DE69616108T2

DE69616108T2 - Licht emittierende Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE69616108T2
Application number: DE69616108T
Authority: DE
Inventors: Takayuki Hashimoto; Keiji Miyashita; Hiroaki Okagawa; Kazuyuki Tadatomo; Tomoo Yamada
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1995-02-20
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2016-02-15
Also published as: JPH08228022A; JP3122324B2; DE69616108D1; EP0727828A3; US5635733A; EP0727828A2; EP0727828B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine lichtemittierende Halbleiter-Vorrichtung, die einen InGaAlP-Verbindungshalbleiter als Material des lichtemittierenden Teils umfasst.
Das InGaAlP-Verbindungs-Halbleitermaterial ist durch die Formel: Iny(Ga1-xAlx)1-yP definiert, worin 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 (nachstehend einfach als InGaAlP-Material bezeichnet),

Hintergrund der Erfindung

Von den lichtemittierenden Halbleiter-Vorrichtungen (nachstehend einfach als lichtemittierende Vorrichtung bezeichnet) emittieren solche, die InGaAlP-Material als lichtemittierenden Teil umfassen, Licht von rot bis grün.
Es sind lichtemittierende Vorrichtungen bekannt, umfassend ein GaAs- Substrat vom n-Typ, einen aus InGaAlP-Material bestehenden lichtemittierenden Teil, der darauf gebildet wird, und eine stromdiffundierende Schicht, die auf dem lichtemittierenden Teil gebildet wird (z. B. aus DE-U- 93 19 416 und JP-A-4229665). Fig. 3 zeigt auf schematische Weise eine Ausführungsform der Struktur einer solchen konventionellen lichtemittierenden Vorrichtung. In dem in dieser Figur gezeigten Beispiel werden ein lichtemittierender Teil 2, der auf einem InGaAlP-Material gebildet wird, und eine stromdiffundierende Schicht 3A nacheinander auf einem Ga-As-Substrat 1 vom n-Typ gebildet, und die Elektroden 4 und 5 werden auf derartige Weise gebildet, dass sie das Substrat, den lichtemittierenden Teil und die stromdiffundierende Schicht in der Laminierungsrichtung sandwichartig einschließen. In dieser Figur ist die stromdiffundierende Schicht 3A zur Hervorhebung schraffiert. Der lichtemittierende Teil hat eine doppelte Heteroübergangsstruktur, worin eine aktive Schicht 22 zwischen einer Plattierungsschicht 21 vom n-Typ und einer Plattierungsschicht 23 vom p-Typ angeordnet ist, die beide einen größeren Bandabstand haben. In der folgenden Beschreibung wird eine Elektrode 4 auf der Substratseite als eine untere Elektrode bezeichnet, und eine Elektrode 5 auf der Seite der stromdiffundierende Schicht wird als eine obere Elektrode bezeichnet. Die stromdiffundierende Schicht 3A fungiert dahingehend, dass sie den Strom von der oberen Elektrode ausbreitet, um eine Lichtemission aus einem weiten Bereich der aktiven Schicht zu erhalten, und sie (3A) wird aus einem Material gebildet, das befähigt ist, das Licht von dem lichtemittierenden Teil durchzulassen.
Die stromdiffundierende Schicht zielt darauf ab, den Strom von der oberen Elektrode hin zu einem weiteren Bereich des lichtemittierenden Teils auszubreiten. Demgemäß ist der Widerstand des zu verwendenden Halbleitermaterials vorzugsweise geringer. Ein geringerer Widerstand des Halbleitermaterials kann erreicht werden, indem man die Stromträger- Konzentration höher einstellt.
Wenn die Stromträger-Konzentration der stromdiffundierenden Schicht erhöht wird, indem man ein Dotierungsmittel in hohen Konzentrationen zugibt, breitet sich das Dotierungsmittel zu dem lichtemittierenden Teil hin aus, um die aktive Schicht zu erreichen, und dasselbe agiert als nichtstrahlende Rekombinationszentren, was schließlich eine geringere Lichtausbeute bewirkt.
Zusätzlich dazu weist die lichtemittierende Vorrichtung, in der sich das Dotierungsmittel zu dem lichtemittierenden Teil hin ausgebreitet hat, eine extrem kurze Lebensdauer auf, wodurch sich ein Zuverlässigkeitsproblem in Verbindung mit der stromdiffundierenden Schicht ergibt.
Schließlich offenbart die Europäische Patentanmeldung EP-A-0703630 (relevant unter Art. 54(3) EPÜ) in ihrer Figur ein lichtemittierendes Element, umfassend ein Halbleitersubstrat vom n-Typ, eine untere Elektrode, die auf der unteren Fläche des Substrats ausgebildet ist, und einen lichtemittierenden Teil mit p-n-Übergang, das aus einem InGaAlP- Verbindungshalbleitermaterial, einer stromdiffundierenden Schicht vom p-Typ und einer oberen Elektrode besteht, die in dieser Reihenfolge von der Substratseite her auf die obere Fläche laminiert sind, worin die Stromträger-Konzentration der stromdiffundierenden Schicht auf der Seite des lichtemittierenden Teils geringer ist als diejenige auf der Seite einer oberen Elektrode derselben. Darüber hinaus kann die obere Elektrodenseite der stromdiffundierenden Schicht aus GaP bestehen.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lichtemittierende Vorrichtung bereitzustellen, die ein InGaAlP-Material für den lichtemittierenden Teil umfasst, wobei diese Vorrichtung eine höhere Lichtausbeute und eine lange Lebensdauer aufweist. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann durch Vorgabe der Struktur und des Materials der stromdiffundierenden Schicht gelöst werden.
In der folgenden Beschreibung wird die Seite des lichtemittierenden Teils der stromdiffundierenden Schicht nachstehend auch als unterer Teil der stromdiffundierenden Schicht bezeichnet, und die Seite der oberen Elektrode der stromdiffundierenden Schicht wird als ein oberer Teil der stromdiffundierenden Schicht bezeichnet.
Somit stellt die vorliegende Erfindung eine lichtemittierende Vorrichtung bereit, umfassend ein Halbleitersubstrat (1) vom n-Typ, eine untere Elektrode (4), die auf der unteren Fläche des Substrats (1) gebildet ist, und einen lichtemittierenden Teil (2), der einen pn-Übergang aufweist und aus einem InGaAlP-Verbindungs-Halbleitermaterial besteht, eine stromdiffundierende Schicht (3) vom p-Typ und eine obere Elektrode (5), die in dieser Reihenfolge von der Substratseite aus auf die obere Fläche des Substrats (1) laminiert sind, worin
(1) die Stromträger-Konzentration der stromdiffundierenden Schicht (3) auf der Seite des lichtemittierenden Teils derselben geringer ist als diejenige auf der Seite der oberen Elektrode derselben,
(ii) die Stromträger-Konzentration der stromdiffundierenden Schicht (3) sich in drei oder mehr Stufen stufenweise ändert, oder sich von der Seite des lichtemittierenden Teils zu der Seite der oberen Elektrode der stromdiffundierenden Schicht (3) auf kontinuierliche Weise ändert, und
(iii) wenigstens die Seite der oberen Elektrode der stromdiffundierenden Schicht (3) aus GaP besteht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt auf schematische Weise eine Ausführungsform der Struktur der lichtemittierenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt auf schematische Weise eine andere Ausführungsform der Struktur der Elektrode der lichtemittierenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt auf schematische Weise eine Ausführungsform einer konventionellen lichtemittierenden Vorrichtung.
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Änderungen der relativen Helligkeit mit der Zeit beim Stromfluss durch die lichtemittierende Diode (nachstehend LED) der vorliegenden Erfindung und ein konventionelles LED zeigt.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Änderungen der relativen Helligkeit mit der Zeit beim Stromfluss unter Feuchtigkeit durch das LED der vorliegenden Erfindung und eine konventionelle lichtemittierende Vorrichtung zeigt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Beispiele ausführlich beschrieben.
Die in fig. 1 gezeigte lichtemittierende Vorrichtung umfasst ein GaAs- Substrat vom n-Typ, einen lichtemittierenden Teil 2 mit einer darauf gebildeten doppelten Heteroübergangsstruktur und eine stromdiffundierende Schicht 3 vom p-Typ, die weiterhin darauf ausgebildet ist. In diesem Beispiel hat die stromdiffundierende Schicht 3 eine Zweischichtenstruktur aus einer unteren stromdiffundierenden Schicht 3a und einer oberen stromdiffundierenden Schicht 3b, die beide aus GaP vom p-Typ bestehen und unterschiedliche Stromträger-Konzentrationen aufweisen. Die Stromträger-Konzentration der unteren stromdiffundierenden Schicht 3a ist geringer als diejenige der oberen stromdiffundierenden Schicht 3b. In dieser Figur sind die untere stromdiffundierende Schicht 3a und die obere stromdiffundierende Schicht 3b zur Hervorhebung schraffiert. Der lichtemittierende Teil 2 wird aus einem InGaAlP-Material hergestellt, und eine Plattierungsschicht 21 vom n-Typ, eine aktive Schicht 22 und eine Plattierungsschicht 23 vom p-Typ werden in dieser Reihenfolge durch doppelten Heteroübergang nacheinander auf das Substrat laminiert. Eine untere Elektrode 4 ist unter dem GaAs-Substrat ausgebildet, und eine obere Elektrode 5 ist auf der obersten Schicht ausgebildet.
Wie oben erwähnt wurde, umfasst die lichtemittierende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine stromdiffundierende Schicht, die zwischen dem lichtemittierenden Teil und der oberen Elektrode angeordnet ist. Es ist entscheidend, dass die stromdiffundierende Schicht gleichzeitig die folgenden zwei Bedingungen erfüllt.
(1) Die Stromträger-Konzentration des unteren Teils der stromdiffundierenden Schicht ist geringer als diejenige des oberen Teils der stromdiffundierenden Schicht.
(2) Wenigstens der obere Teil der stromdiffundierenden Schicht besteht aus GaP.
Wenn die obigen zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllt werden, kann eine besonders große Wirkung der stromdiffundierenden Schicht erreicht werden, die in vorhergehenden Techniken nicht existierte, wie im folgenden erklärt wird.
Indem man die Stromträger-Konzentration des unteren Teils der stromdiffundierenden Schicht so einstellt, wie oben in (1) definiert wurde, kann das Dotierungsmittel sich nicht zum lichtemittierenden Teil hin ausbreiten, selbst wenn die Stromträger-Konzentration des oberen Teils der stromdiffundierenden Schichthoch ist. Demgemäß kann die Stromträger-Konzentration des oberen Teils der stromdiffundierenden Schicht ausreichend hoch - auf den erwünschten Gehalt - eingestellt werden, und der Widerstand der stromdiffundierenden Schicht als Ganzes gesehen, einschließlich des unteren Teils derselben, kann reduziert werden.
Wenn dies mit der obigen grundlegenden Bedingung (2) kombiniert wird, kann die die Diffusion des Dotierungsmittels verhindernde Wirkung, die durch Erfüllen der Bedingung (1) bereitgestellt wird, merklich verbessert werden. Da das GaP ein Verbindungshalbleiter ohne Al ist, ist die Menge des Sauerstoffatoms, die während des Epitaxialwachstums von GaP in die GaP-Kristalle eingeführt werden muss, in ausreichendem Maße geringer als im Fall eines Al umfassenden Verbindungshalbleiters. Dies wiederum ergibt eine spärliche Desaktivierung - durch Sauerstoff - des zuzufügenden Dotierungsmittels (insbesondere Zn), und der gleiche niedrige Widerstand kann durch die Zugabe des Dotierungsmittels in geringeren Mengen als im Falle eines Al-enthaltenden Verbindungshalbleiters erreicht werden.
Da das Dotierungsmittel dem oberen Teil der stromdiffundierenden Schicht in größeren Mengen zugegeben wird, kann die Verwendung von GaP für wenigstens den oberen Teil der stromdiffundierenden Schicht die zuzufügende Gesamtmenge des Dotierungsmittels reduzieren. Dies wiederum führt zu einer bemerkenswerten Wirkungsweise des unteren Teils der stromdiffundierenden Schicht, um eine Diffusion des Dotierungsmittels zu verhindern.
Unter Verwendung einer solchen Struktur der stromdiffundierenden Schicht kann die Lichtausbeute im Vergleich mit herkömmlichen Strukturen verbessert werden, und die lichtemittierende Vorrichtung erreicht eine längere Lebensdauer und eine höhere Zuverlässigkeit.
GaP gewährt als für den oberen Teil der stromdiffundierenden Schicht zu verwendendes Material dahingehend viele Vorteile, dass es Licht relativ kurzer, gelber bis grüner Lichtwellenlängenbereiche gut durchlässt, eine überlegene Kristallinität aufweist, weil es ein binärer Verbindungshalbleiter ist, und keine Kontaktschicht benötigt, da es ein gutes Kontaktvermögen mit einer oberen Elektrode aufzeigt.
Zusätzlich dazu schließt GaP kein Al ein, das oxidationsanfällig ist, und weist eine überlegene Feuchtigkeitsbeständigkeit auf. Demgemäß ist kein spezieller Antioxidationsfilm notwendig.
Wie oben beschrieben wurde, umfasst die stromdiffundierende Schicht einen Halbleiter vom p-Typ, der befähigt ist, das Licht von dem lichtemittierenden Teil durchzulassen, und besteht wenigstens der obere Teil der stromdiffundierenden Schicht aus GaP. Insbesondere werden eine stromdiffundierende Schicht, die vollkommen aus GaP hergestellt wird, wie in Fig. 1 gezeigt wird, und die eine Zweischichtenstruktur aufweist, worin der obere Teil der stromdiffundierenden Schicht aus GaP besteht, und der untere Teil der stromdiffundierenden Schicht aus einem unterschiedlichen Halbleiterkristall besteht, veranschaulicht. Wenn eine Zweischichtenstruktur verwendet wird, in der unterschiedliche Materialien für die zwei Schichten verwendet werden, besteht die obere Schicht aus GaP, und die untere Schicht wird vorzugsweise aus z. B. AIGaAs oder InGaAlP hergestellt. Die Struktur, in der die gesamte stromdiffundierende Schicht aus GaP besteht, ist dahingehend vorteilhaft, dass die Substitution von Material während des Kristallwachstums weggelassen werden kann und die Kristallinität besser wird. Falls es erforderlich ist, kann eine Struktur, die 3 oder mehr Schichten unterschiedlicher Materialien umfasst, verwendet werden, wobei in diesem Fall die oberste Schicht aus GaP besteht.
In der stromdiffundierenden Schicht ist die Stromträger-Konzentration des unteren Teils der Schicht geringer als diejenige des oberen Teils der Schicht. Die Zunahme der Stromträger-Konzentration erfolgt entweder schichtweise von dem unteren Teil der stromdiffundierenden Schicht zu dem oberen Teil derselben hin, oder auf kontinuierliche Weise von dem unteren Teil der stromdiffundierenden Schicht zu dem oberen Teil derselben hin.
Wenn die Stromträger-Konzentration in schichtenartiger Weise variiert, ändert sich die Konzentration in drei oder mehr Schritten.
Wenn sich die Stromträger-Konzentration auf kontinuierliche Weise ändert, kann die Änderung in zweckmäßiger Weise bestimmt werden, so dass die erwünschte Stromdiffusion und der erwünschte Widerstand gegenüber einer Diffusion des Dotierungsmittels erreicht werden kann.
Wie oben erwähnt wurde, wird eine große Menge des Dotierungsmittels zu dem oberen Teil der stromdiffundierenden Schicht gegeben, um einen geringeren Widerstand zu gewähren. Die bevorzugte Stromträger-Konzentration des oberen Teils der stromdiffundierenden Schicht ist 8 · 10¹&sup7; cm&supmin;³- 1 · 10¹&sup7; cm&supmin;³ besonders bevorzugt 1 · 10¹&sup8; cm&supmin;³-5 · 10¹&sup8; cm&supmin;³.
Der Diffusionsgrad des Stroms hängt von dem Widerstand und der Dicke der stromdiffundierenden Schicht ab. Z. B. kann der Strom durch den lichtemittierenden Teil ausgebreitet werden, wenn die Stromträger- Konzentration auf 3 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ eingestellt ist, und die Dicke der stromdiffundierenden Schicht auf etwa 6 um eingestellt wird.
Die Stromträger-Konzentration des unteren Teils der stromdiffundierenden Schicht sollte dergestalt sein, dass sie durch den unteren Teil der stromdiffundierenden Schicht verhindern kann, dass das Dotierungsmittel des oberen Teils der stromdiffundierenden Schicht zu dem lichtemittierenden Teil diffundiert, und dass sie keine Spannungsreduktion verursacht. Die bevorzugte Stromträger-Konzentration des unteren Teils der stromdiffundierenden Schicht ist 5 · 10¹&sup6; cm&supmin;³-5 · 10¹&sup7; cm&supmin;³, besonders bevorzugt 1 · 10¹&sup7; cm&supmin;³-3 · 10¹&sup7; cm&supmin;³.
Die Dicke des unteren Teils der stromdiffundierenden Schicht kann jede beliebige sein, solange sie die Diffusion des Dotierungsmittels unterdrücken kann. Wenn die Stromträger-Konzentration der stromdiffundierenden Schicht sich z. B. in zwei Schritten ändert, ist die Dicke des unteren Teils der stromdiffundierenden Schicht 0,1 um bis 5 um, besonders bevorzugt 0,5 um bis 2 um.
Das Halbleitersubstrat kann jedes beliebige sein, solange sein Kristallgitter mit dem InGaAlP-Material, das für den lichtemittierenden Teil verwendet wird, gut übereinstimmt. Im Beispiel von Fig. 1 wurde GaAs verwendet.
Es wird bevorzugt, dass eine Pufferschicht, welche die gleiche Zusammensetzung wie das Substrat aufweist, zuerst auf dem GaAs-Substrat gebildet wird, um die Qualität der Kristalle zu verbessern. In dem Beispiel von Fig. 1 wird z. B. GaAs als eine Pufferschicht einer Dicke von 0,1 um bis 1 um gebildet. Es ist zu bemerken, dass in Fig. 1 keine Pufferschicht gezeigt wird.
Das GaAs-Substrat absorbiert das Licht von dem lichtemittierenden Teil. Demgemäß kann eine Bragg-Reflektionsschicht zwischen dem GaAs- Substrat und dem lichtemittierenden Teil gebildet werden, um das Licht von dem lichtemittierenden Teil zu reflektieren.
Der lichtemittierende Teil kann eine Struktur eines einfachen pn-Übergangs, wie Homoübergang oder Heteroübergang, der zwei Schichten umfasst, oder eines doppelten Heteroübergangs aufweisen. Alternativ dazu kann er eine einfache oder mehrfache Quantentopfstruktur aufweisen.
Das für den lichtemittierenden Teil zu verwendende Material wird durch InGaAlP-Materialien veranschaulicht. Das InGaAlP-Material ist ein Verbindungshalbleitermaterial, das durch die oben erwähnte Formel:
Iny(Ga1-xAlx)1-yP definiert ist, worin 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1, und worin x und y gemäß der Wellenlänge des erwünschten Lichts bestimmt werden können.
Der in Fig. 1 gezeigte lichtemittierende Teil ist eine Ausführungsform einer doppelten Heteroübergangsstruktur, und die speziellen Werte von x und y sind die folgenden:
Plattierungsschicht: In0,49(Ga0,3Al0,7)0,51P
aktive Schicht: In0,49(Ga0,7Al0,3)0,51P
Das Dotierungsmittel zur Bestimmung des Leitfähigkeitstyps jeder Schicht ist keiner speziellen Einschränkung unterworfen. Beispiele desselben sind Se und Si für eine Schicht vom n-Typ und Zn und Mg für eine Schicht vom p-Typ. In Fig. 1 wurde Zn für eine Schicht vom p-Typ verwendet, und Se wurde für eine Schicht vom n-Typ verwendet.
Als Elektroden sind solche brauchbar, die aus herkömmlicherweise bekannten Materialien hergestellt werden und bekannte Strukturen aufweisen. In der vorliegenden Erfindung besteht der obere Teil der stromdiffundierenden Schicht aus GaP, und eine Kontaktschicht zur Bildung einer oberen Elektrode ist nicht erforderlich. In Fig. 1 wurde die obere Elektrode aus AuBe (0,3 um)/Au (1 um) hergestellt, und die untere Elektrode wurde aus AuSn (0,1 um)/Au (1 um) hergestellt.
Die untere Elektrode wurde in Fig. 1 unter dem GaAs-Substrat auf der Gesamtheit der unteren Fläche ausgebildet. Wie jedoch in Fig. 2 gezeigt wird, wird eine untere Elektrode vorzugsweise nicht in dem Bereich gebildet, der geradewegs unterhalb der oberen Elektrode liegt, da das Licht von der aktiven Schicht geradewegs unterhalb der oberen Elektrode durch die obere Elektrode gehindert wird. Unter Verwendung der Struktur von Fig. 2 fließt der Strom nicht leicht in den Bereich geradewegs unterhalb der oberen Elektrode, und die Lichtemission aus dem Bereich der aktiven Schicht, der der oberen Elektrode entspricht, wird unterdrückt.
Das in Fig. 1 gezeigte LED wurde jetzt konfiguriert, und seine Eigenschaften wurden wie folgt untersucht.

Versuch I

In diesem Versuch wurden die Eigenschaften der lichtemittierenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung und einer herkömmlichen lichtemittierenden Vorrichtung auf der Basis der relativen Helligkeit verglichen. Die relative Helligkeit ist der Verhältniswert der Helligkeit bei fließendem Strom während einer vorherbestimmten Zeitspanne in Bezug zu derjenigen im anfänglichen Zustand des Stromflusses.
Als Testprobe des lichtemittierenden Elements der vorliegenden Erfindung wurde das in Fig. 1 gezeigte LED verwendet. Das Material, die Dicke und die Stromträger-Konzentration entsprechender Schichten waren wie folgt.
oberer Teil der stromdiffundierenden Schicht GaP, 6 um, 3 · 10¹&sup8; cm&supmin;³
unterer Teil der stromdiffundierenden Schicht GaP, 1 um, 3 · 10¹&sup7; cm&supmin;³
Plattierungsschicht vom p-Typ In0,49(Ga0,3Al0,7)0,51P, 1 um, 3 · 10¹&sup7; cm&supmin;³
aktive Schicht In0,49(Ga0,7Al0,3)0,51P, 0,5 um, nicht dotiert
Plattierungsschicht vom n-Typ In0,49(Ga0,3Al0,7)0,51P, 1 um, 5 · 10¹&sup7; cm&supmin;³
Pufferschicht vom n-Typ GaAs, 0,5 um, 4 · 10¹&sup7; cm&supmin;³
Kristallsubstrat vom n-Typ GaAs, 350 um, 3 · 10¹&sup8; cm&supmin;³
Als Testprobe der herkömmlichen lichtemittierenden Vorrichtung wurde ein LED verwendet, das auf die gleiche Weise hergestellt wurde, wie die Testprobe des LED der vorliegenden Erfindung, außer dass der untere Teil der stromdiffundierenden Schicht nicht eingeschlossen war. D. h. die stromdiffundierende Schicht umfasste nur die Schicht, welche dem oberen Teil der stromdiffundierenden Schicht entspricht, und ihre Dicke war 6 um.
Es wurde ein Strom (50 mA) an das LED der vorliegenden Erfindung und das herkömmliche LED bei 25ºC angelegt, und die zeitlichen Änderungen der relativen Helligkeit derselben wurden untersucht. Die Beziehung zwischen der Zeit des Stromflusses (h) und der relativen Helligkeit (%) wird in Fig. 4 gezeigt. In dem Diagramm von Fig. 4 wird das LED der vorliegenden Erfindung durch eine dicke, durchgezogene Linie ausgedrückt, und das konventionelle LED wird durch eine gestrichelte Linie ausgedrückt.
Wie aus dem Diagramm von Fig. 4 ersichtlich ist, zeigte das LED der vorliegenden Erfindung eine geringere Abnahme der Lichtausbeute im Laufe der Zeit, während das konventionelle LED eine drastische Abnahme der Lichtausbeute aufzeigte. Aus den Ergebnissen wurde bestätigt, dass die lichtemittierende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine überlegene Lebenszeit hat.

Versuch 2

In diesem Versuch wurde mit der lichtemittierenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung und einem konventionellen lichtemittierenden Element ein Stromflusstest unter Feuchtigkeit durchgeführt, und die relativen Helligkeiten jedes Elements wurden verglichen.
Als Testprobe der lichtemittierenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wurde die gleiche verwendet, wie diejenige, die in dem obigen Versuch 1 verwendet wurde.
Als Testprobe der konventionellen lichtemittierenden Vorrichtung wurde das gleiche LED, wie die Testprobe der vorliegenden Erfindung, hergestellt, außer dass AlGaAs als Material des unteren Teils der stromdiffundierenden Schicht und als Material der oberen stromdiffundierenden verwendet wurde.
Mit der lichtemittierenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung und der konventionellen lichtemittierenden Vorrichtung wurde ein Stromflusstest unter Feuchtigkeit unter den Bedingungen von 85ºC, 85% und 20 mA durchgeführt, und die zeitlichen Änderungen der relativen Helligkeit jedes Elements wurden untersucht. Die Beziehung zwischen der Zeit des Stromflusses (h) und der relativen Helligkeit (%) wird in Fig. 5 gezeigt. In dem Diagramm von Fig. 5 wird das LED der vorliegenden Erfindung durch eine dicke, durchgezogene Linie ausgedrückt, und das konventionelle LED wird durch eine gestrichelte Linie ausgedrückt, wie in Fig. 4.
Wie aus dem Diagramm von Fig. 5 ersichtlich ist, zeigte das LED der vorliegenden Erfindung eine geringere Abnahme der Lichtausbeute im Laufe der Zeit, während das konventionelle LED eine drastische Abnahme der Lichtausbeute aufzeigte. Aus den Ergebnissen wurde bestätigt, dass die lichtemittierende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine hohe Zuverlässigkeit unter hohen Feuchtigkeitsbedingungen und eine überlegene Lebensdauer aufweist.
Wie oben ausführlich beschrieben wurde, wird ein Vorteil erhalten, indem man die Stromträger-Konzentration des oberen Teils der stromdiffundierenden Schicht höher einstellt als diejenige des unteren Teils der stromdiffundierenden Schicht und wenigstens den oberen Teil der stromdiffundierenden Schicht aus GaP bildet, damit der untere Teil der stromdiffundierenden Schicht eine besonders gute Unterdrückung der Diffusion des Dotierungsmittels zeigt, das sich von dem oberen Teil der stromdiffundierenden Schicht zu der lichtemittierenden Schicht ausbreitet, wodurch die lichtemittierende Schicht geschützt wird. Folglich kann eine lichtemittierende Vorrichtung erhalten werden, die im Vergleich zu konventionellen Vorrichtungen eine lange Lebensdauer, eine überlegene Zuverlässigkeit und eine überlegene Lichtausbeute aufweist.

Claims

1. Lichtemittierende Vorrichtung, umfassend:

ein Halbleitersubstrat (1) vom n-Typ,

eine untere Elektrode (4), die auf der unteren Fläche des Substrats (1) gebildet ist, und einen lichtemittierenden Teil (2), der einen pn- Übergang aufweist und aus einem InGaAlP-Verbindungs-Halbleitermaterial besteht, eine stromdiffundierende Schicht (3) vom p-Typ und eine obere Elektrode (5), die in dieser Reihenfolge von der Substratseite aus auf die obere Fläche des Substrats (1) laminiert sind, worin

(i) die Stromträger-Konzentration der stromdiffundierenden Schicht (3) auf der Seite des lichtemittierenden Teils derselben geringer ist als diejenige auf der Seite der oberen Elektrode derselben,

(ii) die Stromträger-Konzentration der stromdiffundierenden Schicht (3) sich in drei oder mehr Stufen stufenweise ändert, oder sich von der Seite des lichtemittierenden Teils zu der Seite der oberen Elektrode der stromdiffundierenden Schicht (3) auf kontinuierliche Weise ändert, und

(iii) wenigstens die Seite der oberen Elektrode der stromdiffundierenden Schicht (3) aus GaP besteht.

2. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die Stromträger-Konzentration der stromdiffundierenden Schicht (3) auf der Seite des lichtemittierenden Teils derselben 5 · 10¹&sup6; cm&supmin;³ bis 5 · 10¹&sup7; cm&supmin;³ beträgt, und dieselbe auf der Seite der oberen Elektrode derselben 8 · 10¹&sup7; cm&supmin;³ bis 1 · 10¹&sup9; cm&supmin;³ beträgt.

3. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die stromdiffundierende Schicht (3) Zn als Dotierungsmittel enthält.

4. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin die gesamte stromdiffundierende Schicht (3) aus GaP besteht.

5. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, worin die stromdiffundierende Schicht (3) zwei Schichten mit unterschiedlichen Materialien aufweist, wobei die Schicht auf der oberen Elektrodenseite (3b) aus GaP besteht, und die Schicht der Seite des lichtemittierenden Teils (3a) aus InGaAlP oder AIGaAs besteht.

6. Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin das Halbleiter-Substrat (1) ein GaAs-Substrat ist, und der lichtemittierende Teil (2) eine doppelte Heteroübergangsstruktur aufweist, umfassend eine Plattierungsschicht (21) vom n-Typ, eine aktive Schicht (22) und eine Plattierungsschicht (23) vom p-Typ, die in dieser Reihenfolge von der Substratseite aus auf das Substrat (1) laminiert sind.