DE69420202T2

DE69420202T2 - Lichtemittierende Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE69420202T2
Application number: DE69420202T
Authority: DE
Inventors: Yukio Shakuda
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1993-06-14
Filing date: 1994-06-13
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2014-06-14
Also published as: JPH06350204A; US5521396A; EP0631356A3; EP0631356B1; EP0631356A2; JP3318391B2; DE69420202D1

Description

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung, die als eine Halbleiterlaservorrichtung, als ein Blaulichtstrahler, der eines der Elemente einer Anzeigetafel ist, die zur Verwendung bei Anzeigen unterschiedlicher elektronischer Geräte dient, als eine blaues Licht emittierende Vorrichtung (LED), die individuell in einem Anzeigeapparat verwendet wird, als eine Signal-Lese- und -einschreib-lichtemittierende Vorrichtung zur Verwendung von einem Kompaktdisk-(CD)-Abspielgerät und einem Laserdisk-(LD)Abspielgerät und als eine lichtemittierende Vorrichtung zur Verwendung in einem Strichcodelesegerät verwendet werden kann.

Beschreibung des Standes der Technik

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Grundstruktur einer derartigen lichtemittierenden Halbleitervorrichtung (siehe: Nurmikko et al., Ext. Abstracts of the 1992 Int. Conf. on·Solid State Devices and Materials, 1992, S. 342- 344) und den Zustand eines entsprechenden Energiebandes. Die allgemeine Struktur der lichtemittierenden Halbleitervorirchtung ist wie folgt:
auf der Oberfläche eines N-Typ-Halbleitersubstrats ist durch MBE-(Molekularstrahlepitaxie)-Aufwachsen einer N = Typ- Halbleiterschicht B&sub1;, einer aktiven Schicht B&sub2; und einer P- Typ-Halbleiterschicht B&sub3;in der genannten Reihenfolge ein Halbleiterfilm B mit einer PN-Übergangsstruktur ausgebildet worden, und auf dem N-Typ-Substrat A und auf der P-Typ- Halbleiterschicht B&sub3;, die die oberste Schicht des Halbleiterfilms ist, sind Metallelektroden E&sub1; und E&sub2; ausgebildet. Wie allgemein bekannt ist, hat das Energieband der Halbleitervorrichtung mit der vorstehend beschriebenen Struktur eine solche Konfiguration, daß die Energieniveaus des N- Typ-Halbleiterfilms B&sub1; und der P-Typ-Halbleiterschicht B&sub3; hoch sind und ein Energieniveaudurchgang an der aktiven Schicht B&sub2;, die ein PN-Übergang ist, gebildet ist. Daraus folgt, wenn zwischen den Elektroden E&sub2; und E&sub3; in Vorwärtsrichtung eine Vorspannung angelegt wird, daß die Träger, d. h. die Löcher h und die Elektronen e, die durch das Anlegen der Spannung injiziert sind, dadurch rekombinieren, daß sie in der aktiven Schicht B&sub2; abgeschlossen sind, wo das Energieniveau niedrig ist, so daß an dieser natürliches Licht emittiert wird. In einem Halbleiterlaser schwingt Licht zwischen den parallelen Endflächen der aktiven Schicht B&sub2;, um eine Laseroszillation zu verursachen, wenn der Anregungsstrom einen Schwellwert übersteigt.
Herkömmlicherweise wird bei der Herstellung einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung, die blaues Licht emittiert, der Halbleiterfilm B durch epitaktisches Aufwachsen eines Halbleiters der Gruppe II-VI, wie beispielsweise ZnCdSSe oder MgZnCdSSe, direkt auf ein GaAs-Substrat A ausgebildet, oder durch Aufwachsen eines Films der Gruppe III-V auf das GaAs-Substrat A, und der die gleiche Leitfähigkeit wie die des GaAs-Substrats A hat, ausgebildet.
Fig. 2 zeigt eine herkömmliche lichtemittierende Halbleitervorrichtung. Die herkömmliche Vorrichtung die in der Figur gezeigt ist, ist ein sog. blaulichtemitterender Halbleiterlaser ZnSe, bei dem auf einem N-Typ-GaAs-Substrat 41 ein Halbleiterfilm 42 der Gruppe II-VI aus ZnCdSSe oder MgZnCdSSE ausgebildet ist.
Der Halbleiterfilm 42 der Gruppe II-VI ist durch MBE- Aufwachsen einer N-Typ-ZnSe-Schicht 42, die eine Pufferschicht ist, einer N-Typ-ZnSSe-Schicht 44, die eine Hüllschicht ist, einer ZnCdSe-Schicht 45, die eine aktive Schicht 45 ist, einer P-Typ-ZnSSe-Schicht 46, die eine Mantelschicht ist, und einer P-Typ-ZnSe-Schicht 47, die eine Pufferschicht ist, in der genannten Reihenfolge auf dem Substrat 41 ausgebildet. Auf der P-Typ-ZnSe-Schicht 47, die die oberste Schicht des Halbleiterfilms der Gruppe II-VI ist, ist ein Metall, wie beispielsweise Au direkt abgeschieden, um eine Elektrode 48 zu bilden. Die Bezugsziffer 49 bezeichnet eine Elektrode, die auf der Rückseite des Substrats 41 ausgebildet ist.
In der Halbleitervorrichtung der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Struktur, ist, wie aus der in der Fig. 3 gezeigten Energiebandkonfiguration nahegelegt, ein beträchtlich großer Energiebandspalt zwischen dem N-Typ-GaAs- Substrat 41, das aus einem Gruppe-III-IV-Halbleiter hergestellt ist, und der N-Typ-ZnSe-Schicht 43 aus einem Gruppe II-VI-Halbleiterfilm 42, Als Ergebnis wird ein Sperrpotential ΔV erzeugt. Die gestrichelt dargestellten Pfeile in den Fig. 1 und 3 zeigen die Ströme der Elektronen e.
Da zwischen den Elektroden 48 und 49 eine beträchtlich hohe Spannung angelegt werden muß, um einen Strom zu erzielen, der bewirkt, daß die Elektronen e das Sperrpotential ΔV übersteigen, wird nicht nur die erforderliche Leistung zum Treiben der Vorrichtung größer, sondern es steigen auch die Ampere des Stromflusses in der Vorrichtung. Da die Stromdichte in der Vorrichtung sehr hoch ist, ist es unvermeidlich, daß die Vorrichtung während ihres Betriebes Wärme erzeugt.
Solche Probleme können ähnlich hervorgerufen werden, wenn ein P-Typ-GaAs-Substrat verwendet wird. In diesem Fall ist es notwendig, zwischen die Elektroden eine Spannung anzule gen, die erforderlich ist, um einen Strom zu erzielen, der bewirkt, daß Löcher h über die Potentialbarriere zwischen dem P-Typ-GaAs-Substrat und dem II-VI-Halbleiterfilm gehen. Die Probleme des Stromverbrauchs und der Wärmeerzeugung bei Betrieb der Vorrichtung werden wie im Fall der Verwendung eines N-GaAs-Substrats hervorgerufen.
Darüberhinaus werden in einer Struktur, bei der ein Gruppe- III-V-Halbleiterfilm derselben Leitfähigkeit wie die des GaAs-Substrats auf das GaAs-Substrat aufgewachsen ist, dieselben Probleme verursacht, da zwischen dem Gruppe-III-V- Halbleiterfilm und dem Gruppe-II-VI-Halbleiterfilm ein Bandspalt ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stromverbrauch und die Wärmeerzeugung zu verringern und die Temperaturcharakteristik der ganzen lichtemittierenden Halbleitervorrichtung zu verbessern, indem die Sperrspannung zwischen dem Gruppe-III-V-Halbleiterfilm und dem Gruppe-II- VI-Halbleiterfilm verringert wird, um die Spannung/Stromcharakteristik zu verbessern, so daß ein notwendiger Strom bei einer niedrigen Spannung fließt.
Eine vorliegende lichtemittierende Halbleitervorrichtung ist auf eine Struktur gerichtet, bei der ein Halbleiterfilm mit einer P-N-Übergangsstruktur, bei der eine N-Typ-Halbleiterschicht und eine P-Typ-Halbleiterschicht schichtweise mit einer dazwischenliegenden aktiven Schicht direkt auf ein GaAs-Substrat aufgewachsen sind oder auf einen Gruppe III-V-Halbleiterfilm aufgewachsen sind, der auf das GaAs- Substrat aufgewachsen ist und den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der des GaAs-Substrats hat, und sowohl auf der Vorderseite des Halbleiterfilms als auch auf der Rückseite des GaAs-Substrats ist eine Elektrode ausgebildet.
Der Halbleiterfilm ist aus einem Halbleiter der Gruppe II- VI aus ZnCdSSe oder MgZnCdSSe hergestellt und zwischen dem Gruppe-II-VI-Halbleiterfilm und dem GaAs-Substrat oder dem Gruppe-III-V-Halbleiterfilm ist eine ZnSeAlGaAs- Überstrukturschicht (Superlattice) vorgesehen, die aus ZnSe und AlGaAs gebildet ist, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der des GaAs-Substrats hat.
Bei dieser Struktur ist der Gruppe-III-V-Halbleiterfilm durch Aufwachsen eines AlGaAs-Films auf das GaAs-Substrat ausgebildet. Die ZnSeAlGaAs-Überstrukturschicht ist durch abwechselndes Aufwachsen von ZnSeAlGaAs in Form eines Laminats, mit konstantem Filmdickenverhältnis oder durch abwechselndes Aufwachsen derselben in Form eines Laminats bei kontinuierlichem Verändern des Filmdickenverhältnisses gebildet, so daß ein ZnSe-Film näher an dem Gruppe-II-VI- Halbleiterfilm dicker ist und daß ein AlGaAs-Film näher dem GaAs-Substrat oder dem Gruppe-III-V-Halbleiterfilm dicker ist.
Bei dieser Struktur ist das Energieniveau der ZnSeAlGaAs- Überstrukturschicht zwischen dem des Ga-As-Substrats oder des Gruppe-II-V-Halbleiterfilms und dem des Gruppe-II-VI- Halbleiterfilms. Im allgemeinen sinkt die Quantität des Stroms, der durch eine P-N-Übergangsstruktur, die zwischen einer positiven und einer negativen Elektrode ausgebildet ist, fließt, exponentiell mit der Höhe der Energiebarriere.
Der Strom fließt leichter in einer Struktur, in welcher ein mittleres Energieniveau ist anstatt in einer Struktur wie der herkömmlichen Struktur, in welcher eine einzige große Energiebarriere zwischen dem GaAs-Substrat oder dem Gruppe III-V-Halbleiterfilm und dem Gruppe-II-VI-Halbleiterfilm ist. Daher ist selbst bei gleichen Potentialdifferenzen der Energiebarrieren die Spannung, welche notwendig ist, um einen Strom zu erzielen, der bewirkt, daß Elektronen oder Löcher über die Energiebarriere zwischen dem GaAs-Substrat oder dem Gruppe-III-V-Halbleiterfilm und dem Gruppe-II-VI- Halbleiterfilm gehen, verglichen mit der herkömmlichen Struktur stark verringert.
Die Überstrukturschicht, die durch abwechselndes Aufwachsen von ZnSe und AlGaAs in Form eines Laminats mit konstantem Filmdickenverhältnis ausgebildet ist, schafft einen Zwischenbandspalt zwischen dem GaAs-Substrat oder dem Gruppe- III-V-Halbleiterfilm und dem Gruppe-II-VI-Halbleiterfilm. Da das Energieband von dem GaAs-Substrat zum Gruppe-II-V- Halbleiterfilm eine Form einnimmt, bei dem kleine Potentialbarrieren in Stufen vorhanden sind, sinkt der Bandspalt, so daß der Strom sowohl in der Struktur, bei der ein N-Typ-Substrat verwendet worden ist, als auch in der Struktur, bei der ein P-Substrat verwendet worden ist, leichter fließt.
In der Struktur, bei welcher eine Überstrukturschicht ausgebildet worden ist, indem abwechselnd ZnSe und AlGaAs in Form eines Laminats aufgewachsen worden sind, wobei das Verhältnis der Filmdicke verändert worden ist, so daß ein Zn-Se-Film, der näher an dem Gruppe-II-VI-Halbleiterfilm liegt, dicker ist und daß ein AlGaAs-Film, der näher an dem GaAs-Substrat oder den Gruppe-III-V-Halbleiterfilm liegt, dicker ist, ändert sich das Energieband kontinuierlich zwischen dem GaAs-Substrat oder dem Gruppe-III-V- Halbleiterfilm und dem Gruppe-II-VI-Halbleiterfilm. Da kaum irgendwelche Bandspalte dazwischen sind, fließt der Strom sehr viel leichter.
Zusätzlich zu diesen Strukturen ist in einer Vorrichtung, bei der der Gruppe-II-VI-Halbleiterfilm auf einem N-Typ- GaAs-Substrat oder auf einen N-Typ-Halbleiterfilm der Gruppe-III-V, der auf ein GaAs-Substrat aufgewachsen ist, ausgebildet ist, zwischen der P-Typ-Halbleiterschicht und der Elektrode entweder ein P-Typ-GaAs-Film oder ein P-Typ- InGaAs-Film mit einem Energieniveau zwischen jenem der P- Typ-Halbleiterschicht und dem der Elektrode ausgebildet, oder es sind beide in der genannten Reihenfolge in Form eines Laminats ausgebildet. Abwechselnd werden ein P-Typ- AlGaAs-Film und ein P-Typ-GaAs-Film in Form eines Laminats in dieser Reihenfolge ausgebildet.
Bei dieser Struktur sind die Energieniveaus der Schichten in der folgenden Reihenfolge höher: Elektrode < P-Typ-InGaAs-Film < P-Typ-GaAs-Film < P-Typ- AlGaAs-Film < Gruppe-II-VI-Halbleiterfilm. Daher nimmt in jeder Struktur mit einem dieser P-Typ-Filme das Energieband von der Elektrode zum Gruppe-II-VI-Halbleiterfilm eine Form ein, bei der schrittweise Niveaudifferenzen vorhanden sind. Da weiterhin die Energiebarriere vom Schottky-Typ ebenfalls verringert ist, selbst wenn die Potentialdifferenzen der Energiebarrieren diesselben sind, ist die Spannung, welche notwendig ist, um einen Strom zu erzielen, der bewirkt, daß die Löcher oder Elektronen über die Energiebarriere zwischen der Elektrode und der P-Typ-Halbleiterschicht übersteigen, verglichen mit der herkömmlichen Struktur stark verringert.

Kurze Beschreibung der Figuren

Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugsnahme auf die begleitenden Figuren hervor, in welchen zeigt:
Fig. 1 die Struktur eines herkömmlichen Halbleiterlasers in schematischer Darstellung und den Zustand eines entsprechenden Energiebandes.
Fig. 2 die Struktur des herkömmlichen Halbleiterlasers in einer schematischen Schnittdarstellung;
Fig. 3 eine schematische graphische Darstellung des Zustandes des Energiebandes zwischen den Gruppe-III-V-Substrat und der P-N-Übergangsschicht der Gruppe III-VI in der herkömmlichen Vorrichtung;
Fig. 4 die Struktur einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt in schematischer Darstellung;
Fig. 5 eine schematische graphische Darstellung des Zustandes des Energiebandes zwischen der Gruppe III-V- Halbleiterschicht und dem Gruppe-II-VI-Halbleiterfilm bei der ersten Ausführungsform;
Fig. 6 die N-Typ-Überstrukurschicht der ersten Ausführungsform in einer schematischen vergrößerten Teilansicht;
Fig. 7 eine schematische vergrößerte Teilansicht des IV- Teils aus Fig. 5;
Fig. 8 eine schematische Darstellung der Art und Weise, in welcher bei der ersten Ausführungsform Elektronen über den Energiespalt gehen;
Fig. 9 die Struktur einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung im Schnitt;
Fig. 10 eine schematische graphische Darstellung des Zustandes des Energiebandes zwischen der Gruppe-III-V- Halbleiterschicht und dem Gruppe-II-VI-Halbleiterfilm bei der zweiten Ausführungsform;
Fig. 11 eine schematische Darstellung der P-Typ- Überstrukturschicht gemäß der zweiten Ausführungsform in einer vergrößerten Teilansicht;
Fig. 12 eine vergrößerte schematische Darstellung des Teils 9 aus Fig. 10 die Art und Weise mit der die Löcher bei der zweiten Ausführungsform über den Energiespalt gehen in schematischer Darstellung;
eine schematische graphische Darstellung des Zustandes des Energiebandes zwischen der Elektrode und dem Gruppe II-VI- Halbleiterfilm;
Fig. 15 die Struktur einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt in schematischer Darstellung;
Fig. 16 in schematischer Darstellung die Art und Weise; in welcher bei der dritten Ausführungsform die Löcher über den Energiespalt gehen;
Fig. 17 eine graphische Darstellung der Spannung/Stromcharakteristika der dritten Ausführungsform und der herkömmlichen Vorrichtung zum Vergleich;
Fig. 18 die Struktur einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt in schematischer Darstellung;
Fig. 19 in schematischer Darstellung die Art und Weise, in welcher die Löcher bei der vierten Ausführungsform über den Energiespalt gehen;
Fig. 20 die Struktur einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung im Schnitt;
Fig. 21 in schematischer Darstellung die Art und Weise, in welcher die Löcher bei der fünften Ausführungsform über den Energiespalt gehen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsformen beschrieben, bei denen die vorliegende Erfindung für eine Halbleiterlaservorrichtung verwendet wird. Die Fig. 4 bis 8 zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 4 eine Schnittansicht, die die erste Ausführungsform schematisch zeigt. Die in der Figur gezeigte Vorrichtung ist ein blaues Licht emittierender Halbleiterlaser, bei dem ein N-Typ-AlGaAs-Film 2, eine N- Typ-ZnSe-AlGaAs-Überstrukturschicht 3 und ein Gruppe-II-VI- Halbleiterfilm 4 aus ZnCdSSe, wie später beschrieben, auf ein N-Typ-GaAs-Substrat 1 aufgewachsen sind und Gegenelektroden 5 und 6, die aus einem Metall wie beispielsweise Au bestehen, sind jeweils auf der Vorderseite des II-VI- Halbleiterfilms 4 und auf der Rückseite des N-Typ-GaAs- Substrats 1 ausgebildet.
Bei dieser Ausführungsform ist die Elektrode 6 auf der gesamten Oberfläche des gesamten GaAs-Substrats 1 ausgebildet, während die Elektrode 5 auf dem Gruppe-II-VI- Halbleiterfilm 4 bahnförmig mit konstanter Breite ist. Die bahnförmige Elektrode 5 ist von Vorteil, da die Stromstreuung verhindert wird und der Strom wirksam zur Lichtemission beiträgt. Die Elektrodenform ist bei dieser Ausführungsform jedoch nicht auf diese begrenzt.
Der Gruppe II-VI-Halbleiterfilm 4 ist durch MBE-Aufwachsen einer N-Typ-ZnSe-Schicht 7 als einer Pufferschicht, einer N-Typ-ZnSSe-Schicht 8 als einer Mantelschicht, einer Zn- CdSe-Schicht 9, einer P-Typ-ZnSSe-Schicht 10 als einer Mantelschicht und einer P-Typ-ZnSe-Schicht 11 als einer Pufferschicht, die in der genannten Reihenfolge eine P/N- Übergangsstruktur ist, ausgebildet, wobei die ZnCdSe- Schicht 9, die eine aktive Schicht ist, sandwichartig zwischen eine N-Typ-Halbleiterschicht 12, bestehend aus der N- Typ-ZnSe-Schicht 7 und der N-Typ-ZnSSe-8, und einer P-Typ- Halbleiterschicht 13, bestehend aus der P-Typ-ZnSSe-10 und der P-Typ-ZnSe-Schicht 11, angeordnet ist.
Da das N-Typ-GaAs-Substrat 1 und der N-Typ-AlGaAs-Film 2, die auf das Substrat 1 aufgewachsen sind, beide aus einem Halbleiter der Gruppe III-V bestehen, wird die Laminatstruktur, die das N-Typ-GaAs-Substrat 1 und den N-Typ- AlGaAs-Film 2 umfaßt, im nachfolgenden als eine N-Typ- Halbleiterschicht 14 der Gruppe III-V bezeichnet. Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung das Energieband zwischen der N-Typ-Halbleiterschicht 14 der Gruppe III-V und den Halbleiterfilm 4 der Gruppe II-VI. Wie in der Figur gezeigt besteht zwischen der N-Typ-Halbleiterschicht 14 der Gruppe III-V und dem Gruppe-II-V-Halbleiterfilm 4 ein signifikanter Energiespalt. Bei dieser Ausführungsform ist die vorstehend erwähnte ZnSe-AlGaAs-Überstrukturschicht 3 vom N- Typ zwischen der Schicht 14 und dem Film 4 vorgesehen, um den Energiespalt zu teilen.
Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung die Struktur der ZnSe-AlGaAs-Überstrukturschicht 3 vom N-Typ. Die N-Typ Überstrukturschicht 3 ist durch abwechselndes Aufwachsen von N-Typ-ZnSe-Filmen und N-Typ-AlGaAs-Filmen ausgebildet, die extrem dünn sind, so daß der Atomabstand als Referenzeinheit verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform ist das Verhältnis der Filmdicke B des N-Typ-ZnSe-Films 3a zur Filmdicke W des N-Typ-AlGaAs-Films 3b (B: W) für alle Schichten der Überstrukturschicht 3 konstant. In der Fig. 6 repräsentieren die schraffierten Teile die N-Typ-ZnSe- Filme, während die leeren Teile die N-Typ-AlGaAs-Filme repräsentieren.
Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Teils IV aus der Fig. 5. In der Figur repräsentiert v1 das Energieniveau der N-Typ-Halbleiterschicht 14 der Gruppe III-V, und v2 repräsentiert das Energieniveau des II-VI-Halbleiterfilms 4. Mikroskopisch ist das Energieniveau der N-Typ- Überstrukturschicht III an den Teilen entsprechend einem N- Typ-ZnSe-Film 3a das gleiche wie das Energieniveau v2 des Gruppe II-VI-Halbleiterfilms 4, und das Energieniveau an den Teilen entsprechend einem N-Typ AlGaAs-Films 3b ist das gleiche wie das Energieniveau v1 der N-Typ-Halbleiterschicht 14 der Gruppe III-V.
Makroskopisch funktioniert jedoch das Energieniveau der N- Typ-Überstrukturschicht 3 als das mittlere Niveau zwischen den Energieniveaus der N-Typ-Halbleiterschicht 14 der Gruppe III-V und dem Halbleiterfilm 4 der Gruppe II-VI, wie dies in der Fig. 5 gezeigt ist, da die Energieniveaus v1 und v2 durch die Filmdicken nivelliert sind.
Da weiterhin die N-Typ-Überstrukturschicht 3 zwischen der N-Typ-Halbleiterschicht 14 der Gruppe III-V und dem Gruppe- II-VI-Halbleiterfilm 4 angeordnet ist, ist die Niveaudifferenz in der Energiebandstruktur zwischen der N-Typ- Halbleiterschicht 14 der Gruppe III-V und dem Halbleiterfilm 4 der Gruppe II-VI infolge der Anwesenheit des Zwischenbandspaltes, der durch die N-Typ-Überstrukturschicht 3 gebildet ist, stufenweise. Daraus folgt, daß das Barrierepotential in zwei Stufen unterteilt ist, um den Bandspalt zu verringern.
Wenn in dieser Struktur zwischen den Elektroden 5 und 6 in Vorwärtsrichtung eine Vorspannung angelegt ist, d. h. von der Elektrode 5 zur Elektrode 6, fließt der Strom von der Elektrode 5 zum Halbleiterfilm 4 der Gruppe II-VI. Dieser Strom bewirkt, daß die Löcher h über die Energiebarriere zwischen der Elektrode 5 und dem Halbleiterfilm 4 der Gruppe II-VI gehen, um von der P-Typ-Halbleiterschicht 13 zur ZnCdSe-Schicht 9 zu fließen, die eine aktive Schicht ist. Ähnlich gehen die Elektronen e durch das N-Typ-GaAs- Substrat 1, dem N-Typ-AlGaAs-Film 2 und die N-Typ- Überstrukturschicht 3 und fließen von der N-Typ- Halbleiterschicht 12 in die ZnCdSe-Schicht 9.
Durch die Injektion der Träger erfolgt die Rekombination der Elektronen e und der Löcher h, die dann in der ZnCdSe- Schicht 9 eingeschlossen sind, wo das Energieniveau niedrig ist, so daß an der ZnCdSe-Schicht 9 natürliches Licht emittiert wird. Wenn der Erregerstrom einen Schwellwert übersteigt, ändert sich die Lichtemission der ZnCdSe-Schicht 9 von einer Emission natürlichen Lichtes zu einer induzierten Emission, so daß Licht zwischen den parallelen Endflächen der ZnCdSe-Schicht 9 schwingt, um eine Laseroszillation zu bewirken.
Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung die Art und Weise, in welcher die Elektronen e über einen Energiespalt gehen, der zwischen der N-Typ-Halbleiterschicht 14 der Gruppe III-V und dem Halbleiterfilm 4 der Gruppe II-VI besteht. In dieser Figur zeigen die gestrichelt dargestellten Pfeile den Strom der Elektronen e. Wenn das Sperrpotential zwischen der N-Typ-AlGaAs-Schicht 2 und der N-Typ-Überstrukturschicht 3 ΔV&sub1; ist, und das Sperrpotential zwischen der N-Typ-Überstrukturschicht 3 und der N-Typ-Zn-Se-Schicht 7 ΔV&sub2; ist, dann ist die Summe aus ΔV&sub1; und ΔV&sub2; im wesentlichen gleich der Potentialdifferenz ΔV zwischen dem Substrat 41 der Gruppe III-V und dem Halbleiterfilm 42 der Gruppe II-VI der in der Fig. 3 gezeigten herkömmlichen Struktur. Die Menge des durch die P-N-Übergangsstruktur zwischen den Elektroden 5 und 6 fließenden Stroms sinkt jedoch exponentiell bezogen auf die Höhe der Energiebarriere.
Da der Strom leicht fließt, wenn das Energieband durch die N-Typ-Überstrukturschicht 3 wie bei der vorliegenden Ausführungsform in zwei Stufen unterteilt ist, kann, obwohl die Potentialdifferenzen der Energiespalte die gleichen sind, die Spannung, welche notwendig ist, um einen Strom zu erzielen, der bewirkt, daß die Elektronen e über das Barrierepotential zwischen der N-Typ-Halbleiterschicht 14 der Gruppe III-V und dem Halbleiterfilm 4 der Gruppe II-VI gehen, verglichen mit der herkömmlichen Struktur stark verringert werden.
Im folgenden wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterlaservorrichtung mit der vorstehend beschriebenen Struktur beschrieben. Als erstes wird die N- Typ-AlGaAs-Schicht 2 auf das N-Typ-GaAs-Substrat 4 MBEaufgewachsen, dessen Substrattemperatur auf eine vorbestimmte Temperatur von 350ºC oder darunter eingestellt ist, und die N-Typ-ZnSe-AlGaAs-Überstrukturschicht 3 wird auf der N-Typ-AlGaAs-Schicht 2 ausgebildet. Dann werden die N-Typ-ZnSe-Schicht 7, die N-Typ-ZnSSe-Schicht 8, die ZnCdSe-Schicht 9, die P-Typ-ZnSSe-Schicht 10 und die P-Typ- ZnSe-Schicht 11 in Form eines Laminats auf die N-Typ-ZnSe- AlGaAs-Überstrukturschicht 3 MBE-aufgewachsen, um den Halbleiterfilm 4 aus ZnCdSSe der Gruppe II-VI zu bilden.
Ein Metall, wie beispielsweise Au dient als eine Elektrode und wird auf der so ausgebildeten P-Typ-ZnSe-Schicht 1 abgeschieden, und unnötige Teile werden durch ein Verfahren, wie beispielsweise Ätzen, entfernt, so daß die Elektrode 5 bahnförmig ausgebildet ist. Die Elektrode 6 wird auf der gesamten Rückseite des N-Typ-GaAs-Substrats 1 auf ähnliche Art und Weise ausgebildet.
Während der Halbleiterfilm der Gruppe 4 II-Vi bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform aus Zn-CdSSe, einem Halbleiter der Gruppe II-VI besteht, werden diese gleichen Funktionen und Vorteile erzielt, wenn der Halbleiterfilm 4 aus MgZnCdSSe einem Halbleiter der Gruppe II bis VI, besteht. Während die N-Typ-Überstrukturschicht 3 auf der N- Typ-AlGaAs-Schicht 2 aufgewachsen ist, die auf das N-Typ- GaAs-Substrat 1 aufgewachsen ist, kann die N-Typ- Überstrukturschicht 3 auch direkt auf das N-Typ-GaAs- Substrat 1 aufgewachsen sein.
Die Fig. 9 bis 13 zeigen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dieser Ausführungsform, die in diesen Figuren gezeigt ist, ist eine P-N-Übergangsstruktur auf ein P-Typ-GaAs- Substrat 21 aufgewachsen. Im einzelnen, und wie in der Fig. 9 gezeigt, ist ein P-Typ-AlGaAs-Film 22 auf ein P-Typ- GaAsSubstrat 21 aufgewachsen, und nachdem eine ZnSe-AlGaAs- Überstrukturschicht 23 vom P-Typ auf dem P-Typ-AlGaAs-Film 22 ausgebildet ist, wird ein ZnCdSSe-Halbleiterfilm 24 der Gruppe II-VI ausgebildet. Dann werden Gegenelektroden 25 und 26 aus einem Metall, wie beispielsweise Au, jeweils auf der Oberfläche des Halbleiterfilms 24 der Gruppe II-VI und auf der Rückseite des P-Typs GaAs-Substrats 21 ausgebildet.
Der Halbleiterfilm 22 der Gruppe II-VI ist durch MBE- Aufwachsen einer P-Typ-ZnSeSchicht 27 als Pufferschicht, einer P-Typ-ZnSSe-Schicht 28 als Mantelschicht, einer Zn- CdSe-Schicht 29, einer N-Typ-ZnSSe-Schicht 30 als Mantelschicht und einer N-Typ-Zn-Se-Schicht 31 als Pufferschicht in der genannten Reihenfolge gebildet. Wie der Halbleiterfilm der Gruppe II-VI der ersten Ausführungsform ist die Zn-Cd-Se-Schicht 29 als eine aktive Schicht in den P-N- Übergang eingesetzt.
Fig. 10 zeigt in schematischer Darstellung das Energieband zwischen einem P-Typ-Halbleiterfilm 34 der Gruppe III-V, der das P-Typ-GaAs-Substrat 21 und den P-Typ-AlGaAs-Film 2 umfaßt, und dem Halbleiterfilm 24 der Gruppe II-VI. Wie in der Figur dargestellt, ist die vorstehend erwähnte ZnSe- AlGaAs-Überstrukturschicht 23 vom P-Typ zwischen der P-Typ- Halbleiterschicht 34 der Gruppe III-V und dem Halbleiterfilm 24 der Gruppe II-VI angeordnet.
Fig. 11 zeigt in schematischer Darstellung die Struktur der Zn-Se-AlGaAs-Überstrukturschicht 23 vom P-Typ. Wie die Überstrukturschicht 3 der ersten Ausführungsform ist die P- Typ-Überstrukturschicht 23 durch Aufwachsen von extrem dünnen Filmen aus P-Typ-ZnSe und P-Typ-AlGaAs in alternierender Schichtung gebildet. Bei dieser Ausführungsform ist das Filmdickenverhältnis fortlaufend geändert, so daß ein P- Typ-ZnSe-Film 23a, der näher an dem Halbleiterfilm 24 der Gruppe II-VI liegt, dicker ist und ein P-Typ-AlGaAs-Film 23b, der näher an dem Halbleiterfilm 34 der Gruppe III-V liegt, dicker ist. In der Fig. 11 repräsentieren die schraffierten Teile die P-Typ-ZnSe-Filme, während die leeren Teile die P-Typ-AlGaAs-Filme repräsentieren.
Fig. 12 zeigt in vergrößerter Darstellung den Teil IX der Fig. 10. In der Figur bezeichnet v1 das Energieniveau der P- Typ-Halbleiterschicht 34 der Gruppe III-V und v2 das Energieniveau des Halbleiterfilms 24 der Gruppe II-VI. Wie in der Figur gezeigt, ist das Energieniveau der P-Typ- Überstrukturschicht 23 gleich dem Energieniveau v2 der Halbleiterschicht 34 der Gruppe II-VI an den Teilen entsprechend dem P-Typ-ZnSe-Film 23a und gleich dem Energieniveau v1 des P-Typ-Halbleiterfilms 34 der Gruppe II-V an den Teilen entsprechend dem P-Typ-AlGaAs-Film 23b.
In diesem Fall ist an einem Punkt p in der P-Typ- Überstrukturschicht 23, der nahe dem Halbleiterfilm 24 der Gruppe II-VI ist, eine Dicke B&sub1; des P-Typ-ZnSe-Films 23a größer als die Dicke W1 des P-Typ-AlGaAs-Films 23b. An einem Punkt q in der P-Typ-Überstrukturschicht 34, der nahe der Halbleiterschicht 34 der Gruppe III-V ist, ist die Dicke W2 des P-Typ-AlGaAs-Films 23b größer als die Dicke B&sub2; des P-Typ-ZnSe-Films 23a. Wegen der fortlaufenden Änderung des Filmdickeverhältnisses der Filme 23a und 23b ist das Energieband der P-Typ-Überstrukturschicht 23 makroskopisch ein geneigtes Muster, das die Energiebänder der beiden Schichten verbindet, wie dies in der Fig. 10 gezeigt ist.
Da weiterhin die P-Typ-Überstrukturschicht 23 zwischen der P-Typ-Halbleiterschicht 34 der Gruppe II-V und der Halbleiterschicht 24 der Gruppe II-VI angeordnet ist, besteht in der Energiebandstruktur der P-Typ-Halbleiterschicht 34 der Gruppe III-V zum Halbleiterfilm 24 der Gruppe II-VI infolge der Anwesenheit der P-Typ-Überstrukturschicht 3 zwischen den beiden kein Bandspalt.
In der vorstehend beschriebenen Struktur ist die Spannung von der Elektrode 26 auf der Seite des P-Typ-GaAs-Substrats 21 zur Elektrode 25 auf der Seite der N-Typ-ZnSe-Schicht 31 in Vorwärtsrichtung angelegt. Während die Spannung angelegt ist, fließt Strom von dem P-Typ-GaAs-Substrat 21 zum Halbleiterfilm 24 der Gruppe II-VI, und dieser Strom bewirkt, daß Löcher h über die Energiebarriere zwischen der Halbleiterschicht 34 der Gruppe III-V und dem Halbleiterfilm 24 der Gruppe II-VI gehen, um von einer P-Typ- Halbleiterschicht 32 in die ZnCdSe-Schicht 29 zu fließen. Ähnlich fließen Elektronen e von einer N-Typ- Halbleiterschicht 33 in die ZnCdSe-Schicht 9.
Fig. 13 zeigt in schematischer Darstellung, wie die Löcher h über den Energiespalt zwischen der Halbleiterschicht 34 der Gruppe III-V und dem Halbleiterfilm 24 der Gruppe II-VI gehen. In dieser Figur repräsentiert der durchgezogene Pfeil den Strom der Löcher. h. Da das Bandmuster der P-Typ- Überstrukturschicht 23 kein Barrierepotential an der Potentialdifferenz ΔV zwischen der P-Typ-AIGaAs-Schicht 22 und der P-Typ-ZnSe-Schicht 27 wie in der Figur gezeigt, verursacht, kann die Spannung verringert werden, welche notwendig ist, um einen Strom zu erzielen, der bewirkt, daß die Löcher h über das Barrierepotential ΔV zwischen der P-Typ- Halbleiterschicht 34 der Gruppe II-V und dem Halbleiterfilm 24 der Gruppe II-VI gehen.
Die Strukturen der Überstrukturschicht 3 gemäß der ersten Ausführungsform und der Überstrukturschicht 23 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheiden sich dadurch, daß die Filmdickenverhältnisse zwischen dem ZnSe-Film und dem Al- GaAs-Film unterschiedlich sind. Es kann jedoch jede Überstrukturschicht durch Anpassung des Leitfähigkeitstyps bei jeder Vorrichtung verwendet werden.
In der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ist die Metallelektrode 5 direkt auf der P-Typ-ZnSe-Schicht 11 ausgebildet, wie dies in der Fig. 4 gezeigt ist. Es ist jedoch bekannt, daß wenn der ZnSe-Halbleiter vom P-Typ in direktem Kontakt mit einem Metall ist, zwischen der Schicht 11 und der Elektrode 5 eine Spannungs/Stromcharakteristik vom Schottky-Typ verursacht wird.
Das heißt, wie aus der in der Fig. 14 gezeigten Energiebandstruktur klar zu ersehen, wird, wenn eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung zwischen den Elektroden 5 und 6 angelegt ist, zwischen der Metallelektrode 5 und der P-Typ- ZnSe-Schicht 11, welche die Vorderseite des Halbleiterfilms 4 der Gruppe II-VI bildet, eine steile Energiebarriere ΔV' vom Schottky-Typ erzeugt. Aus diesem Grund kann der Strom, welcher bewirkt, daß die Löcher h über die Energiebarriere ΔV' gehen, so lange nicht erzielt werden, bis eine beträchtlich hohe Spannung angelegt ist.
Die Fig. 15 bis 17 zeigen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die dieses Problem lösen soll. Teile die die gleichen Strukturen und Funktionsweisen wie jene der ersten Ausführungsform haben, sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist zwischen der Elektrode 5 und dem Halbleiterfilm 4 der Gruppe II-VI ein P-Typ-Zwischenfilm ausgebildet. Im einzelnen ist auf der P-Typ-ZnSe-Schicht 11, die die oberste Schicht des Halbleiterfilms 4 der Gruppe II-VI ist, ein P-Typ-GaAsFilm 35 durch M8E-Aufwachsen ausgebildet, der ein niedrigeres Energieband als das der P- Typ-ZnSe-Schicht 11 hat, und auf dem P-Typ-GaAs-Film 35 ist ein Metall, wie beispielsweise Au abgeschieden, um die Elektrode 5 zu bilden.
Wenn bei dieser Struktur zwischen den Elektroden 5 und 6 in Vorwärtsrichtung eine Vorspannung angelegt wird, fließt der Strom durch den Halbleiterfilm 4 der Gruppe II-VI auf dem Weg der Elektrode 5 und des P-Typ-GaAs-Films 35, und dieser Strom bewirkt, daß die Löcher h über die Energiebarriere zwischen der Elektrode 5 und der P-Typ-ZnSe-Schicht 11 gehen, um von der P-Typ-Halbleiterschicht 13 in die Zn-CdSe- Schicht 9 zu fließen, die eine aktive Schicht ist.
Fig. 16 zeigt das Energieband von der Elektrode 5 zur P- Typ-ZnSe-Schicht 11 der vorliegenden Ausführungsform. Wie in der Figur gezeigt, sind die Energieniveaus der Schichten in folgender Reihenfolge höher: Elektrode 5 < P-Typ-GaAs- Film 35 < P-Typ-ZnSe-Schicht 11. Daher ist die Energiebarriere von der Elektrode 5 zur P-Typ-ZnSe-Schicht 11 infolge der Anwesenheit des dazwischenliegenden P-Typ-GaAs-Films 35 in zwei Stufen ΔV&sub1;' und ΔV&sub2; unterteilt.
Die Summe aus ΔV&sub1;' und ΔV&sub2; ist im wesentlichen gleich der Potentialdifferenz ΔV' zwischen der Elektrode 5 und der P- Typ-ZnSe-Schicht 11 der ersten Ausführungsform, die in der Fig. 14 gezeigt ist. Da die Quantität des Stroms, der durch die P-N-Übergangsstruktur zwischen den Elektroden 5 und 6 auch bei diesem Fall exponentiell mit der Höhe der Energiebarriere abnimmt, kann die Spannung, welche notwendig ist, um den Strom zu erzielen, der bewirkt, daß die Löcher h über die Energiebarriere zwischen der Elektrode 5 und der P-Typ-ZnSe-Schicht 11 gehen, stark verringert werden. Zusätzlich wird die notwendige Spannung weiter verringert, da die Energiebarriere vom Schottky-Typ verringert ist.
Fig. 17 zeigt die Spannung-/Strom-Charakteristika der vorliegenden Ausführungsform und der herkömmlichen Struktur. Wie aus dieser Figur klar zu ersehen ist, wird bei dieser Ausführungsform, obwohl die Potentialdifferenzen der Energiebarrieren die gleichen sind, der notwendige Strom verglichen mit der herkömmlichen Struktur bei einer niedrigen Spannung erzielt.
Gemäß dieser Ausführungsform wird die Vorrichtung zusätzlich zu der Tatsache, daß die Elektronen bei Anwesenheit der N-Typ-Überstrukturschicht 3 zwischen der N-Typ- Halbleiterschicht 14 der Gruppe III-V und dem Halbleiterfilm 4 der Gruppe II-VI leicht über die Potentialbarriere gehen, infolge dieser Tatsache mit einer niedrigeren Spannung betrieben.
Dieselben Funktionsweisen und Vorteile werden erzielt, wenn anstatt des P-Typ-GaAs-Films 35 ein P-Typ-InGaAs-Film, der eine Energiebarriere zwischen der der P-Typ-ZnSe-Schicht 11 und der Metallelektrode 6 hat, wie der P-Typ-GaAs-Film 35 als ein P-Typ-Zwischenfilm verwendet wird.
Die Fig. 18 und 19 zeigen eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Teile, die die gleichen Strukturen und Funktionsweisen wie jene der ersten und dritten Ausführungsformen haben, sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist der P-Typ-GaAs-Film 35 durch MBE- Aufwachsen auf der P-Typ-ZnSe-Schicht 11 ausgebildet, die die oberste Schicht des Halbleiterfilms 4 der Gruppe II-VI ist, und der P-Typ-InGaAs-Film 36 ist durch MBE-Aufwachsen auch den P-Typ-GaAs-Film 35 ausgebildet. Auf dem P-Typ- InGaAs-Film 36 ist ein Metall wie beispielsweise Au abgeschieden, um die Elektrode 5 zu bilden. Somit hat der P- Typ-Zwischenfilm eine Zweischicht-Struktur.
Wenn bei dieser Struktur zwischen den Elektroden 5 und 6 in Vorwärtsrichtung eine Vorspannung angelegt wird, fließt ein Strom über die Elektrode 5, den P-Typ-InGaAs-Film 36 und den P-Typ-GaAS-Film 35 in den Halbleiterfilm 4 der Gruppe II-VI, und dieser Strom bewirkt, daß die Löcher h über die Energiebarriere zwischen der Elektrode 5 und dem Halbleiterfilm 4 der Gruppe II-VI gehen, um von der P-Typ- Halbleiterschicht 13 in die ZnCdSe-Schicht 9 zu fließen, die eine aktive Schicht ist.
Fig. 19 zeigt ein Energieband von der Elektrode 5 zur P- Typ-ZnSe-Schicht 11 in dieser Ausführungsform. Wie in dieser Figur gezeigt, sind die Energieniveaus der Schichten in der folgenden Reihenfolge höher: Elektrode 5 < P-Typ- TnGaAs-Film 36 < P-Typ-GaAs-Film 35 < P-Typ-ZnSe-Schicht 11. Daher ist die Energiebarriere von der Elektrode 5 zur P-Typ-ZnSe-Schicht 11 infolge der Anwesenheit des P-Typ- TnGaAs-Films 36 und des P-Typ-GaAs-Films 35 zwischen diesen in drei Stufen unterteilt, d. h. in Potentialdifferenzen ΔVa', ΔVb' und ΔVc'. Als ein Ergebnis fließt der Strom leichter als bei der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform.
Die Summe der Potentialdifferenzen ΔVa', ΔVb' und ΔVc' ist im wesentlichen gleich der Potentialdifferenz AV' zwischen der Elektrode 5 und der P-Typ-ZnSe-Schicht 11 der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 14. Da die Menge des Stroms, der durch die P-N-Übergangsstruktur zwischen den Elektroden 5 und 6 fließt, exponentiell mit der Höhe der Energiebarriere auch in diesem Fall sinkt, kann die Spannung, welche notwendig ist, um den Strom zu erzielen, der bewirkt, daß die Löcher h über die Energiebarriere zwischen der Elektrode 5 und der P-Typ-ZnSe-Schicht 11 gehen, stark verringert werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist bei dieser Ausführungsform wie bei der dritten Ausführungsform eine niedrigere Spannung erforderlich, um die Vorrichtung zu betreiben, da der P-Typ-Zwischenfilm und die N-Typ-Überstrukturschicht 3 den Übertritt der Löcher h und Elektronen e über die Potentialbarrieren leichter machen.
Fig. 20 und 21 zeigen eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind Teile, die die gleichen Strukturen und Funktionsweisen wie jene der ersten, dritten und vierten Ausführungsformen, haben, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und nicht beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist ein P-Typ-AlGaAs- Film 37 durch MBE-Aufwachsen auf der P-Typ-ZnSe-Schicht 11 ausgebildet, die die oberste Schicht des Halbleiterfilms 4 der Gruppe II-VI ist und der P-Typ-GaAs-Film 35 ist durch MBE-Aufwachsen auf der P-Typ-AlGaAs-Schicht 37 ausgebildet. Auf dem P-Typ-GaAs-Film 35 ist ein Metall, wie beispielsweise Au abgeschieden, um die Elektrode 5 zu bilden. Somit hat der P-Typ-Zwischenfilm eine Zweischicht-Struktur wie bei der vierten Ausführungsform.
Bei der vorstehend beschriebenen Struktur fließt, wenn zwischen Elektrode 5 und 6 eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung angelegt ist, ein Strom von der Elektrode 5 zum P-Typ- GaAs-Film 35 und P-Typ-GaAs-Film 37 in den Halbleiterfilm 4 der Gruppe II-VI, und der Strom bewirkt, daß die Löcher h über die Energiebarriere zwischen der Elektrode 5 und dem Halbleiterfilm 4 der Gruppe II-VI gehen, um von der P-Typ- Halbleiterschicht 13 in die ZnCdSe-Schicht 9 zu fließen, die eine aktive Schicht ist.
Fig. 21 zeigt ein Energieband von der Elektrode 5 zur P- Typ-ZnSe-Schicht 11 der vorliegenden Ausführungsform. Wie in dieser Figur gezeigt, sind die Energieniveaus der Schichten in der Reihenfolge Elektrode 5 < P-Typ-GaAS-Film 35 < P-Typ-AlGaAs-Film 37 < P-Typ-ZnSe-Schicht 11 höher. Daher ist die Energiebarriere von der Elektrode 5 zur P- Typ-ZnSe-Schicht 11 in drei Schritte unterteilt, d. h. Potentialdifferenzen ΔV d', ΔVe' und ΔVf', da zwischen diesen der P-Typ-GaAs-Film 35 und der P-Typ-AlGaAs-Film 37 vorgesehen sind. Als ein Ergebnis fließt der Strom wie bei der vierten Ausführungsform leicht.
Die Summe von ΔVd7 ΔVe' und ΔVf' ist im wesentlichen gleich der Potentialdifferenz AV' zwischen der Elektrode 5 und der P-Typ-ZnSe-Schicht 11 der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 14. Da die Menge des Stroms, welcher durch die P-N-Übergangsstruktur zwischen den Elektroden 5 und 6 fließt, exponentiell mit der Höhe der Energiebarriere wie bei den dritten und vierten Ausführungsformen abnimmt, kann die Spannung, welche notwendig ist, um den Strom zu erzielen, der bewirkt, daß die Löcher h über die Energiebarriere zwischen der Elektrode 5 und der P-Typ-ZnSe-Schicht 11 gehen, stark verringert werden.
Daher gehen auch bei dieser Ausführungsform nicht nur die Elektronen e, sondern auch die Löcher h leicht über ihre Potentialbarrieren, und die Vorrichtung wird mit einer niedrigeren Spannung betrieben.
Wie vorstehend beschrieben und gemäß der vorliegenden Erfindung, ist in einer lichtemittierenden Vorrichtung, in welcher ein Halbleiter der Gruppe II-VI auf einen Halbleiter der Gruppe III-V aufgewachsen ist, durch Vorsehen einer Überstrukturschicht zwischen dem Halbleiter der Gruppe III- V und dem Halbleiter der Gruppe II-VI die Spannung/Strom- Charakteristik verbessert, damit der notwendige Strom bei einer niedrigeren Spannung fließt. Als ein Ergebnis sind der Stromverbrauch und die Wärmeerzeugung wirksam eingedämmt, um die Temperaturcharakteristik der ganzen lichtemittierenden Halbleitervorrichtung zu verbessern. Ferner ist die Verschlechterungsgeschwindigkeit der Vorrichtung eingedämmt, wodurch die Lebensdauer der Vorrichtung verlängert ist.
Zusätzlich zu dieser Struktur werden in einer Struktur, bei der zwischen der Elektrode und der P-Typ-Halbleiterschicht, die die oberste Schicht des Halbleiterfilms der Gruppe II-V ist, ein P-Typ-Zwischenfilm ausgebildet ist, der ein Energieband auf einem Niveau zwischen jenem der P-Typ- Halbleiterschicht und dem der Elektrode ist, ausgebildet ist, die vorstehend beschriebenen Vorteile ausgeprägter.
Da ferner die Erzeugung von Wärme während des Betriebes der Vorrichtung eingedämmt ist, wird Zerstörung infolge der Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleiter der Gruppe III-V und dem Halbleiter der Gruppe II-VI weniger wahrscheinlich verursacht.
Es ist klar zu ersehen, daß angesichts der vorstehend beschriebenen Lehre viele Modifikationen und Änderungen der vorliegenden Erfindung möglich sind. Es ist daher selbstverständlich, daß innerhalb des Schutzumfanges der anhängenden Patentansprüche die Erfindung anders als spezifisch beschrieben in die Praxis umgesetzt werden kann.

Claims

1. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit:

einem GaAs-Substrat (1, 21);

einem Halbleiterfilm (4, 24) der Gruppe II-VI wobei eine N-Typ-Halbleiterschicht (12, 33), eine aktive Schicht (9, 29), eine P-Typ-Halbleiterschicht (13, 32) in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet angeordnet sind, und gekennzeichnet durch:

eine ZnSe-AlGaAs-Überstrukturschicht (3, 23), die aus ZnSe und AlGaAs mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Leitfähigkeitstyp des GaAs-Substrates (1, 21)hergestellt ist, wobei die Überstrukturschicht (3, 23) zwischen dem GaAs-Substrat (1, 21) und dem Halbleiterfilm (4, 24) der Gruppe II-VI ausgebildet ist.

2. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Halbleiterfilm (4, 24) der Gruppe II-VI aus einem Halbleiter aus ZnCdSSe hergestellt ist.

3. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Halbleiterfilm (4, 24) der Gruppe II-VI aus einem Halbleiter aus MgZnCdSSe hergestellt ist.

4. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ZnSe-AlGaAs-Überstrukturschicht (3, 23) durch alternierendes Ausbilden von ZnSe und AlGaAs bei einer Schichtung mit einem konstanten Filmdicken-Verhältnis ausgebildet ist.

5. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspuch 1, wobei die ZnSe-AlGaAs-Überstrukturschicht (3, 23) durch abwechselndes Ausbilden von ZnSe und AlGaAs in einer Schichtung mit kontinuierlich verändertem Filmdicken- Verhältnis ausgebildet ist, so daß an einem Punkt nahe dem Halbleiterfilm (4, 24) der Gruppe II-VI der ZnSe- Filmdicker als der AlGaAs-Film ist, und daß an einem Punkt nahe dem GaAs-Substrat (1, 21) der AlGaAs-Film dicker als der ZnSe-Film ist.

6. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Halbleiterfilm (2, 22) der Gruppe III- VI, der den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Leitfähigkeitstyp des GaAs-Substrats (1, 21) hat, zwischen dem GaAs- Substrat (1, 21) und der ZnSe-AlGaAs-Überstruktur-Schicht (3, 23) ausgebildet ist.

7. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Halbleiterfilm (2, 22) der Gruppe III-V ein AlGaAs-Film ist.

8. Lichtimitierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1,

wobei das GaAs-Substrat (1) vom N-Typ ist;

wobei die N-Typ-Halbleiterschicht (12) des Halbleiterfilms (4) der Gruppe II-VI auf einer Seite des GaAs- Substrats (1) vom N-Typ ausgebildet ist;

die ZnSe-AlGaAs-Überstrukturschicht (3) aus einem ZnSe vom N-Typ und AlGaAs vom N-Typ hergestellt ist;

wobei auf der P-Typ-Halbleiterschicht (13) des Halbleiterfilms (4) der Gruppe II-VI ein Zwischenfilm vom P-Typ ausgebildet ist, der eine Valenzbandenergie höher als die Valenzbandenergie der P-Typ-Halbleiterschicht (13) des Halbleiterfilms (4) der Gruppe II-VI hat; und

auf dem Zwischenfilm von P-Typ eine Elektrode (5) ausgebildet ist.

9. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Halbleiterfilm (4) der Gruppe II-VI aus einem Halbleiter aus ZnCdSSe hergestellt ist.

10. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Halbleiterfilm (4) der Gruppe II-VI aus einem Halbleiter aus MgZnCdSSe hergestellt ist.

11. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die N-Typ-ZnSe-AlGaAs-Überstrukturschicht (3) durch abwechselndes Ausbilden von ZnSe vom N-Typ und AlGaAs vom N-Typ in einer Schichtung mit konstantem filmdicken Verhältnis ausgebildet ist.

12. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die N-Typ-ZnSe-AlGaAs-Überstruktur- schicht (3) durch abwechselndes Ausbilden von ZnSe vom N-Typ und AlGaAs vom N-Typ in Schichtung mit kontinuierlich variierendem Filmdicken-Verhältnis hergestellt ist, so daß an einem Punkt nahe dem Halbleiterfilm (4) der Gruppe II-VI der ZnSe-Film dicker als der AlGaAs-Film ist, und das an einem Punkt nahe dem GaAs-Substrat (1) vom N-Typ der AlGaAs-Film dicker als der ZnSe-Film ist.

13. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Zwischenfilm vom P-Typ ein P-Typ-GaAs- Film (35) ist.

14. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Zwischenfilm vom P-Typ ein P-Typ- InGaAs-Film (36) ist.

15. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Zwischenfilm vom P-Typ einen P-Typ- GaAs-Film (35) und einen P-Typ-InGaAs-Film (36) aufweist.

16. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Zwischenfilm vom P-Typ einen P-Typ-" AlGaAs-Film (37) und eine P-Typ-GaAs-Film (35) aufweist.

17. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der N-Typ-Halbleiterfilm (2) der Gruppe III-V zwischen dem N-Typ-GaAs-Substrat (1) der N-Typ-ZnSe- AlGaAs-Überstrukturschicht (3) ausgebildet ist.

18. Lichtemittiernde Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der N-Typ-Halbleiterfilm (2) der Gruppe III-V ein AlGaAs-Film ist.