DE4313798A1 - Lichtemittierendes halbleiterbauelement aus einer verbindung der gallium-nitrid-gruppe - Google Patents

Lichtemittierendes halbleiterbauelement aus einer verbindung der gallium-nitrid-gruppe

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DE4313798A1
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Hisaki Kato
Michinari Sassa
Norikatsu Koide
Shiro Yamazaki
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    • H01L33/325—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen characterised by the doping materials

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement, das blaues Licht emittiert und aus einer Verbindung der Gallium-Nitrid-Gruppe aufgebaut ist.
Es ist bekannt, daß aus einem Gallium Nitrid-Halbleiter (GaN- Halbleiter) ein lichtemittierendes Bauelement, wie z. B. eine blaues Licht emittierende Leuchtdiode, hergestellt werden kann. Der GaN-Halbleiter ist wegen seines hohen Lumineszenz­ wirkungsgrads aufgrund des direkten Elektronenübergangs und wegen der Emission von blauem Licht, das eines der drei primären Lichtfarben ist, besonders nutzbringend.
Es sind Leuchtdioden aus GaN-Halbleitern bekannt, die aus einer N⁺-Schicht, einer N-Schicht, einer IL-Schicht und einer auf der IL-Schicht gewachsenen IH-Schicht bestehen. Die N⁺-Schicht hoher Ladungsträgerdichte und die N-Schicht niedriger Ladungs­ trägerdichte des GaN-Halbleiters mit n-Typ Leitfähigkeit sind direkt auf einer Oberfläche eines Saphir-Substrats oder auf einer auf dem Substrat angebrachten Pufferschicht aus Alluminiumnitrid gewachsen. Die IL-Schicht geringer Stör­ stellendichte und die IH-Schicht hoher Störstellendichte sind auf der N-Schicht mit niedriger Ladungsträgerdichte gewachsen. Vgl. dazu die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 252177/1991. Diese bekannten Leuchtdioden besitzen jedoch nicht die hohe Leuchtintensität der Erfindung.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Intensität von blauem Licht, das von einer GaN-Halbleiter-Leuchtdiode emittiert wird, zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement, das aus einer N-Schicht eines n-Typ Halbleiters einer Gallium Nitrid-Verbindung gemäß der Formel AlxGa1-xN, wobei der Fall x=0 eingeschlossen ist, besteht, die zu einer I-Schicht eines isolierenden (I-Typ) Halbleiters einer Gallium Nitrid-Verbindung gemäß der Formel AlxGa1-N, wobei der Fall x=0 eingeschlossen ist, angrenzend angeordnet ist. Dabei ist die I-Schicht mit p-Typ Störstellen dotiert und besitzt eine Doppelschichtstruktur, bestehend aus einer 0,1 µm bis 5 µm dicken, bei 1000°C bis 1200°C gewachsenen GaN-IL-Schicht mit niedriger p-Typ Störstellendichte (z. B. 1×1017/cm3 bis 5×1018/cm3 Zn-Störstellen), und einer 0,1 µm bis 1 µm dicken, bei 800°C bis 950°C gewachsenen GaN-IH-Schicht mit hoher p-Typ Störstellendichte (z. B. 1×1019/cm3 bis 1×1021/cm3 Zn-Störstellen), wobei die GaN-IL-Schicht an die N-Schicht angrenzt.
Erfindungsgemäß besitzt die IL-Schicht niedriger p-Typ Störstellendichte vorzugsweise Zn-Störstellen mit einer Dichte von ca. 1×1017/cm3 bis 5×1018/cm3 und eine Dicke von 0,1 µm bis 5 µm. Eine Zn-Störstellendichte größer als 5×1018/cm3 ist nicht wünschenswert, da dadurch der Serienwiderstand der Leuchtdiode ansteigen und die zum Strahlen der Leuchtdiode notwendige Anfangsspannung erhöht werden würde. Ebenso ist eine Zn-Störstellendichte kleiner als 1×1017/cm3 nicht wünschens­ wert, da sonst die IL-Schicht n-Typ Leitfähigkeit zeigen würde. Ebenso ist eine IL-Schichtdicke größer als 5 µm ist nicht wünschenswert, da dadurch wiederum der Serienwiderstand der Leuchtdiode und damit die zum Strahlen der Leuchtdiode notwendige Anfangsspannung erhöht werden würde. Schließlich ist auch eine IL-Schichtdicke kleiner als 0,1 µm nicht wünschens­ wert, da sonst der Vorteil einer Doppelschichtstruktur der IL- Schicht entfallen würde.
Das Wachstum der IL-Schicht niedriger p-Typ Störstellendichte wird bei 1000°C bis 1200°C vollzogen. Wächst die IL-Schicht innerhalb dieses Temperaturbereichs, so wird ein hoher Kristallisationsgrad in der IL-Schicht erreicht.
Zusätzlich sollte die IH-Schicht hoher p-Typ Störstellendichte vorzugsweise Zn-Störstellen mit einer Dichte von ca. 1×1019/cm3 bis 1×1021/cm3 und eine Dicke von 0,1 bis 1 µm besitzen. Eine Zn-Störstellendichte der IH-Schicht größer als 1×1021/cm3 ist nicht wünschenswert, da sonst der Halbleiter der IH-Schicht nur schwach kristallieren würde. Ebenso ist eine Zn-Störstellendichte der IH-Schicht kleiner als 1×1017/cm3 nicht wünschenswert, da sonst die Leuchtintensität der Leuchtdiode abnehmen würde. Ebenso ist eine IH-Schichtdicke größer als 1 µm nicht wünschenswert, da dadurch der Serien­ widerstand der Leuchtdiode und damit die zum Strahlen der Leuchtdiode notwendige Anfangsspannung erhöht werden würde. Schließlich ist auch eine IH-Schichtdicke kleiner als 0,1 µm nicht wünschenswert, da sonst wiederum die Leuchtintensität der Leuchtdiode abnehmen würde.
Das Wachstum der IH-Schicht hoher p-Typ Störstellendichte wird bei 800°C bis 950°C vollzogen. Wächst die IH-Schicht innerhalb dieses Temperaturbereichs, so wird ein hoher Kristallisations­ grad in der IH-Schicht erreicht und die Leuchtintensität der Leuchtdiode wird vergrößert.
Mit Hilfe der Erfindung kann die Leuchtintensität der Leuchtdiode erhöht werden, indem die I-Schicht mit Doppelschichtstruktur realisiert wird, bestehend aus einer IL-Schicht mit vergleichsweise niedriger p-Typ Störstellendichte und einer IH-Schicht mit vergleichsweise hoher p-Typ Störstellendichte, wobei die IL-Schicht zur GaN N-Schicht angrenzend angeordnet ist. Es wurde festgestellt, daß die Leuchtintensität des von der Leuchtdiode emittierten blauen Lichts erhöht werden kann, wenn die I-Schicht eine Doppelschichtstruktur mit zwei Schichten unterschiedlicher p-Typ Störstellendichte (z. B. Zn) besitzt.
In bezug auf Fig. 8 umfaßt die Erfindung zusätzlich ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement mit einer N-Schicht eines N-Typ GaN-Halbleiters gemäß der Formel AlxGa1-xN, den Fall x=0 eingeschlossen, die mit p-Typ Störstellen dotiert ist, wobei die I-Schicht eine Dreifachschichtstruktur besitzt, bestehend aus einer ersten an die GaN N-Schicht angrenzenden I-Schicht 5, einer zweiten I-Schicht 6 und einer dritten I-Schicht 7 (vgl. Fig. 1-14), deren Ladungsträgerdichten mit p-Typ Störstellen schichtweise zunehmen. Zn ist das bevorzugte p-Typ Störstellenelement der I-Schichten.
Die Dicke jeder I-Schicht sollte vorzugsweise zwischen 0,1 µm und 5 µm liegen. Die Wachstumstemperatur der ersten I-Schicht liegt vorzugsweise zwischen 1000°C und 1200°C, die Wachstums­ temperatur für die zweite und dritte I-Schicht liegt vorzugsweise zwischen 800°C und 950°C.
Innerhalb dieser Wachstumstemperaturgrenzen kann ein hoher Kristallisationsgrad jeder I-Schicht erreicht und die Leuchtintensität der Leuchtdiode erhöht werden.
Wird Zn als p-Typ Störstellenelement verwendet, so sollte die Zn-Dichte der ersten, zweiten bzw. dritten I-Schicht im Bereich 1×1017/cm3 bis 5×1018/cm3, 1×1019/cm3 bis 1×1021/cm3 bzw. 1×1020/cm3 bis 1×1022/cm3 liegen.
Ist die I-Schicht mit Dreifachschichtstruktur ausgestattet, bestehend aus einer ersten an die GaN N-Schicht angrenzenden I-Schicht, einer zweiten I-Schicht und einer dritten I-Schicht, deren Ladungsträgerdichten mit p-Typ Störstellen schichtweise zunehmen, so wird dadurch der Injektionswirkungsgrad von Elektronen und Löchern erhöht. Die Leuchtintensität der Leuchtdiode steigt aufgrund von Emissionen an den Kontakt­ stellen zwischen der N-Schicht und der ersten I-Schicht, zwischen der ersten und der zweiten I-Schicht und zwischen der zweiten und der dritten I-Schicht an.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 die Struktur einer Leuchtdiode gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 bis 7 Schnittansichten, die den Herstellungsprozeß einer Leuchtdiode gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verdeutlichen,
Fig. 8 die Struktur einer Leuchtdiode gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
Fig. 9 bis 14 Schnittansichten, die den Herstellungsprozeß der Leuchtdiode gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verdeut­ lichen.
Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Leuchtdiode 10, die ein Saphirsubstrat 1 mit einer darauf befindlichen 50 nm dicken AlN-Pufferschicht 2 besitzt. Auf der Pufferschicht 2 sind nacheinander eine 2,2µ dicke GaN N⁺-Schicht 3 mit einer hohen Ladungsträgerdichte (n-Typ) von 1,5×1018/cm3, eine 1,1 µm dicke GaN N-Schicht 4 mit einer niedrigen Ladungsträgerdichte (n-Typ) von 1×1015/cm3, eine IL-Schicht 5 mit einer niedrigen p-Typ Zn-Störstellendichte von 2×1018/cm3 und eine IH-Schicht 6 mit einer hohe p-Typ Zn-Störstellendichte von 1×1020/cm3 aufgetragen. An die IH-Schicht 6 bzw. an die N⁺-Schicht 3 sind Alluminiumelektroden 8 bzw. 9 angeschlossen.
Diese Leuchtdiode 10 wurde durch metallorganische Dampfphasen- Epitaxie in folgender Weise hergestellt. Im folgenden wird dieser Prozeß als MOVPE bezeichnet.
Die in diesem Prozeß verwendeten Gase sind NH3, H2 (als Trägergas), Trimethylgallium (Ga(CH3)3) (im folgenden als TMG bezeichnet), Trimethylalluminium (AL(CH3)3) (im folgenden als TMA bezeichnet), Silan (SiH4) und Diethylzink (im folgenden als DEZ bezeichnet). Das einkristallene Saphirsubstrat 1, dessen Hauptkristallebene (c-Oberfläche {0001}) durch schmutzlösendes Waschen und Hitzebehandlung gereinigt worden war, wurde in dem in der Reaktionskammer des MOVPE-Geräts befindlichen Aufnehmer plaziert.
Das Saphirsubstrat 1 wurde einer Dampfphasen-Ätzung bei 1100°C unterzogen, wobei H2 mit einer Durchflußrate von 2 l/min bei normalen Druck durch die Reaktionskammer strömte.
Auf das Saphirsubstrat 1 wurde die AlN-Pufferschicht 2 (ungefähr 50 nm dick) bei 400°C aufgetragen, indem H2 mit einer Durchflußrate von 20 l/min, NH3 mit einer Durchflußrate von 10 l/min und TNA mit einer Durchflußrate von 1,8×10-5mol/min zugeführt wurde.
Auf die Pufferschicht 2 wurde eine 2,2 µm dicke GaN N⁺-Schicht 3 mit einer hohen Ladungsträgerdichte von 1,5×1018/cm3 aufgetragen, indem 30 min lang H2 mit einer Durchflußrate von 20 l/min, NH3 mit einer Durchflußrate von 10 l/min, TMG mit einer Durchflußrate von 1,7×10-4mol/min und Silan (mit 0,86 ppm H2 verdünnt) mit einer Durchflußrate von 200 ml/min zugeführt wurden, wobei die Temperatur des Saphirsubstrats 1 auf 1150°C gehalten wurde.
Auf die N⁺-Schicht 3 wurde eine 1,1 µm dicke GaN N-Schicht 4 mit einer niedrigen Ladungsträgerdichte von 1×1015/cm3 aufgetragen, indem 15min lang H2 mit einer Durchflußrate von 20 l/min, NH3 mit einer Durchflußrate von 10 l/min und TMG mit einer Durchflußrate von 1,7×10-4mol/min zugeführt wurden, wobei die Temperatur des Saphirsubstrats 1 auf 1150°C gehalten wurde.
Auf die N-Schicht 4 wurde eine 1,1 µm dicke GaN IL-Schicht 5 mit einer niedrigen p-Typ Zn-Störstellendichte von 2×1018/cm3 aufgetragen, indem 15min lang H2 mit einer Durchflußrate von 20 l/min, NH3 mit einer Durchflußrate von 10 l/min, TNG mit einer Durchflußrate von 1,7×10-4mol/min und DEZ mit einer Durchflußrate von 1,5×10-4mol/min zugeführt wurden, wobei die Temperatur des Saphirsubstrats 1 auf 1150°C gehalten wurde.
Auf die IL-Schicht 5 wurde eine 0,2 µm dicke GaN IH-Schicht 6 mit einer hohen p-Typ Zn-Störstellendichte von 1×1020/cm3 aufgetragen, indem 3min lang H2 mit einer Durchflußrate von 20 l/min, NH3 mit einer Durchflußrate von 10 l/min, TMG mit einer Durchflußrate von 1,7×10-4mol/min und DEZ mit einer Durchflußrate von 1,5×10-4mol/min zugeführt wurden, wobei die Temperatur des Saphirsubstrats 1 auf 900°C gehalten wurde.
Auf diese Weise wurde eine Vielschichtstruktur gemäß Fig. 2 erhalten.
Auf die IH-Schicht 6 wurde eine 200 nm dicke SiO2-Schicht 11 wie in Fig. 3 gezeigt aufgestäubt. Auf die SiO2-Schicht 11 wurde eine lichtelektrische Widerstandsschicht 12 aufgetragen, die anschließend einem Photolitographie-Prozeß unterzogen wurde, um eine Struktur zu erhalten, die der Form der an die N⁺-Schicht 3 angeschlossenen Elektrode entspricht.
Der freiliegende (nicht von der lichtelektrischen Widerstandsschicht 12 bedeckte) Teil der SiO2-Schicht 11 wurde einem Ätzvorgang mit Flußsäure unterzogen, um diesen Teil gemäß Fig. 4 zu entfernen.
Der freiliegende (nicht von der lichtelektrischen Widerstandsschicht 12 und der SiO2-Schicht 11 bedeckte) Teil der IH-Schicht 6 wurde einer Trockenätzung mit CCl2F2-Gas mit einer Durchflußrate von 10 cc/min bei einer Hochfrequenzstromleistungsdichte von 0,11 W/cm3 im Vakuum mit einem Druck von 0,04 Torr und einer anschließender Argontrockenätzung unterzogen. Die Trockenätzung entfernte nicht nur den freiliegenden Teil der IH-Schicht 6 sondern auch gemäß Fig. 5 die darunter liegenden Teile der IL-Schicht 5 und der N-Schicht 4 niedriger Ladungsträgerdichte sowie den oberen Teil der N⁺-Schicht 3 hoher Ladungsträgerdichte.
Der auf der IH-Schicht 6 noch vorhandene Teil der SiO2-Schicht 11 wurde mit Flußsäure wie in Fig. 6 gezeigt entfernt.
Wie in Fig. 7 gezeigt, wurde auf die gesamte Oberfläche des Probestücks eine Al-Schicht 13 aufgedampft. Auf die Al-Schicht 13 wurde eine lichtelektrische Widerstandsschicht 14 aufge­ tragen, die anschließend einem Photolitographieprozeß unter­ zogen wurde, um eine Struktur zu erhalten, die der Form der an die N⁺-Schicht 4 mit hoher Ladungsträgerdichte bzw. an die IH-Schicht 6 angeschlossenen Elektroden entspricht.
Der freiliegende (nicht von der lichtelektrischen Widerstandsschicht 14 bedeckte) Teil der Al-Schicht 13 wurde einem Ätzvorgang mit Salpetersäure wie in Fig. 7 gezeigt unterzogen. Die lichtelektrische Widerstandschicht 14 wurde mit Azeton entfernt. Auf diese Weise wurden die an die N⁺-Schicht 3 mit hoher Ladungsträgerdichte bzw. an die IH-Schicht 6 mit hoher Störstellendichte angeschlossenen Elektroden gestaltet.
Mit Hilfe des zuvor erwähnten Prozesses wird ein lichtemittierendes Gallium Nitrid-Element mit MIS-Struktur gemäß Fig. 1 erzeugt.
Es stellte sich heraus, daß die somit erzeugte Leuchtdiode eine Leuchtintensität von 2 mcd besitzt. Dieser Wert ist zehnmal höher als der Wert bekannter Leuchtdioden.
Eine Untersuchung der lichtemittierenden Oberfläche zeigte zudem, daß die Anzahl lichtemittierender Punkte erheblich größer als bei bekannten Leuchtdioden ist.
Fig. 8 zeigt eine Leuchtdiode 10 eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, die ein Saphirsubstrat 1 mit einer darauf befindlichen 50 nm dicken AlN-Pufferschicht 2 besitzt. Auf der Pufferschicht 2 sind nacheinander eine 2,2 µm dicke GaN N⁺-Schicht 3 mit einer hohen Ladungsträgerdichte (1,5×1018/cm3), eine 1,1 µm dicke GaN N-Schicht 4 mit einer niedrigen Ladungsträgerdichte (1×1015/cm3), eine erste I-Schicht 5 mit einer Zn-Störstellendichte von 2×1018/cm3, eine zweite I-Schicht 6 mit einer Zn-Störstellendichte von 1×1020/cm3 und eine dritte I-Schicht 7 mit einer Zn-Störstellendichte von 3×1020/cm3 aufgetragen. An die dritte I-Schicht 7 bzw. an die N⁺-Schicht 3 sind Aluminiumelektroden 8 bzw. 9 angeschlossen. Diese Leuchtdiode 10 wurde mit Organometall durch MOVPE auffolgende Weise hergestellt.
Die Schichten der Leuchtdiode 10 von der Pufferschicht 2 bis zur N-Schicht 4 niedriger Ladungsträgerdichte besitzen dieselbe Struktur wie im ersten Ausführungsbeispiel und wurden auf dieselbe Art hergestellt wie im ersten Ausführungsbeispiel.
Auf die N-Schicht 4 mit einer niedrigen Ladungsträgerdichte wurde eine 1 µm dicke erste GaN I-Schicht 5 mit einer Zn-Störstellendichte von 5×1019/cm3 aufgetragen, indem 15 min lang H2 mit einer Durchflußrate von 20 l/min, NH3 mit einer Durchflußrate von 10 l/min, TNG mit einer Durchflußrate von 1,7×10-4mol/min und DEZ mit einer Durchflußrate von 1,5× 10-4mol/min zugeführt wurden, wobei die Temperatur des Saphir­ substrats 1 auf 1150°C gehalten wurde.
Auf die erste I-Schicht 5 wurde eine 0,2 µm dicke zweite GaN I-Schicht 6 mit einer Zn-Störstellendichte von 1×1020/cm3 aufgetragen, indem 3 min lang H2 mit einer Durchflußrate von 20 l/min, NH3 mit einer Durchflußrate von 10 l/min, TMG mit einer Durchflußrate von 1,7×10-4mol/min und DEZ mit einer Durchflußrate von 1,5×10-4mol/min zugeführt wurden, wobei die Temperatur des Saphirsubstrats 1 auf 900°C gehalten wurde.
Auf die zweite I-Schicht 6 wurde eine 0,2 µm dicke dritte GaN I-Schicht 7 mit einer Zn-Störstellendichte von 3×1020/cm3 aufgetragen, indem 3min lang H2 mit einer Durchflußrate von 20 l/min, NH3 mit einer Durchflußrate von 10 l/min, TMG mit einer Durchflußrate von 1,7×10-4mol/min und DEZ mit einer Durch­ flußrate von 4,5×10-4mol/min zugeführt wurden, wobei die Temperatur des Saphirsubstrats 1 auf 900°C gehalten wurde.
Auf diese Weise wurde die Vielschichtstruktur gemäß Fig. 9 erhalten.
Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel, wurde auf die dritte I-Schicht 7 eine 200 nm dicke SiO2-Schicht 11 wie in Fig. 3 und 11 gezeigt aufgestäubt. Auf die SiO2-Schicht 11 wurde eine lichtelektrische Widerstandsschicht 12 aufgetragen, die anschließend einem Photolitographie-Prozeß unterzogen wurde, um eine Ausgestaltung zu erhalten, die der Form der an die N⁺-Schicht 3 angeschlossenen Elektrode entspricht.
Der freiliegende (nicht von der lichtelektrischen Widerstandsschicht 12 und der SiO2-Schicht 11 bedeckte) Teil der dritten I-Schicht 7 wurde einer Trockenätzung mit CCl2F2-Gas mit einer Durchflußrate von 10 cc/min bei einer Hochfrequenzstromleistungsdichte von 0,44 W/cm3 im Vakuum mit einem Druck von 0,04 Torr und einer anschließender Argon­ trockenätzung unterzogen. Die Trockenätzung entfernte nicht nur den freiliegenden Teil der dritten I-Schicht 7, sondern auch gemäß Fig. 12 die darunter liegenden Teile der zweiten und ersten I-Schicht 6 und 5 und der N-Schicht 4 sowie den oberen Teil der N⁺-Schicht 3.
Auf diese Weise wurden die Elektrode 9 für die N⁺-Schicht 3 und die Elektrode 8 für die dritte I-Schicht 7 gestaltet.
Mit Hilfe des zuvor beschriebenen Prozesses wird ein lichtemittierendes Gallium Nitrid-Element mit NIS-Struktur gemäß Fig. 8 erzeugte.
Es stellte sich heraus, daß die somit erzeugte Leuchtdiode 10 eine Leuchtintensität von 2mcd besitzt. Dieser Wert ist zehnmal höher als der Wert bekannter Leuchtdioden.
Eine Untersuchung der lichtemittierenden Oberfläche zeigte zudem, daß die Anzahl lichtemittierender Punkte erheblich größer als bei bekannten Leuchtdioden ist.
In beiden Ausführungsbeispielen können Mg, Cd und Be als p-Typ Störstellen für die I-Schichten verwendet werden.
Beschrieben ist ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement, bestehend aus einer N-Schicht eines n-Typ Halbleiters aus einer Gallium Nitrid-Verbindung gemäß der Formel AlxGa1-xN, wobei der Fall x=0 eingeschlossen ist, und einer mit p-Typ Störstellen dotierten I-Schicht eines isolierenden Halbleiters aus einer Gallium Nitrid-Verbindung gemäß der Formel AlxGa1-xN, wobei der Fall x=0 eingeschlossen ist. Dabei besitzt die I-Schicht eine Doppelschichtstruktur, bestehend aus einer an die N-Schicht angrenzenden IL-Schicht 5 niedriger Störstellendichte (z. B. aus Zn zwischen 1×1017/cm3 und 5×1018/cm3) mit einer Wachstumstemperatur zwischen 1000°C und 1200°C und einer IH-Schicht 6 hoher Störstellendichte (z. B. aus Zn zwischen 1×1019/cm3 und 1×1021/cm3) mit einer Wachstumstemperatur zwischen 800°C und 950°C. Des weiteren wird ein aus einer N-Schicht und einer mit p-Typ Störstellen dotierten I-Schicht bestehendes lichtemittierendes Halbleiterbauelement beschrie­ ben, wobei die I-Schicht eine Dreifachschichtstruktur besitzt, bestehend aus einer ersten 5, zweiten 6 und dritten 7 Schicht. Dabei steigt schichtweise von der N-Schicht aus die p-Typ Störstellendichte der I-Schichten 5, 6, und 7 an.

Claims (8)

1. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement, bestehend aus einer N-Schicht eines n-Typ Halbleiters aus einer Gallium Nitrid-Verbindung gemäß der Formel AlxGa1-xN, wobei der Fall x=0 eingeschlossen ist, und einer I-Schicht eines semiisolierenden mit p-Typ Störstellen dotierten Halbleiters gemäß der Formel AlxGa1-xN, wobei der Fall x=0 eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die I-Schicht eine Doppelschichtstruktur aufweist, bestehend aus einer 0,1 µm bis 5 µm dicken IL-Schicht (5) mit einer niedrigen p-Typ Störstellendichte im Bereich 1×1017/cm3 bis 5×1018/cm3 und einer 0,1 µm bis 1 µm dicken IH-Schicht (6) mit einer hohen p-Typ Störstellendichte im Bereich 1×1019/cm3 bis 1×1021/cm3, und
  • b) die IL-Schicht (5) an die N-Schicht angrenzend angeordnet ist.
2. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die p-Typ Störstellen aus Zn bestehen.
3. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachstum der IL-Schicht (5) bei einer Temperatur zwischen 1000°C und 1200°C und das Wachstum der IH-Schicht (6) bei einer Temperatur zwischen 800°C und 950°C erfolgte.
4. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die N-Schicht auf einem Saphirsubstrat (1) ausgebildet ist, und daß auf der Oberseite des Saphirsubstrats (1) aufeinanderfolgend eine Pufferschicht (2), eine GaN N⁺-Schicht (3), eine GaN-Schicht (4), eine IL-Schicht (5) und eine IH-Schicht (6) ausgebildet sind, wobei Elektroden mit der IH-Schicht (6) und der GaN N⁺-Schicht (3) verbunden sind.
5. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement, bestehend aus einer N-Schicht eines n-Typ Halbleiters aus einer Gallium Nitrid-Verbindung gemäß der Formel AlxGa1-xN, wobei der Fall x=0 eingeschlossen ist, und einer I-Schicht eines semiisolierenden mit p-Typ Störstellen dotierten Halbleiters gemäß der Formel AlxGa1-xN, wobei der Fall x=0 eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die I-Schicht eine erste I-Schicht (5), eine zweite I-Schicht (6) und eine dritte I-Schicht (7) umfaßt, deren p-Typ Störstellendichten von der N-Schicht aus schichtweise größer sind und deren Dicke jeweils zwischen 0,1 µm und 5 µm liegt,
  • b) die erste I-Schicht (5) an die N-Schicht angrenzend angeordnet ist.
6. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die p-Typ Störstellen aus Zn bestehen.
7. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachstum der ersten IL-Schicht (5) bei einer Temperatur zwischen 1000°C und 1200°C und das Wachstum der zweiten (6) und dritten (7) IL-Schicht bei einer Temperatur zwischen 800°C und 950°C erfolgte.
8. Lichtemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste IL-Schicht (6) eine p-Typ Störstellendichte im Bereich 1×1017/cm3 bis 5×1018/cm3, die zweite IL-Schicht (6) eine p-Typ Störstellendichte im Bereich 1×1019/cm3 bis 1× 1021/cm3 und die dritte IL-Schicht (7) eine p-Typ Störstellendichte im Bereich 1×1020/cm3 bis 1×1022/cm3 aufweist.
DE19934313798 1992-04-28 1993-04-27 Lichtemittierendes halbleiterbauelement aus einer verbindung der gallium-nitrid-gruppe Withdrawn DE4313798A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5587593A (en) * 1994-04-20 1996-12-24 Toyoda Gosei Co., Ltd. Light-emitting semiconductor device using group III nitrogen compound
WO1998019290A1 (de) * 1996-10-31 1998-05-07 Siemens Aktiengesellschaft Mehrfarbiges licht abstrahlende bildanzeigevorrichtung
US6635905B2 (en) * 2001-09-07 2003-10-21 Nec Corporation Gallium nitride based compound semiconductor light-emitting device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0444630A1 (de) * 1990-02-28 1991-09-04 Toyoda Gosei Co., Ltd. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit Gallium-Nitrid-Verbindung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0444630A1 (de) * 1990-02-28 1991-09-04 Toyoda Gosei Co., Ltd. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit Gallium-Nitrid-Verbindung

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5587593A (en) * 1994-04-20 1996-12-24 Toyoda Gosei Co., Ltd. Light-emitting semiconductor device using group III nitrogen compound
WO1998019290A1 (de) * 1996-10-31 1998-05-07 Siemens Aktiengesellschaft Mehrfarbiges licht abstrahlende bildanzeigevorrichtung
US5994722A (en) * 1996-10-31 1999-11-30 Siemens Aktiengesellschaft Image display device that emits multicolored light
US6635905B2 (en) * 2001-09-07 2003-10-21 Nec Corporation Gallium nitride based compound semiconductor light-emitting device

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