DE4303788C2 - Light emitting diode with a double heterostructure made of InGaA1P - Google Patents
Light emitting diode with a double heterostructure made of InGaA1PInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Diode mit einer auf einem Halbleitersubstrat angeordneten Doppelhete rostruktur aus Indiumgalliumaluminiumphosphid (InGaAlP).The invention relates to a light-emitting diode a double layer arranged on a semiconductor substrate rust structure Indium gallium aluminum phosphide (InGaAlP).
Aus der Druckschrift "Applied physics letters", Band 57 (1990), Seiten 2937-2939 sind solche InGaAlP-Dioden be schrieben, bei denen Galliumarsenid (GaAs) als Sub stratmaterial verwendet wird. Mit solchen Leuchtdioden werden höhere Wirkungsgrade im kurzwelligen Bereich des sichtbaren Lichtes erzielt, so z. B. 2% bei gelbemit tierenden (590 nm) Dioden, als vergleichsweise mit Di oden, deren aktive Schichten aus Galliumarsenidphos phid (GaAsP) oder Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) auf gebaut sind, deren Wirkungsgrade lediglich bei ca. 0,2 % liegen.From the publication "Applied physics letters", volume 57 (1990), pages 2937-2939 are such InGaAlP diodes wrote in which gallium arsenide (GaAs) as sub strat material is used. With such LEDs are higher efficiencies in the short-wave range of Visible light achieved such. B. 2% for yellowmit tating (590 nm) diodes, as compared with Di oden, the active layers of gallium arsenide phos phid (GaAsP) or aluminum gallium arsenide (AlGaAs) are built, the efficiency of which is only around 0.2 % lie.
Die Herstellung solcher InGaAlP-Dioden erfolgt mittels der metallorganischen Gasphasenepitaxie (MOVPE) auf Substraten aus Galliumarsenid, wobei die Gitterkonstan ten dann gut übereinstimmen, wenn der Indiumgehalt des Materials etwa 52% beträgt. Such InGaAlP diodes are manufactured using organometallic gas phase epitaxy (MOVPE) Gallium arsenide substrates, the lattice constant then match well if the indium content of the Material is about 52%.
Solche InGaAlP-Dioden, deren wesentliche Schichten an die des Galliumarsenids angepaßt sind, haben den Nach teil, daß ein großer Anteil des in der Doppelhete rostruktur erzeugten Lichtes durch Absorption im GaAs- Substrat verloren geht.Such InGaAlP diodes, whose essential layers on those adapted to gallium arsenide have the aftermath part that a large proportion of that in the Doppelhete rust generated light by absorption in the GaAs Substrate is lost.
In der EP-0 434 233 A1 wird zur Vermeidung dieser Ab sorptionsverluste vorgeschlagen, das GaAs-Substratmate rial nach Erzeugung einer auf der Doppelheterostruktur angeordneten nicht gitterangepaßten GaP-Schicht mittels Ätzen zu entfernen. Die für die erzeugte Strahlung transparente GaP-Schicht übernimmt die Substrat-Funk tion, wodurch sich die gesamte Struktur umkehrt. Die Herstellung einer solchen Struktur ist sehr aufwendig mit der Folge von hohen Fertigungskosten.In EP-0 434 233 A1 this is avoided to avoid this sorption losses suggested the GaAs substrate material rial after creating one on the double heterostructure arranged non-lattice-matched GaP layer by means of To remove etching. The one for the generated radiation Transparent GaP layer takes over the substrate radio tion, which reverses the entire structure. The The production of such a structure is very complex with the consequence of high manufacturing costs.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine licht emittierende Diode der eingangs genannten Art anzuge ben, deren Absorptionsverluste durch das Substrat ge ring sind und einfach herzustellen ist. Die Lösung die ser Aufgabe ergibt sich durch die kennzeichnenden Merk male des Patentanspruches 1.The object of the invention is a light emitting diode of the type mentioned ben whose absorption losses ge through the substrate ring and is easy to manufacture. The solution the This task results from the characteristic note male of claim 1.
Hiernach wird als Substratmaterial Galliumphosphid (GaP) eingesetzt, dessen Bandabstand von 2,26 eV sehr hoch liegt, so daß deswegen dieses Substrat für die in der Doppelheterostruktur erzeugte Strahlung bis in den grünen Bereich nahezu transparent ist. Die zur Anpas sung der Gitterkonstanten erforderliche Zwischen schichtstruktur ist für die erzeugte Strahlung ebenfalls transparent, so daß insgesamt die Verluste durch Ab sorption gering sind und die in Richtung des Substrats abgestrahlte Strahlung teilweise wieder in die aktive Schicht aufgrund eines reflektierenden Rückseitenkontaktes reflektiert wird. Dabei ist die Zwischenschichtstruktur als "strained-layer-superlattices" aufgebaut, d. h., sie besteht aus hinreichend dünnen Schichten, deren Gitterkonstanten über jeweils eine Schicht konstant bleibt, sich jedoch zwischen benachbarten Schichten um einen konstanten Wert abrupt ändert, so daß die Gitteranpasssung durch Gitterdeformationen benachbarter Schichten erfolgt. Solche "strained-layer-superlattices" sind beispielsweise aus J. Appl. Phys. 53 (3), March 1982, Seiten 1586 bis 1589 bekannt.Hereafter, gallium phosphide is used as the substrate material (GaP) used, its band gap of 2.26 eV very is high, so that this substrate for the in the double heterostructure generated radiation into the green area is almost transparent. The one for adaptation solution of the lattice constant required intermediate Layer structure is also for the radiation generated transparent, so that the total losses from Ab sorption are low and in the direction of the substrate radiated radiation partially back into the active layer due to a reflective Back contact is reflected. Here is the Interlayer structure as "strained-layer-superlattices" built up, d. that is, it is sufficient thin layers, whose lattice constants over each one layer remains constant, but between neighboring ones Layers abruptly changes by a constant value so that the lattice adjustment by lattice deformation neighboring layers. Such For example, "strained-layer superlattices" are off J. Appl. Phys. 53 (3), March 1982, pages 1586 to 1589 known.
Vorteilhaft ist es, als Zwischenschichtstruktur zwei Stapel vorzusehen, wobei der erste als "strained-layer-superlattice" aufgebaute Stapel im Wechsel aus zwei Schichten aus Galliumphosphid und Indiumgalliumaluminiumphosphid und der zweite ebenfalls als "strained-layer-superlattice" aufgebaute Stapel im Wechsel aus zwei Schichten aus Indiumgalliumaluminiumphosphid und Indiumaluminiumphosphid aufgebaut sind. Vorzugsweise werden für den Aufbau der Schichten aus Indiumgalliumaluminiumphosphid das Material In0,27Ga0,5Al0,,23 und für den Aufbau der Schichten aus Indiumaluminiumphosphid das Material In0,34Al0,46P verwendet.It is advantageous to provide two stacks as the interlayer structure, the first stack constructed as a "strained-layer superlattice" alternating from two layers of gallium phosphide and indium gallium aluminum phosphide and the second stack also constructed as a "strained-layer superlattice" alternating between two Layers of indium gallium aluminum phosphide and indium aluminum phosphide are built up. Preferably, the material In 0.27 Ga, the layers of Indiumgalliumaluminiumphosphid 0.5 Al 0 for the structure, the material used for the construction 23 and the layers of Indiumaluminiumphosphid In 0.34 Al 0.46 P.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit einer Figur dargestellt und erläutert werden. Die Figur zeigt eine Querschnittsdarstellung des Schichtenaufbaues eines Ausführungsbeispieles der Erfindung. In the following, the invention is intended to be based on exemplary embodiments shown in connection with a figure and be explained. The figure shows a cross-sectional representation the layer structure of an embodiment the invention.
Zur Herstellung einer rotleuchtenden Diode nach der Figur wird auf einem n-leitenden Substrat 3 aus Galliumphosphid (GaP) eine n-leitende Zwischenschichtstruktur aus mehreren Schichten von Indiumgalliumaluminiumphosphid (InGaAlP) angeordnet. Im einzelnen besteht die Zwischenschichtstruktur aus zwei sogenannten strained-layer-superlattices 2a und 2b, wobei die erste "Übergitterstruktur"-Schicht 2a im Wechsel Schichten aus Galliumphosphid (GaP) und In1-x-yGaxAlyP mit x=0,5 und y=0,23 und die zweite "Übergitterstruktur"-Schicht 2b im Wechsel In 1-x-yGaxAlyP mit x=0,5 und y=0,23 und In1-yAlyP mit y=0,46 aufweisen. Auf diese Zwischenschichtstruktur wird eine Doppelheterostruktur 1 aufgewachsen, die aus einer n-leitenden Schicht 10 aus In1-yAlyP mit y=0,46, einer p-leitenden aktiven Schicht 11 aus In1-xGaxP mit x=0,46 und einer p-leitenden Schicht 12, die wie die n-Schicht 10 aus In1-yAlyP mit y=0,46 aufgebaut ist.To produce a red-light-emitting diode according to the figure, an n-type intermediate layer structure comprising a plurality of layers of indium gallium aluminum phosphide (InGaAlP) is arranged on an n-type substrate 3 made of gallium phosphide (GaP). In particular, the intermediate layer structure consists of two so-called strained-layer superlattices 2 a and 2 b, the first “superlattice structure” layer 2 a alternating layers of gallium phosphide (GaP) and In 1-xy Ga x Al y P with x = 0.5 and y = 0.23 and the second "superlattice structure" layer 2 b alternating In 1-xy Ga x Al y P with x = 0.5 and y = 0.23 and In 1-y Al y P with y = 0.46. A double heterostructure 1 is grown on this intermediate layer structure, which consists of an n-type layer 10 made of In 1-y Al y P with y = 0.46, a p-type active layer 11 made of In 1-x Ga x P with x = 0.46 and a p-type layer 12 which, like the n layer 10, is composed of In 1-y Al y P with y = 0.46.
Zur Herstellung einer orangeleuchtenden Diode wird auf einem n-leitenden Galliumphosphid-Substrat eine Schichtenfolge angebracht, bei der alle Schichten mit Ausnahme der aktiven Schicht 11 denen der Diode nach der Figur entsprechen. Die Zusammensetzung dieser aktiven Schicht 11 entspricht dem Material In1-x-yGaxAlyP mit x=0,37 und y=0,09.In order to produce an orange-illuminating diode, a layer sequence is applied to an n-conductive gallium phosphide substrate, in which all layers except the active layer 11 correspond to those of the diode according to the figure. The composition of this active layer 11 corresponds to the material In 1-xy Ga x Al y P with x = 0.37 and y = 0.09.
Zur Herstellung einer gelbleuchtenden Diode wird ebenfalls auf einem n-leitenden Galliumphosphid-Substrat eine der dem vorausgehenden Beispiel entsprechenden Schichtfolge aufgebaut, wobei jedoch die Zusammensetzung der aktiven Schicht 11 dem Material In1-x-yGaxAlyP mit x=0,27 und y=0,19 entspricht.To produce a yellow-light-emitting diode, one of the layer sequences corresponding to the previous example is also built up on an n-conductive gallium phosphide substrate, but the composition of the active layer 11 is the material In 1-xy Ga x Al y P with x = 0.27 and y = 0.19.
Eine gelbgrünleuchtende Diode wird dadurch hergestellt, daß als Material für die aktive Schicht In1-x-yGaxAlyP mit x=0,17 und y=0,29 verwendet wird, wobei die übrigen Schichten und der Aufbau der Diode des zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispieles entsprechen.A yellow-green glowing diode is produced by using 1 xy Ga x Al y P with x = 0.17 and y = 0.29 as the material for the active layer In, the remaining layers and the structure of the diode described last Embodiment correspond.
Schließlich kann eine grünleuchtende Diode auf einem n- leitenden Galliumphosphid-Substrat dadurch hergestellt werden, daß alle Schichten mit Ausnahme der aktiven Schicht denjenigen des zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispieles entsprechen, die aktive Schicht jedoch auf In1-x-yGaxAlyP mit x=0,12 und y=0,34 eingestellt wird.Finally, a green light-emitting diode can be produced on an n-conducting gallium phosphide substrate in that all layers except the active layer correspond to those of the exemplary embodiment described last, but the active layer on In 1-xy Ga x Al y P with x = 0 , 12 and y = 0.34 is set.
Claims (5)
- a) das Halbleitersubstrat (3) besteht aus Galliumphosphid (GaP)
- b) zur Anpassung der Gitterkonstanten der Schichten (10, 11, 12) der Doppelheterostruktur (1) an diejenige des Halbleitersubstrats (3) erfolgt mittels gleichförmiger Gitterdeformation durch eine Zwischenschichtstruktur (2a, 2b) aus hinreichend dünnen, übereinander gestapelten Schichten ("strained-layer-superlattiex", 20, 21, 22, 23), wobei die Gitterkonstante über jeweils eine Schicht konstant bleibt, jedoch sich zwischen benachbarten Schichten um einen konstanten Wert abrupt ändert,
- c) die Bandabstände der Zwischenschichten (2a, 2b) sind jeweils größer als die der aktiven Schicht (11) der Doppelheterostruktur (1) und
- d) die Zwischenschichten (2a, 2b) bestehen aus dem Indiumgalliumaluminiumphosphid (InGaAlP).
- a) the semiconductor substrate ( 3 ) consists of gallium phosphide (GaP)
- b) the lattice constants of the layers ( 10 , 11 , 12 ) of the double heterostructure ( 1 ) are adapted to that of the semiconductor substrate ( 3 ) by means of uniform lattice deformation through an intermediate layer structure ( 2 a, 2 b) made of sufficiently thin layers stacked one above the other (" strained-layer-superlattiex ", 20, 21, 22, 23 ), the lattice constant remaining constant over one layer, but changing abruptly between adjacent layers by a constant value,
- c) the band gaps of the intermediate layers ( 2 a, 2 b) are each larger than that of the active layer ( 11 ) of the double heterostructure ( 1 ) and
- d) the intermediate layers (2 a, 2 b) are made of the Indiumgalliumaluminiumphosphid (InGaAlP).
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| DE19934303788 DE4303788C2 (en) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | Light emitting diode with a double heterostructure made of InGaA1P |
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Publications (2)
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