Technik hergestellter Halbleiter
laser für sichtbares Licht bekanntgeworden.
Bei einer lichtemittierenden Diode für einen Bereich sicht
baren Lichts wird in einem Rotbereich ein Material aus dem
GaAlAs-System zur Herstellung einer Vorrichtung hoher
Leuchtdichte verwendet. Da jedoch ein indirektes Übergangs
material, wie GaP oder GaAsP in einem Bereich kürzerer
Wellenlänge als derjenigen des Rotbereichs verwendet wird,
konnte bisher noch keine Vorrichtung hoher Leuchtdichte ent
sprechend derjenigen einer Vorrichtung für den Rotbereich
bereitgestellt werden.
Da ein Material aus dem InGaAlP-System - wie beschrieben -
bis zu einem Grünbereich eine direkte Übergangsbandstruktur
aufweist, läßt sich unter Verwendung eines solchen Materials
eine lichtemittierende Diode hoher Leuchtkraft über einen
breiten Bereich sichtbaren Lichts herstellen. Zur Herstellung
einer solchen Vorrichtung muß jedoch zur Verminderung des
Systemwiderstands der Vorrichtung InGaAlP niedrigen spezifischen
Widerstands gezüchtet werden. Es bereitet jedoch Schwierigkeiten,
einen niedrigen Widerstand aufweisendes InGaAlP bereitzu
stellen, und zwar insbesondere in einer Schicht vom p-Typ.
Zur Senkung des Widerstands einer Schicht vom p-Typ muß hoch
konzentriert mit Fremdatomen vom p-Typ dotiert werden. Wenn
jedoch bei einem Material vom InGaAlP-System Fremdatome in
hoher Konzentration eindotiert werden, läßt sich lediglich
ein Teil der eindotierten Fremdatome elektrisch aktivieren,
d.h. die Aktivität sinkt unter Sättigung der Trägerkonzen
tration. Wenn darüber hinaus der Al-Anteil erhöht wird, sinkt
das Verhältnis der vorhandenen eindotierten Fremdatome unter
Begrenzung der Konzentration an den eindotierten Fremdatomen.
Darüber hinaus ist die Mobilität der Träger in InGaAlP ver
gleichsweise gering. Insbesondere ist die Mobilität der
Löcher ausgesprochen gering und liegt in der Größenordnung
von 10-20 cm2/V · s. Folglich läßt sich der Widerstand beim
Dotieren in einer Konzentration von etwa 1018 cm-3 nicht be
sonders stark vermindern. Aus diesem Grund verbreitern sich
in einem LED-Gebilde, bei dem in der angegebenen Reihenfolge
auf ein Substrat aus GaAs vom n-Typ eine erste Plattier
schicht mit InGaAlP vom n-Typ, eine aktive Schicht aus
InGaAlP und eine zweite Plattierschicht aus InGaAlP vom
p-Typ aufgetragen sind, von einer Elektrode injizierte
Löcher nicht ohne weiteres in seitliche Richtung, wobei
der Hauptteil der Lichtemissionsrekombination in der aktiven
Schicht unterhalb einer Elektrode auf der Seite der Schicht
vom p-Typ stattfindet. Folglich erfolgt eine Lichtemission
in lediglich einem peripheren Bereich der Elektrode auf der
Seite der Schicht vom p-Typ, was zu einem sehr niedrigen
Emissionslichtextraktionsgrad führt. Da Dotiermittel vom
n-Typ relativ einfach in hoher Konzentration dotiert werden
können, läßt sich durch Aufeinanderstapeln einer ersten
Plattierschicht aus InGaAlP vom p-Typ, einer aktiven
Schicht aus InGaAlP und einer zweiten Plattierschicht aus
InGaAlP (in der angegebenen Reihenfolge) auf ein Substrat
aus GaAs vom p-Typ ein LED-Gebilde herstellen. Die Elektro
nenmobilität in in einer Plattierschicht zu verwendendem
InGaAlP ist in einem Zusammensetzungsbereich mit hohem Al-
Anteil nicht so hoch, d.h. etwa 100 cm2/V · s. Zur Verbreitung
eines Injektionsstroms in seitliche Richtung muß folglich
die Dicke der zweiten Plattierschicht vom n-Typ auf einige
10 µm oder mehr erhöht werden. Theoretisch ist es nicht un
möglich, nach dem als Kristallzüchtungsverfahren für das
InGaAlP-Material geeigneten MOCVD-Verfahren einen dicken
Film der angegebenen Stärke zu züchten. Diese Technik ist
jedoch nicht praktikabel, da sie beispielsweise eine sehr
lange Wachstumszeit oder eine sehr große Menge an gasförmi
gem Lieferanten für das Material der Gruppe V erfordert.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine lichtemittierende
Halbleitervorrichtung hohen Lichtextraktionsgrades und hoher
Leuchtkraft anzugeben.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine lichtemittierende
Halbleitervorrichtung aus einem aus einer Verbindung bestehenden
Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer
auf dem Substrat gebildeten InGaAlP-Schicht mit einem licht
emittierenden Bereich, einer auf der InGaAlP-Schicht ge
bildeten GaAlAs-Schicht größeren Bandabstands als ihn die
InGaAlP-Schicht aufweist, und einer auf einem Teil der
GaAlAs-Schicht gebildeten Elektrode, wobei Licht von einer
Oberfläche auf der Elektrodenseite mit Ausnahme der Elektrode
emittiert wird.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine lichtemittierende
Halbleitervorrichtung aus einem aus einer Verbindung be
stehenden Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps,
einer auf dem Substrat gebildeten und im wesentlichen aus
InGaAlP eines ersten Leitfähigkeitstyps bestehenden unteren
Plattierschicht, einer auf der unteren Plattierschicht be
findlichen und im wesentlichen aus InGaAlP bestehenden
aktiven Schicht, einer auf der aktiven Schicht gebildeten
und im wesentlichen aus InGaAlP eines zweiten Leitfähigkeits
typs bestehenden oberen Plattierschicht und einem auf der
oberen Plattierschicht gebildeten Stromblockierbereich des
ersten Leitfähigkeitstyps größeren Bandabstands als ihn
die die aktive Schicht bildende InGaAlP-Schicht aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine lichtemittierende
Halbleitervorrichtung aus einem aus einer Verbindung be
stehenden Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps,
einer auf dem Substrat gebildeten und im wesentlichen aus
InGaAlP des ersten Leitfähigkeitstyps bestehenden unteren
Plattierschicht, einer auf der unteren Plattierschicht vor
gesehenen und im wesentlichen aus InGaAlP bestehenden aktiven
Schicht und einer auf der aktiven Schicht gebildeten und im
wesentlichen aus InGaAlP eines zweiten Leitfähigkeitstyps
bestehenden oberen Plattierschicht, wobei selektiv zwischen
dem Substrat und der unteren Plattierschicht ein Zwischen
bandabstandsbereich mit größerem Bandabstand als ihn das
Substrat aufweist und geringerem Bandabstand als ihn die
untere Plattierschicht besitzt, gebildet wird.
Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsformen in
den Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine LED (Leuchtdiode)
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 einen Querschnitt zur Veranschaulichung der Strom
verteilung und eines lichtemittierenden Bereichs
der LED gemäß Fig. 1;
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine LED mit einer Strom
blockierschicht gemäß einer anderen Ausführungs
form der Erfindung;
Fig. 4A bis 4D Querschnitte zur Erläuterung der Herstel
lungsstufen der in Fig. 3 dargestellten LED;
Fig. 5 einen Querschnitt durch eine modifizierte LED ge
mäß Fig. 3;
Fig. 6 und 7 Querschnitte durch eine LED mit einer Strom
blockierschicht gemäß einer weiteren Ausführungs
form der Erfindung;
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer LED mit
einem Zwischenbandabstandsbereich gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 einen Querschnitt durch die LED gemäß Fig. 8 und
Fig. 10 und 11 eine perspektivische bzw. plane Darstellung
der Beziehung zwischen einem Zwischenbandabstands
bereich und einer Elektrode auf der n-Typseite bei
einer modifizierten LED gemäß Fig. 8.
Wie bereits erwähnt, ist in Fig. 1 in schematischem Quer
schnitt der Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungs
gemäßen lichtemittierenden Halbleitervorrichtung dargestellt.
Fig. 1 zeigt, daß nach und nach auf eine Hauptfläche eines
aus n-GaAs bestehenden Substrats 11 eine untere Plattier
schicht 12 aus n-In0,5(Ga1-xAl x )0,5P, eine aktive Schicht 13
aus In0,5(Ga1-yAl y )0,5P, eine obere Plattierschicht 14 aus
p-In0,5(Ga1-zAl z )0,5P, eine p-Ga1-pAl As-Schicht 15 und eine
aus p-GaAs bestehende Kontaktschicht 16 aufgetragen sind. Auf
der Kontaktschicht 16 befindet sich eine p-typseitige erste
Elektrode 17 aus Au-Zn, während auf der anderen Hauptfläche
des Substrats 11 eine n-typseitige zweite Elektrode 18 aus
Au-Ge vorgesehen ist. Die Dicke der p-GaAlAs-Schicht 15 ist
größer als diejenige der oberen Plattierschicht 14.
Die Fig. 2 zeigt die Stromverteilung und den lichtemittieren
den Bereich im Inneren der Vorrichtung gemäß Fig. 1. In
Fig. 2 zeigen gestrichelt dargestellte Pfeile 19 die Strom
verteilung in der Vorrichtung, mit der Bezugszahl 10 ist
der lichtemittierende Bereich bezeichnet. Zur Gewährleistung
eines hohen Lichtemissionsgrades genügen die Al-Anteile x,
y und z in jeder InGaAlP-Schicht folgenden Erfordernissen:
y ≦ x und y ≦ z. Dies bedeutet, daß ein solcher Doppel
heteroübergang gebildet wird, daß der Bandabstand der als
lichtemittierende Schicht dienenden aktiven Schicht 13 ge
ringer ist als diejenigen der beiden Plattierschichten 12
und 14 vom p- bzw. n-Typ. Jeder Index x, y und z genügt
einer der folgenden Ungleichungen:
0 ≦ x ≦ 1, vorzugsweise 0,5 ≦ x ≦ 1,
0 ≦ y ≦ 1, vorzugsweise 0 ≦ y ≦ 0,6,
0 ≦ z ≦ 1, vorzugsweise 0,5 ≦ z ≦ 1.
0 ≦ y ≦ 1, vorzugsweise 0 ≦ y ≦ 0,6,
0 ≦ z ≦ 1, vorzugsweise 0,5 ≦ z ≦ 1.
Für die p-GaAlAs-Schicht 15 wird der Bandabstand größer ge
wählt als für die aktive Schicht 13, so daß die Schicht 15 in
bezug auf die Wellenlänge des durch die aktive Schicht 13
emittierten Lichts durchlässig wird. So genügt beispiels
weise p in Ga1-pAl p As der Ungleichung 0,45 ≦ p ≦ 1.
Obwohl im folgenden eine LED der angegebenen Doppelhetero
übergangsstruktur näher erläutert wird, ist der Schichtauf
bau des aktiven Schichtteils in bezug auf den Lichtextrak
tionsgrad nicht von wesentlicher Bedeutung. Folglich dürften
Einzelheteroübergangs- und Homoübergangsstrukturen der ge
schilderten Doppelheteroübergangsstruktur äquivalent sein.
Bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Aufbau sind die Dicke und
Trägerkonzentration jeder Schicht im folgenden in Klammern
angegeben: Substrat 11 (80 µm, 3 × 1018 cm-3), untere
Plattierschicht 12 (1 µm, 5 × 1017 cm-3), aktive Schicht 13
(0,5 µm, nicht dotiert), obere Plattierschicht 14 (0,2 µm,
4 × 1017 cm-3) , p-GaAlAs-Schicht 15 (3 µm, 3 × 1018 cm-3)
und Kontaktschicht 16 (0,1 µm, 3 × 1018 cm-3). Es sei darauf
hingewiesen, daß die Dicke der p-GaAlAs-Schicht 15 vorzugs
weise 1 µm bis 20 µm beträgt.
Ein Merkmal des beschriebenen Aufbaus ist, daß auf der
Schicht 12 eine p-GaAlAs-Schicht 15 weit größerer Dicke als
sie die obere Plattierschicht 14 aus p-InGaAlP aufweist,
gebildet ist. Die Überlegenheit dieses Aufbaus wird noch
näher erläutert werden.
Wenn die p-GaAlAs-Schicht 15 in der in Fig. 1 dargestellten
Struktur nicht vorhanden ist, ist die Stromverbreitung in
der oberen Plattierschicht aus p-InGaAlP gering, da ihr (spezifischer)
Widerstand hoch ist. Die Stromverbreitung kann durch Er
höhen der Dicke der Schicht aufgeweitet werden. Da jedoch
in einem Material aus dem InGaAlP-System die Wärmeleit
fähigkeit gering ist, ist wegen einer Verschlechterung der
Kristallqualität und Beeinträchtigung der darüberliegenden
Schicht eine große Filmdicke nicht erwünscht. Darüber hinaus
muß bei einem Halbleitermaterial aus dem InGaAlP-System
wegen der begrenzten Wachstumsgeschwindigkeit im Hinblick
auf die Kristallqualität die Wachstumsdauer verlängert
werden, um einen dicken Film wachsen zu lassen. Wenn in der
Plattierschicht Fremdatome hohen Diffusionsvermögens ver
wendet werden, erfolgt folglich eine Fremdatomdiffusion zu
der aktiven Schicht unter Beeinträchtigung der Eigenschaften
der betreffenden Vorrichtung. Aus diesem Grunde bereitet es
Schwierigkeiten, eine dicke InGaAlP-Schicht zu züchten.
Durch Ausbilden der p-GaAlAs-Schicht 15 mit Gitteranpassung
an GaAs zur Gewährleistung eines niedrigen Widerstands und
einer hohen Wachstumsgeschwindigkeit auf der oberen Plattier
schicht 14 aus p-InGaAlP kann sich ein aus der Elektrode
injizierter Strom in der p-GaAlAs-Schicht 15 ausbreiten und
dabei eine Lichtemission in einem breiten Bereich mit Aus
nahme eines Teils unmittelbar unterhalb der Elektrode her
beiführen. Die Widerstandswerte der oberen Plattierschicht 14
aus p-In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P und der p-(Ga0,2Al0,8)As-Schicht
15 dieser Ausführungsform und bei der angegebenen Träger
konzentration betragen 1 Ωcm bzw. 0,05 Ωcm. Da der Wider
standsunterschied groß ist, verbreitet sich ein aus der
Elektrode injizierter Strom in hohem Maße in der p-GaAlAs-
Schicht 15, bevor er die Plattierschicht 14 vom p-Typ er
reicht.
In der dargestellten Stapelstruktur beträgt bei der betref
fenden Vorrichtung der Al-Gehalt y in der aus
In0,5(Ga1-yAl y )0,5P bestehenden aktiven Schicht 0,3. Um
einen Strom zum Fließen zu bringen, wird in Vorwärtsrich
tung eine Spannung angelegt. Dies führt zu der in Fig. 2
dargestellten Stromverteilung. Über einen breiten Ober
flächenbereich der Vorrichtung mit Ausnahme der p-typseiti
gen Elektrode (Au-Zn) 17 erfolgt eine Lichtemission mit
einer Spitzenwellenlänge bei 610 mm.
Die Erfindung ist nicht auf die geschilderte Ausführungs
form beschränkt. Bei der geschilderten Ausführungsform be
sitzt die aktive Schicht die Zusammensetzung
In0,5(Ga0,7Al0,3)0,5P. Durch Ändern des Al-Gehalts dieser
Zusammensetzung läßt sich eine Lichtemission im Bereich
des sichtbaren Lichts von Rot nach Grün erreichen. Die Zu
sammensetzung der Plattierschicht beträgt bei der geschil
derten Ausführungsform In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P. Auch diese
Zusammensetzung ist kein "Muß", vielmehr kann jede Zusammen
setzung gewählt werden, sofern in bezug auf die aktive
Schicht ein akzeptabler Bandabstandunterschied zum Ein
fangen von Trägern gewährleistet ist. Bei der geschilderten
Ausführungsform befindet sich zwischen der aktiven InGaAlP-
Schicht 13 und der p-GaAlAs-Schicht 15 eine obere Plattier
schicht 14 aus p-InGaAlP, die gleiche Wirkung (wie mit diesem
Schichtaufbau) erreicht man bei einer Struktur, bei der die
p-GaAlAs-Schicht 15 direkt auf der aktiven Schicht 13 aus
InGaAlP vorgesehen ist. Bei diesem Aufbau ist jedoch der
Bandabstandunterschied in bezug auf die aktive Schicht 13
geringer als bei der Struktur, bei der die aus p-InGaAlP
bestehende obere Plattierschicht 14 vorhanden ist. Folglich
kommt es bei ersterer Ausführungsform leichter zu einem
Überfließen von Trägern unter geringfügiger Beeinträchtigung
der Eigenschaften der Vorrichtung. Da jedoch durch die Strom
verbreitung in der p-GaAlAs-Schicht ein weit höherer Licht
extraktionsgrad erreichbar ist als mit üblicher Bauweise,
hat sich der Gebrauch dieser Struktur in hohem Maße als vor
teilhaft erwiesen. Neben den genannten Bauweisen erzielt
man dieselbe Wirkung auch mit einer Struktur, bei der eine
GaAlAs-Schicht auf einem lichtemittierenden Bereich aus
InGaAlP unterschiedlichen Al-Gehalts vorgesehen ist, oder
bei einer Struktur, bei der ein lichtemittierender Bereich
durch eine InGaAlP-Schicht und eine GaAlAs-Schicht gebildet
sind.
Bei der geschilderten Ausführungsform beträgt der Al-Gehalt
der Ga1-pAl p As-Schicht 0,8. Die Zusammensetzung ist jedoch
nicht auf diese Zusammensetzung beschränkt, vielmehr kann
jede Zusammensetzung gewählt werden, deren Bandabstand für
eine Durchlässigkeit für die Wellenlänge des vom lichtemittieren
den Bereich emittierten Lichts ausreicht.
Bei der in Fig. 1 dargestellten LED besitzt die auf der
Plattierschicht vorgesehene p-GaAlAs-Schicht eine weit
größere Filmdicke und einen niedrigeren Widerstand als sie
die p-InGaAlP-Plattierschicht aufweist. Folglich breitet
sich ein aus dem Elektrodenbereich injizierter Strom in der
p-GaAlAs-Schicht über einen weiten Bereich mit Ausnahme
einer Stelle unmittelbar unterhalb der Elektrode aus, bevor
er die p-InGaAlP-Plattierschicht erreicht. Da in diesem
Falle der lichtemittierende Bereich über einen breiten Be
reich mit Ausnahme der Stelle unmittelbar unterhalb der
Elektrode verbreitert werden kann, erhöht sich der Licht
extraktionsgrad unter Gewährleistung einer kräftig leuchten
den Lichtemission, d.h. einer hohen Leuchtdichte.
Die in Fig. 3 im Querschnitt dargestellte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen LED besitzt eine Doppelhetero
struktur, die durch aufeinanderfolgendes Ablagern einer
Pufferschicht 22 aus n-GaAs einer Dicke von 0,5 µm, die
durch Si-Dotierung auf eine Fremdatomkonzentration vom
n-Typ von 2 × 1018 cm-3 gebracht wurde, einer unteren
Plattierschicht 23 aus n-In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P einer Dicke
von 2 µm, die durch Si-Dotierung auf eine Fremdatomkonzen
tration vom n-Typ von 2 × 1018 cm-3 gebracht wurde, einer
nicht-dotierten aktiven Schicht 24 einer Dicke von 0,5 µm
aus In0,5(Ga0,55Al0,45)0,5P, einer ersten oberen Plattier
schicht 25 aus p-In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P einer Dicke von
1 µm, die durch Zn-Dotierung auf eine Fremdatomkonzentration
vom p-Typ von 4 × 1017 cm 3 gebracht wurde, einer Strom
blockierschicht 26 aus n-In0,5(Ga0,3Al0,7) 0,5P einer Dicke
von 0,5 µm, die durch Si-Dotierung auf eine Fremdatom
konzentration vom n-Typ von 2 × 1017 cm-3 gebracht wurde,
einer zweiten oberen Plattierschicht 27 aus
p-In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P einer Dicke von 1 µm, die durch Zn-
Dotierung auf eine Fremdatomkonzentration vom p-Typ von
7 × 1017 cm-3 gebracht wurde, und einer Kontaktschicht 28
aus p-In0,5Ga0,5P einer Dicke von 0,05 µm, die durch Zn-
Dotierung auf eine Fremdatomkonzentration vom p-Typ von
1 × 1018 cm-3 gebracht wurde, auf einem Substrat 21 aus
n-GaAs, das durch Si-Dotierung auf eine Fremdatomkonzen
tration vom n-Typ von 3 × 1018 cm-3 gebracht wurde, ent
standen ist. Auf der unteren Seite des Substrats 21 ist
eine n-typseitige Elektrode, d.h. eine erste Elektrode 29 a
aus Au-Ge vorgesehen. Auf der Kontaktschicht 28 befindet
sich eine p-typseitige Elektrode, d.h. eine zweite Elektrode
29 b aus Au-Zn.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4A bis 4D wird nun ein Ver
fahren zur Herstellung der in Fig. 3 dargestellten LED näher
erläutert.
Zunächst wird durch Si-Dotierung bis zu einer Fremdatom
konzentration vom n-Typ von 3 × 1018 cm-3 ein n-GaAs-Substrat
21 hergestellt. Danach erfolgt eine Si-Dotierung im oberen
Teil der Substratoberfläche nach einem unter vermindertem
Druck durchgeführten chemischen Bedampfungsverfahren unter
Verwendung einer organometallischen Verbindung (im folgenden als
"unter vermindertem Druck durchgeführtes MOCVD-Verfahren" be
zeichnet). Hierbei entsteht eine Pufferschicht 22 aus
n-GaAs einer Fremdatomkonzentration vom n-Typ von
3 × 1018 cm-3 und einer Dicke von 0,5 µm. Hierauf erfolgt
eine ähnliche Si-Dotierung zur Bildung der unteren Plattier
schicht 23 aus n-In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P einer Fremdatom
konzentration vom n-Typ von 3 × 1018 cm-3 und einer Dicke
von 2 µm. Eine aktive Schicht 24 aus In0,5(Ga0,55Al0,45)0,5P
einer Dicke von 0,5 µm wird ohne Dotierung hergestellt. Unter
Zn-Dotierung erhält man eine erste obere Plattierschicht 25
aus p-In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P einer Fremdatomkonzentration
vom p-Typ von 4 × 1017 cm-3 und einer Dicke von 1 µm.
Mittels Si-Dotierung wird dann eine Stromblockierschicht 26
aus n-In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P einer Fremdatomkonzentration
vom n-Typ von 2 × 1017 cm-3 und einer Dicke von 0,5 µm er
zeugt. Anschließend erfolgt eine Zn-Dotierung zur Bildung
einer zweiten oberen Plattierschicht 27 aus
p-In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P einer Fremdatomkonzentration vom
p-Typ von 7 × 1017 cm-3 und einer Dicke von 1 µm. Schließlich
erfolgt eine Zn-Dotierung zur Bildung einer Kontaktschicht 28
aus p-In0,5Ga0,5P einer Fremdatomkonzentration vom p-Typ von
1 × 1018 cm-3 und einer Dicke von 0,05 µm. Diese Schichten
werden aufeinanderfolgend zur Bildung einer Doppelhetero
übergangsstruktur wachsen gelassen. Schließlich erfolgt eine
Si-Dotierung zur Züchtung einer Deckschicht 30 aus n-GaAs
einer Fremdatomkonzentration vom n-Typ von 8 × 1018 cm-3
und einer Dicke von 0,5 µm (Fig. 4A). Das geschilderte, unter
vermindertem Druck durchgeführte MOCVD-Verfahren wird bei
einer Substrattemperatur von 730°C einem Druck im Reaktions
rohr von 3325 Pa und einer Wachstumsgeschwindigkeit von
3 µm/h durchgeführt.
Nach dem Wegätzen eines Teils der Deckschicht 30 aus n-GaAs,
an den eine p-typseitige Elektrode angeschlossen werden soll
(vgl. Fig. 4B), wird 30 min lang bei 650°C getempert. In
diesem Fall erfolgt die Temperung in einer pH 3-Atmosphäre
zur Verhinderung eines Verdampfens von P aus freiliegenden
Oberflächen der aus p-In0,5Ga0,5P bestehenden Kontakt
schicht 18. Durch diese Temperung wird der Leitfähigkeitstyp
eines Teils 26 a der Stromblockierschicht 26 aus
n-In0,5(Ga0,3Al0,7) 0,5P entsprechend einem unteren Bereich
der Deckschicht 30 aus n-GaAs in den p-Typ geändert.
Nachdem die n-GaAs-Deckschicht 30 weggeätzt worden ist (vgl.
Fig. 4C), wird auf der gesamten unteren Oberfläche des Sub
strats 21 aus n-GaAs eine Au-Ge-Elektrode 29 a gebildet. Auf
der Kontaktschicht 28 aus p-In0,5Ga0,5P wird eine Au-Zn-
Elektrode 29 b gebildet. Schließlich wird ein Teil der Deck
schicht 30 aus p-In0,5Ga0,5P mit Ausnahme eines Bereichs
entsprechend der Au-Zn-Elektrode 29 b weggeätzt (vgl.
Fig. 4D).
Wird in Vorwärtsrichtung für einen Stromfluß durch ein
0,3 mm × 0,3 mm große quadratische Vorrichtung der ange
gebenen Stapelstruktur eine Spannung angelegt, erfolgt eine
Grünlichtemission mit einer Spitzenwellenlänge bei 550 mm
aus einem peripheren Bereich mit Ausnahme des Bereichs der
Au-Zn-Elektrode. Diese Vorrichtung wird mittels eines
Epoxyharzes eingegossen, worauf die Leuchtkraft der ver
gossenen Vorrichtung ermittelt wurde. Hierbei zeigte es
sich, daß die Grünlicht emittierende Diode eine hohe Leucht
kraft von mehr als 500 mcd aufwies. Dieses Ergebnis ist
im Vergleich zu der mit üblichem GaP erreichbaren Licht
emission(leucht)dichte von nicht mehr als 200 mcd bemerkens
wert.
Im Zusammenhang mit Fig. 5 wird nun eine Modifizierung der
in Fig. 3 dargestellten LED näher erläutert.
Da die in Fig. 5 dargestellte LED der in Fig. 3 dargestell
ten LED mit Ausnahme der Formen der Stromblockierschicht,
der Kontaktschicht und der Au-Zn-Elektrode entspricht,
werden die restlichen Teile mit den auch in Fig. 3 benutzten
Bezugsziffern bezeichnet und auf eine detaillierte Be
schreibung derselben verzichtet.
Fig. 5 zeigt, daß auf einer Stromblockierschicht 36 in
einem Umfangsbereich eine Kontaktschicht 38 und eine Au-Zn-
Elektrode 39 b aufliegen.
Diese Bauweise erreicht man bei Durchführung eines entspre
chenden Herstellungsverfahrens wie in Fig. 4A bis 4D gezeigt,
durch Ausbilden einer Deckschicht 30 aus n-GaAs (vgl. Fig. 4C)
auf einem zentralen Bereich.
Bei der lichtemittierenden Diode dieser Bauweise läßt sich
die Stromdichte in einem lichtemittierenden Bereich ohne
weiteres auf einen höheren Wert bringen als ihn die in Fig. 3
dargestellte lichtemittierende Diode aufweist. Auf diese
Weise erhält man eine lichtemittierende Diode (noch) höherer
Leuchtkraft bzw. -dichte.
Bei den in Fig. 3 bis 5 dargestellten Ausführungsformen be
sitzt die Stromblockierschicht die Zusammensetzung
In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P. Die Zusammensetzung der Stromblockier
schicht ist jedoch nicht auf diese spezielle Zusammensetzung
beschränkt, man kann vielmehr beliebige Zusammensetzungen
wählen, sofern lediglich ein akzeptabler Bandabstand zur
Gewährleistung von Durchlässigkeit für die Wellenlänge des
von der aktiven Schicht emittierten Lichts gewährleistet
ist. Bei der geschilderten Ausführungsform besitzt die
aktive Schicht die Zusammensetzung In0,5(Ga0,55Al0,45)0,5P.
Durch Ändern des Al-Gehalts dieser Zusammensetzung läßt sich
eine Lichtemission im Bereich sichtbaren Lichts von Rot
nach Grün erreichen. Obwohl bei der geschilderten Ausfüh
rungsform die Plattierschicht die Zusammensetzung
In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P aufweist, ist deren Zusammensetzung
nicht auf die konkret angegebene Zusammensetzung beschränkt.
Man kann vielmehr jede Zusammensetzung wählen, sofern ein
akzeptabler Bandabstandunterschied in bezug auf die aktive
Schicht zum Einfangen von Trägern gewährleistet ist. Bei
der geschilderten Ausführungsform wird für die Deckschicht
zwar GaAs vom n-Typ benutzt, dieselbe Wirkung erreicht man
jedoch auch bei Verwendung von GaAlAs vom n-Typ oder
InGaAlP vom n-Typ. Bei der geschilderten Ausführungsform
wird als in die Plattierschicht vom p-Typ zu dotierendes
Fremdatom Zn verwendet, die gleiche Wirkung erreicht man je
doch auch bei Verwendung anderer Fremdatome vom p-Typ, wie
Mg.
Im folgenden wird das Prinzip der in Fig. 3 bis 5 darge
stellten Ausführungsformen detailliert erläutert. Nachteilig
an einer üblichen lichtemittierenden Diode aus
In1-y (Ga1-xAl x )yP (0 ≦ x ≦ 1 und 0 ≦ y ≦ 1) ist, daß die
Lichtemission auf einen peripheren Bereich einer Oberflächen
elektrode begrenzt ist. Es hat sich nun gezeigt, daß sich
die geschilderten Schwierigkeiten dadurch lösen lassen, daß
man in einer Plattierschicht vom p-Typ einen Stromblockier
bereich vom n-Typ ausbildet und daß man diesen durch selek
tive Diffusion in der Plattierschicht vom p-Typ enthaltenen
Fremdatomen vom p-Typ herstellen kann. Dies bedeutet, daß
bei diesem Aufbau ein Stromfluß in der Plattierschicht vom
p-Typ durch eine p-n-Übergangspotentialsperre, die wegen
des n-Leitfähigkeitstyps des Stromblockierbereichs entstan
den ist, in Richtung auf einen peripheren Bereich gekrümmt
wird. Als Ergebnis erfolgt eine Lichtemission in einem Be
reich entsprechend einem Bereich außerhalb der p-seitigen
Elektrode unter Verbesserung des Emissionslichtextraktions
grades. Darüber hinaus hat es sich gezeigt, daß die Diffusion
der in der Plattierschicht vom p-Typ enthaltenen Fremdatome
vom p-Typ von der Struktur einer auf der Plattierschicht vom
p-Typ gebildeten Deckschicht abhängt. Konkret wurde auf der
InGaAlP-Schicht vom n-Typ eine Zn als Fremdatom enthaltende
InGaAlP-Schicht vom p-Typ und auf letzterer eine Deckschicht
aus GaAs vom n-Typ gebildet. Danach wurde ein Teil der Deck
schicht zur Freilegung der Oberfläche der InGaAlP-Schicht
vom p-Typ und unter Zurücklassung eines Teils der die Ober
fläche der InGaAlP-Schicht vom p-Typ bedeckenden Deckschicht
weggeätzt. Anschließend wurde getempert. Hierbei diffundierte
Zn in die InGaAlP-Schicht vom n-Typ unterhalb des noch mit
der Deckschicht bedeckten Bereichs, wobei der Leitfähigkeits
typ der InGaAlP-Schicht in den p-Typ umgewandelt wurde. In
den Bereich der InGaAlP-Schicht vom n-Typ, in dem die Deck
schicht entfernt wurde, diffundierte kein Zn, so daß der
Leitfähigkeitstyp dieses Schichtbereichs nach wie vor der
n-Typ war. Die Diffusion von Zn geht leichter vonstatten,
wenn die Konzentration an Zn in der InGaAlP-Schicht vom
p-Typ höher und der Al-Gehalt in der InGaAlP-Schicht vom
n-Typ größer sind. Durch Erhöhen des Al-Gehalts der in die
Plattierschicht vom p-Typ eingefügten InGaAlP-Schicht vom
n-Typ auf einen höheren Wert als ihn die aus InGaAlP be
stehende aktive Schicht aufweist und Einstellen der Kon
zentration vom Zn in der Plattierschicht vom p-Typ auf einen
geeigneten Wert läßt sich folglich in der Plattierschicht
vom p-Typ eine InGaAlP-Schicht vom n-Typ einer Form ent
sprechend derjenigen der auf der Oberfläche der Plattier
schicht vom p-Typ gebildeten GaAs-Deckschicht vom n-Typ
eingraben. Eine ähnliche Wirkung erreicht man bei Verwen
dung von GaAlAs vom n-Typ oder InGaAlP vom n-Typ anstelle
von GaAs vom n-Typ bei der Herstellung der Deckschicht.
Wie bereits erwähnt, ist bei der in Fig. 3 und 5 dargestell
ten Ausführungsform einer lichtemittierenden Diode mit dem
In1-y(Ga1-xAl x )yP-Systemmaterial (0 ≦ x ≦ 1 und 0 ≦ y ≦ 1)
der Stromblockierbereich für die Stromausbreitung in der
Deckschicht vom p-Typ gebildet und eingegraben. Da emittier
tes Licht durch Stromausbreitung ohne Unterbrechung durch
eine Elektrode abgezogen werden kann, läßt sich auf diese
Weise eine mit hoher Leuchtkraft sichtbares Licht emittieren
de Diode herstellen.
Vorteilhaft an der vorliegenden Erfindung ist darüber hinaus
auch, daß durch lediglich einmaliges Kristallwachstum der
Stromblockierbereich gebildet und eingegraben werden kann.
Die Fig. 6 und 7 erläutern eine weitere Ausführungsform der
Erfindung.
In Fig. 6 entsprechen die Bezugszahlen 41 bis 45 den Bezugs
zahlen 11 bis 15 in Fig. 1. Durch eine einzige Kristall
züchtung auf einer p-Ga1-pAl p As-Schicht 45 werden eine
Deckschicht 46 aus p-InGaP und eine Stromblockierschicht
47 aus n-In0,5(Ga1-zAl z )0,5P gebildet. Die Bildung der
Stromblockierschicht 47 aus n-InGaAlP erfolgt durch selek
tive Ätzung mit Hilfe von heißer Phosphorsäure. Danach
werden durch eine zweite Kristallzüchtung nach und nach
eine p-Ga1-pAl p As-Schicht 48 und eine Kontaktschicht 49 aus
p-GaAs aufeinander aufgetragen. Auf der Kontaktschicht 49
bzw. der anderen Hauptfläche eines n-GaAs-Substrats 41
werden eine p-typseitige Elektrode 50 aus Au-Zn bzw. eine
n-typseitige Elektrode 51 aus Au-Ge vorgesehen.
Die p-typseitige Elektrode 50 wird unmittelbar über der
Stromblockierschicht nach einer Abhebmethode unter Ver
wendung eines Resists o. dgl. oder durch Ätzen gebildet.
Ein Teil der Kontaktschicht 49 aus p-GaAs mit Ausnahme
eines Bereichs entsprechend der Elektrode 50 wird mit Hilfe
eines selektiven Ammoniak/Wasserstoffperoxid-Ätzsystems
entfernt.
Wenn man den Al-Anteil y einer aktiven Schicht 43 aus
In0,5(Ga1-yAl y )0,5P erhöht, dient die p-InGaP-Deckschicht 46
als Absorptionsschicht in bezug auf die Lichtemission der
aktiven Schicht. Im allgemeinen läßt sich keine gute
Kristallzüchtung auf einer GaAlAs-Schicht durchführen, da
deren GaAlAs-Oberfläche als Hauptwachstumsfläche leicht
unter Bildung eines Oxidfilms oxidiert wird. Zur Bildung
der Stromblockierschicht 47 aus n-InGaAlP muß ein ätz
mittelselektives Material verwendet werden. Folglich wird
bei dieser Ausführungsform die p-InGaP-Schicht 46 vorge
sehen. Die Schicht 46 braucht lediglich so dick zu sein,
daß den genannten Anforderungen Genüge getan wird. Mit
abnehmender Dicke wird die genannte Absorptionswirkung in
bezug auf die Lichtemission der aktiven Schicht geschwächt.
Bei dieser Ausführungsform beträgt die Dicke der Schicht 46
50 nm. Die Dickewerte und Trägerkonzentrationen der
Schichten 41 bis 45 entsprechen den Dickewerten bzw. Trä
gerkonzentrationen der Schichten 11 bis 15 in Fig. 1. Die
Dickewerte und Trägerkonzentrationen der sonstigen Schich
ten sind im folgenden in Klammern angegeben: Stromblockier
schicht aus n-In0,5(Ga1-zAl z )0,5P (0,15 µm, 2 × 1018 cm-3),
p-Ga1-pAl p As-Schicht 48 (5 µm, 2 × 1018 cm-3 und Kontakt
schicht 49 aus p-GaAs (0,1 µm, 3 × 1018 cm-3).
Die geschilderte Bauweise unterscheidet sich von üblichen
Strukturen und der in Fig. 1 dargestellten Ausführungs
form darin, daß durch die zweite Kristallzüchtung auf der
Schicht 44 die p-GaAlAs-Schicht 45 weit größerer Dicke
als sie die obere Plattierschicht 44 aus p-InGaAlP auf
weist, abgelagert wird, auf der p-GaAlAs-Schicht 45 der
dünne p-InGaP-Film und die Stromblockierschicht 47 aus
n-InGaAlP unmittelbar unter der p-typseitigen Elektrode
gebildet werden und auf der Oberseite der Schicht 47 die
p-GaAlAs-Schicht 48 entsteht. Die Überlegenheit dieser
Bauweise wird im folgenden näher erläutert.
Wie bereits im Zusammenhang mit der in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsform erläutert, ist bei üblicher Bauweise die
Stromausbreitung in der oberen Plattierschicht aus
p-InGaAlP wegen ihres hohen Widerstands gering. Da folg
lich eine Lichtemission hauptsächlich unmittelbar unter
halb des Stroms erfolgt, erhält man hierbei keine hoch
wirksame LED. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungs
form dient jedoch die einen niedrigen Widerstand aufweisende
p-GaAlAs-Schicht zur Stromverbreitung und folglich Aus
breitung eines lichtemittierenden Bereichs, so daß sich
auf diese Weise eine hochwirksame LED bereitstellen läßt.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform dient die
auf der p-GaAlAs-Schicht 45 befindliche Stromblockierschicht
47 zur weiteren Ausbreitung des Stroms und Verbreitung
des lichtemittierenden Bereichs. Dabei fließt ein von der
Elektrode 50 injizierter Strom in einen Bereich der
p-GaAlAs-Schicht 48 ohne darunter befindliche Stromblockier
schicht. Der durch die Wirkung der in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsform in die p-GaAlAs-Schicht 45 injizierte Strom
breitet sich weiter aus und ermöglicht eine Lichtemission
in einem breiten Bereich mit Ausnahme eines Teils unmittel
bar unterhalb des Stroms. Wenn man hierbei die Außenfläche
der p-seitigen Elektrode mit der Außenfläche der Strom
blockierschicht zusammenfallen läßt oder in die Außenfläche
der Stromblockierschicht "einbaut", läßt sich der Einfluß
der Elektrodenabdeckung des lichtemittierenden Bereichs
vermindern. In der Tat werden bei der geschilderten Stapel
struktur die p-typseitige Elektrode eines Durchmessers A
von 200 µm und die Stromblockierschicht eines Durchmessers B
von 240 µm konzentrisch gebildet. Bei der Herstellung der
Vorrichtung beträgt der Al-Gehalt der aus In0,5(Ga1-yAl y )0,5P
bestehenden aktiven Schicht 0,3. Für einen Stromfluß ist
eine Spannung in Vorwärtsrichtung angelegt. Hierbei erreicht
man eine Lichtemission über einer Leuchtintensität bzw.
-kraft von 1 cd mit einer Spitzenwellenlänge bei 585 nm
über einen breiten Bereich der Vorrichtungsfläche mit Aus
nahme des Bereichs der p-typseitigen Elektrode 50. Der
Einfluß der Lichtabsorption durch die p-Ga1-pAl p As-Schicht
läßt sich in bezug auf die Lichtemission kürzerer Wellen
länge durch Erhöhen des Gehalts p vermindern. In der Tat
wurde bei einer Grünlicht emittierenden Vorrichtung eine
Lichtemission einer Leuchtintensität von 1 cd bei einer
Spitzenwellenlänge von 555 nm erreicht, wenn p auf 0,7 bis
0,8 eingestellt und der y-Gehalt der aktiven Schicht
In0,5(Ga1-yAl y )0,5P mit 0,5 gewählt wird.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform sind die
p-typseitige Elektrode und die Stromblockierschicht kreis
förmig. Dieselbe Wirkung wie bei dieser Ausführungsform er
reicht man jedoch auch, wenn nur die Außenfläche der p-typ
seitigen Elektrode mit der Stromblockierschicht zusammen
fällt oder in diese "eingebaut" ist. Bei dieser Ausführungs
form wird für die Stromblockierschicht zwar n-InGaAlP ver
wendet, es kann darüber hinaus auch jegliches Material, bei
spielsweise n-GaAs, verwendet werden, solange es einen ein
fachen Fluß von injiziertem Strom verhindert und selektive
Ätzeigenschaften in bezug auf die darunterliegende Deck
schicht aufweist. In diesem Fall dient GaAs als Absorptions
schicht in bezug auf die Lichtemission der aktiven Schicht.
Da jedoch der im anderen Bereich erhaltene Lichtextraktions
grad auf einen weit höheren Wert als ihn übliche Strukturen
ermöglichen, angestiegen ist, hat sich diese Bauweise als
besonders vorteilhaft erwiesen. Obwohl bei der in Fig. 6
dargestellten Ausführungsform p-GaAlAs für die bei der
zweiten Kristallzüchtung gebildete eingegrabene Schicht
verwendet wird, kann man darüber hinaus jegliches Material,
beispielsweise p-InGaAlP, verwenden, sofern es nur einen
Bandabstand aufweist, der Durchlässigkeit in bezug auf die
Lichtemission der aktiven Schicht gewährleistet. Zur Ge
währleistung von Durchlässigkeit in bezug auf die Licht
emission der aktiven Schicht muß in diesem Fall jedoch
der Al-Gehalt der eingegrabenen Schicht größer sein als
derjenige der aktiven Schicht.
Die die Stromblockierschicht umfassende Bauweise der in
Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist nicht exakt auf
die in Fig. 6 dargestellte Bauweise beschränkt. So erreicht
man beispielsweise, wie in Fig. 7 dargestellt, eine akzeptable
Lichtemission in einem Bereich mit Ausnahme eines Teils un
mittelbar unter einer Elektrode auch durch Ausbilden einer
Schicht direkt auf einer oberen Plattierschicht aus
p-InGaAlP und Bereitstellen einer Stromblockierschicht über
eine eingegrabene Schicht. In Fig. 7 entsprechen die Be
zugszahlen 61 bis 64 und 66 bis 71 den Bezugszahlen 41 bis
44 und 46 bis 51 in Fig. 6.
Fig. 8 zeigt in teilweise weggeschnittener Darstellung
eine LED gemäß einer weiteren Ausführungsform der Er
findung.
In Fig. 8 bedeuten die Bezugsziffern 81 ein Substrat aus
p-GaAs, 82 eine aus p-InGaP bestehende Schicht mit dazwi
schenliegendem Bandabstand, 83 eine untere Plattierschicht
aus p-In0,5(Ga1-xAl x )0,5P, 84 eine aktive Schicht aus
In0,5(Ga1-zAl z )0,5P, 85 eine obere Plattierschicht aus
n-In0,5(Ga1-yAl y )0,5P, 86 eine Kontaktschicht aus n-GaAs,
87 eine n-typseitige Elektrode und 88 eine p-typseitige
Elektrode. Die Schicht 82 mit dazwischenliegendem Bandab
stand wird als komplementäres Muster zu demjenigen der
Elektrode 87 hergestellt. Das heißt, die Schicht 82 mit
dazwischenliegendem Energieabstand ist nicht unmittelbar
unter der n-typseitigen Elektrode 87 vorhanden, während
die untere Plattierschicht 83 aus p-InGaAlP sich in direktem
Kontakt mit einem freiliegenden Teil 81 a des p-GaAs-Sub
strats 81 unmittelbar unterhalb der Elektrode 87 befindet.
In Fig. 9 ist die gemäß Fig. 8 aufgebaute Vorrichtung
im Querschnitt dargestellt. Sie zeigt in der Vorrichtung
die Stromverteilung und den lichtemittierenden Bereich.
Die Stromverteilung in der Vorrichtung ist in Fig. 9 durch
einen Pfeil 91 angezeigt. Ein schraffierter Bereich 92
entspricht dem lichtemittierenden Bereich. Zur Gewähr
leistung eines hohen Lichtemissionsgrades müssen die Al-
Gehalte x, y und z jeder Schicht den Erfordernissen
z ≦ x und z ≦ y genügen, wobei ein derartiger Doppelhetero
übergang gebildet wird, daß der Energieabstand einer als
lichtemittierende Schicht dienenden aktiven Schicht 94 ge
ringer ist als diejenigen der beiden Plattierschichten 83
und 85 vom p- bzw. n-Typ. Obwohl im vorliegenden eine LED
mit einer solchen Doppelheteroübergangsstruktur beschrieben
wird, ist die Schichtstruktur des aktiven Schichtbereichs
hinsichtlich des Lichtextraktionsgrades nicht von wesent
licher Bedeutung. In gleicher Weise kann man eine Einzel
heteroübergangsstruktur oder eine Homoübergangsstruktur
benutzen.
In der Bauweise gemäß den Fig. 8 und 9 ist der Spannungs
abfall in einer Grenzfläche zwischen dem Substrat 81 aus
p-GaAs und der unteren Plattierschicht 83 aus p-InGaAlP
weit größer als der jeweilige Spannungsabfall in den Grenz
flächen zwischen dem Substrat 81, der aus p-InGaP be
stehenden Schicht 82 mit dazwischenliegendem Energieab
stand und der aus p-InGaAlP bestehenden Plattierschicht 83.
Folglich fließt selektiv ein Strom durch einen Bereich,
in dem die aus p-InGaP bestehende Schicht 82 mit dazwi
schenliegendem Energieabstand vorhanden ist. Da der Wider
stand der unteren Plattierschicht 83 aus p-InGaAlP höher
ist als derjenige der oberen Plattierschicht 85 aus
n-InGaAlP, breitet sich folglich der Strom in der oberen
Plattierschicht 85 breit aus. Demzufolge fließt in der
aktiven Schicht 84 aus InGaAlP der Strom durch einen
peripheren Bereich unmittelbar unter der Elektrode 87.
Da bei dieser Ausführungsform die Schicht 82 mit dazwischen
liegendem Energieabstand nicht unmittelbar unterhalb der
Elektrode 87 vorhanden ist, erfolgt der Hauptteil der
Lichtemission in einem Bereich, in dem keine Elektrode 87
vorhanden ist. Folglich wird emittiertes Licht ohne Störung
durch die Kontaktschicht 86 oder die Elektrode 87 extern
abgeleitet. Auf diese Weise läßt sich ein hoher Extraktions
grad und folglich eine Lichtemission starker Leuchtkraft
realisieren.
In Fig. 10 ist in perspektivischer Darstellung eine weitere
Ausführungsform als schematische Anordnung gezeigt. Fig. 11
zeigt in schematischer Darstellung die Lagebeziehung zwi
schen einer Schicht mit dazwischenliegendem Energieabstand
und einer n-typseitigen Elektrode (bei dieser Ausführungs
form) von der Oberseite her gesehen. In den Fig. 10 und 11
entsprechen die Bezugszahlen 101 bis 108 den Bezugszahlen
81 bis 88 in Fig. 8. Die Materialien und Zusammensetzungs
verhältnisse der verschiedenen Bereiche entsprechen den
jenigen der Ausführungsform gemäß Fig. 8. Diese Ausfüh
rungsform unterscheidet sich von obiger Ausführungsform
in den Mustern der n-typseitigen Elektrode und der Schicht
mit dazwischenliegendem Energieabstand. Genauer gesagt,
sind hierbei mehrere n-typseitige Elektroden 107 streifen
förmig angeordnet. In gleicher Weise sind mehrere Schichten
102 mit dazwischenliegendem Energieabstand in einer Rich
tung senkrecht zur Richtung der Elektroden 107 ebenfalls
streifenförmig angeordnet.
Bei einer solchen Anordnung der Schichten 102 mit dazwischen
liegendem Energieabstand und der n-typseitigen
Elektroden 107, sind Bereiche, in denen die Schichten 102
unmittelbar unterhalb der Elektroden 107 liegen, vorhanden.
Da jedoch der Strom, der sich in nicht mit den Elektroden
107 bedeckte Bereiche ausgebreitet hat, groß ist, läßt sich
ein hoher Lichtextraktionsgrad gewährleisten. Vorteilhaft
an dem in Fig. 10 dargestellten Aufbau ist, daß bei der
Herstellung der Schichten 102 mit dazwischenliegendem
Energieabstand und der n-typseitigen Elektroden 107
keine komplizierte Maskenausrichtung erforderlich ist.
Bei dieser Ausführungsform läßt sich der Lichtextraktions
grad noch weiter erhöhen, wenn man die Schichten 102 mit
dazwischenliegendem Energieabstand parallel zu den n-typ
seitigen Elektroden 107 anordnet, d.h. wenn man die
Schichten 102 in einem komplementären Muster zu demjenigen
der Elektroden 107 anordnet. In diesem Fall muß jedoch für
die Schichten 102 und die Elektroden 107 eine Maskenaus
richtung erfolgen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die erläuterten
Ausführungsformen beschränkt. Bei den in Fig. 8 bis 10
dargestellten Ausführungsformen handelt es sich um licht
emittierende Halbleitervorrichtungen mit p-InGaP als
Schicht mit dazwischenliegendem Bandabstand. Dieselbe
Wirkung erreicht man jedoch bei Verwendung von Materialien
mit dazwischenliegendem Energieabstand zwischen der
InGaAlP-Plattierschicht und dem GaAs-Substrat, bei
spielsweise von InGaAlP oder GaAlAs zur Herstellung der
Schicht mit dazwischenliegendem Energieabstand. Erfin
dungsgemäß ist die Bauweise des lichtemittierenden Bereichs
nicht auf einen Doppelheteroübergang beschränkt, es kann
sich hierbei auch um einen Einzelheteroübergang oder einen
Homoübergang handeln. Darüber hinaus lassen sich die
Leitfähigkeitstypen jeden Bereichs umkehren. In diesem Falle
wird die Lagebeziehung der Plattierschichten vom p- bzw.
n-Typ vertikal umgekehrt. Obwohl die Stromausbreitung in
der aktiven Schicht geringer ist als bei den zuvor be
schriebenen Ausführungsformen, ist sie immer noch weit
größer als bei den üblichen Strukturen.
Im Zusammenhang mit den in Fig. 8 bis 10 dargestellten
Ausführungsformen wurde detailliert beschrieben, daß zwi
schen dem Substrat und dem lichtemittierenden Bereich
selektiv eine Schicht mit dazwischenliegendem Energieabstand
gebildet wurde, zumindest ein Teil unmittelbar unterhalb
der Elektrode auf der Lichtextraktionsseite keine Schicht
mit dazwischenliegendem Energieabstand aufweist und die
Schicht mit dem dazwischenliegendem Energieabstand in einem
Bereich unmittelbar unterhalb der Elektrode vorhanden ist.
Folglich breitet sich ein von der Elektrode zu der Schicht
mit dem dazwischenliegendem Energieabstand fließender Strom
in einem Bereich mit Ausnahme des Teils unmittelbar unter
halb der Elektrode aus. Dies führt dazu, daß (auch) der
lichtemittierende Bereich auf einen Bereich mit Ausnahme
des Teils unmittelbar unterhalb der Elektrode ausgedehnt
werden kann, so daß der Lichtextraktionsgrad steigt. Auf
diese Weise läßt sich eine lichtemittierende Halbleiter
vorrichtung hoher Leuchtkraft oder -dichte bereitstellen.
Claims (14)
1. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung, umfassend
ein aus einer Verbindung bestehendes Halbleitersubstrat
(11) eines ersten Leitfähigkeitstyps;
eine auf dem Substrat ausgebildete InGaAlP-Schicht (13) mit einem lichtemittierenden Bereich;
eine auf der InGaAlP-Schicht ausgebildete GaAlAs-Schicht (15) des zweiten Leitfähigkeitstyps größeren Bandabstands als ihn die InGaAlP-Schicht (13) aufweist, und
eine auf einem Teil der GaAlAs-Schicht (15) gebildete Elektrode (17),
wobei Licht von einer Oberfläche auf der Elektrodenseite mit Ausnahme der Elektrode (17) emittiert wird.
eine auf dem Substrat ausgebildete InGaAlP-Schicht (13) mit einem lichtemittierenden Bereich;
eine auf der InGaAlP-Schicht ausgebildete GaAlAs-Schicht (15) des zweiten Leitfähigkeitstyps größeren Bandabstands als ihn die InGaAlP-Schicht (13) aufweist, und
eine auf einem Teil der GaAlAs-Schicht (15) gebildete Elektrode (17),
wobei Licht von einer Oberfläche auf der Elektrodenseite mit Ausnahme der Elektrode (17) emittiert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die GaAlAs-Schicht (15) die Zusammensetzung Ga1-pAl p As
(0,45 ≦ p ≦ 1) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die InGaAlP-Schicht (13) aus einer aktiven Schicht
der Zusammensetzung In0,5(Ga1-yAl y )0,5P (0 ≦ y ≦ 1) be
steht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Substrat (11) und der aktiven Schicht (13)
eine untere Plattierschicht (12) des ersten Leitfähig
keitstyps einer Zusammensetzung In0,5(Ga1-xAl x ) 0,5P
(0 ≦ x ≦ 1) und zwischen der aktiven Schicht (13) und
der InGaAlP-Schicht (15) eine obere Plattierschicht (14)
des zweiten Leitfähigkeitstyps einer Zusammensetzung
In0,5(Ga1-xAl z ) 0,5P (0 ≦ z ≦ 1) gebildet sind, wobei
x, y und z den Bedingungen y ≦ x und y ≦ z genügen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die GaAlAs-Schicht (15) eine größere Schichtdicke
aufweist als die obere Plattierschicht (14).
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrode (17) im wesentlichen aus GaAs be
steht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der GaAlAs-Schicht (15) und der Elektrode
(17) eine im wesentlichen aus GaAs des zweiten Leit
fähigkeitstyps bestehende Kontaktschicht (16) vorge
sehen ist.
8. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung, umfassend
ein aus einer Verbindung bestehendes Halbleitersubstrat
(11) eines ersten Leitfähigkeitstyps;
eine auf dem Substrat (11) gebildete, im wesentlichen aus InGaAlP des ersten Leitfähigkeitstyps bestehende untere Plattierschicht (12);
eine auf der unteren Plattierschicht (12) gebildete und im wesentlichen aus InGaAlP bestehende aktive Schicht (13);
eine auf der aktiven Schicht (13) gebildete und im we sentlichen aus InGaAlP eines zweiten Leitfähigkeitstyps bestehende obere Plattierschicht (14) und
eine auf der oberen Plattierschicht (14) gebildete GaAlAs-Schicht (15) eines zweiten Leitfähigkeitstyps größeren Bandabstands als ihn die die aktive Schicht (12) bildende InGaAlP-Schicht aufweist,
wobei Licht von einer Oberfläche auf der Elektrodenseite mit Ausnahme der Elektrode (17) emittiert wird.
eine auf dem Substrat (11) gebildete, im wesentlichen aus InGaAlP des ersten Leitfähigkeitstyps bestehende untere Plattierschicht (12);
eine auf der unteren Plattierschicht (12) gebildete und im wesentlichen aus InGaAlP bestehende aktive Schicht (13);
eine auf der aktiven Schicht (13) gebildete und im we sentlichen aus InGaAlP eines zweiten Leitfähigkeitstyps bestehende obere Plattierschicht (14) und
eine auf der oberen Plattierschicht (14) gebildete GaAlAs-Schicht (15) eines zweiten Leitfähigkeitstyps größeren Bandabstands als ihn die die aktive Schicht (12) bildende InGaAlP-Schicht aufweist,
wobei Licht von einer Oberfläche auf der Elektrodenseite mit Ausnahme der Elektrode (17) emittiert wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die GaAlAs-Schicht (15) eine größere Schichtdicke auf
weist als die obere Plattierschicht (14).
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die GaAlAs-Schicht (15) die Zusammensetzung Ga1-pAlpAs
(0,45 ≦ p ≦ 1) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die aktive Schicht (13) die Zusammensetzung
In0,5(Ga1-yAl y )0,5P (0 ≦ y ≦ 1) aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektrode (17) im wesentlichen aus GaAs besteht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der GaAlAs-Schicht (15) und der Elektrode
(17) eine im wesentlichen aus GaAs des zweiten Leit
fähigkeitstyps bestehende Kontaktschicht (16) vorgesehen
ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß es sich um eine lichtemittierende Diode handelt.
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