FI117529B - Puolijohdeheterorakenne - Google Patents
Puolijohdeheterorakenne Download PDFInfo
- Publication number
- FI117529B FI117529B FI20045387A FI20045387A FI117529B FI 117529 B FI117529 B FI 117529B FI 20045387 A FI20045387 A FI 20045387A FI 20045387 A FI20045387 A FI 20045387A FI 117529 B FI117529 B FI 117529B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- layer
- light
- energy
- emitter layer
- layers
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 230000005264 electron capture Effects 0.000 claims abstract description 34
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 29
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims description 12
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 claims description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 3
- 239000002516 radical scavenger Substances 0.000 claims 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 125000000570 L-alpha-aspartyl group Chemical group [H]OC(=O)C([H])([H])[C@]([H])(N([H])[H])C(*)=O 0.000 claims 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 23
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 23
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 8
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 5
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 108050002788 RNA polymerase sigma-H factor Proteins 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000005493 condensed matter Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000004401 flow injection analysis Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000005701 quantum confined stark effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Oxygen Or Sulfur (AREA)
- Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
- Acyclic And Carbocyclic Compounds In Medicinal Compositions (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
117529
PUOLIJOHDEHETERORAKENNE
Keksinnön ala
Esillä oleva keksintö liittyy puolijohdeheterorakenteeseen valoa emittoivia, erityisesti hilaepäsovitetuista puolijohdemateriaaleista muodostet-5 tuja laitteita varten. Heterorakenne käsittää injektioalueen, joka koostuu kahdesta emitteristä, valoa generoivan kerroksen ja elektronin sieppausalueen.
Erityisesti heterorakenne voidaan valmistaa pyrosähköisistä materiaaleista, erityisesti ryhmän III metallien nitrideistä ja niiden seoksista. Heterorakenne voidaan myös valmistaa typpeä sisältävistä ryhmän III metallien arsenideista ja 10 fosfideista.
Keksinnön tausta
Valoa emittoivan diodin, jota tässä kutsutaan LED:iksi, ulkoinen kvanttihyötysuhdevoidaanmäärittääseuraavasti: ν^ = τ·η,,Ρ ·η^ -n0u, » 15 jossa γ on injektion hyötysuhde, η03Ρ on varauksenkuljettajien sieppauksen hyötysuhde valoa generoivalle alueelle, η,nt on varauksenkuljettajien säteilevän : rekombinaation valoa generoivan alueen sisällä tuottama säteilevä hyötysuhde, ja ηουί on valon ekstraktion (light extraction) hyötysuhde. Maksi- .. maalinen LED-hyötysuhde saavutetaan maksimoimalla kaikki nämä parametrit.
• · 7 20 Kolme ensimmäistä tekijää ovat osittain päällekkäisiä ja on optimaalista käsi- * · · *·**’ teliä niitä samanaikaisesti LED-rakenteen suunnittelun aikana.
• * · : ’.** Ensimmäinen käsiteltävä tekijä on varauksenkuljettajien sieppauk- j, I sen hyötysuhde valoa generoivalle alueelle. Hilaepäsovituksen takia sen ker- roksen paksuus, jossa elektronit ja aukot rekombinoituvat, pitäisi olla tarpeeksi 25 pieni, jotta materiaalin laatu säilyisi ja vältettäisiin jännityksen relaksaatio dislo- kaatioiden syntymisen kautta. Varauksenkuljettajien sieppaus valoa gene- : roivaan kerrokseen vähenee kuitenkin huomattavasti, kun kerroksen paksuutta ,···! pienennetään. Sieppausta voidaan kuvata relaatiolla • · ··· d A : q,-q.=-n- -
* * * ‘T
• t ·:*·: 30 jossa q+ ja q. ovat varauksenkuljettajavuot, jotka tulevat valoa generoivaan ker- ^ rokseen ja siirtyvät sen yli, n on varauksenkuljettajan konsentraatio emitterissä, d on valoa generoivan kapean energiaraon kerroksen leveys, ja τ on siep- ? ··»··' pausaika, tavallisesti määriteltynä elektroni - optinen fononi-interaktion avulla.
2 " 117529
Relaatio ilmaisee, että varauksenkuljettajavuon siepattu osa pienenee, kun valoa generoivan kerroksen leveys pienenee ja on käänteisesti verrannollinen 1 sieppausaikaan. Määrätyllä valoa generoivan kerroksen leveydellä varauksenkuljettajien sieppaus on vähemmän tehokasta elektroneille kuin au-5 koille johtuen elektronin pienemmästä efektiivisestä massasta ja siitä seuraa-vasta pidemmästä energian relaksaatioajasta τ. Toinen ominainen mekanismi, joka pienentää varauksenkuljettajasieppausta kapean energiaraon alueeseen, on elektroni-tai aukkoaallon osittainen heijastuminen mainitulta alueelta. Siten todennäköisyys, että varauksenkuljettaja olisi kapean energiaraon alueen si-10 säliä pienenee, mikä johtaa tehottomampaan kytkentään lokalisoidun tilan kanssa kapean energiaraon kerroksen sisällä ja sieppausajan r pidentymi- 3 seen. Tämän seurauksena laitteen sieppauksen hyötysuhde pienenee ja hyötysuhteen Tfaxf maksimi verrattuna injektiovirtaan sijaitsee kaukana laitteen tyypillisen toimintavirran alapuolella. Tämän ongelman ratkaisemiseksi on ehdo-15 tettu lukuisia rakenteita. Yksi ratkaisuista on käyttää lisättyä leveän energiaraon kerrosta valoa generoivan alueen aukkoinjektiopuolella elektroniylivuodon tämän alueen yli estämiseksi. Tätä ratkaisua sovelsivat nitridipohjaisiin valoa emittoiviin laitteisiin Nagahama et ai. US-patentissa nro 6,677,619 ja siinä olevat referenssit. Tällaisen esteen läsnäolo kuitenkin lisää elektroni-ja aukkohei-20 jastusta, jolloin tämä ratkaisu ei ole optimaalinen. Wang et ai. kuvaavat GB-patentissa nro 2,352,326 CART-rakenteen, jossa elektronit on kerätty alusta-j\. vaan säiliöön rakenteen n-tyyppisessä osassa, josta ne resonoivasti tunneloi- tuvat valoa generoivalle alueelle. Säiliön pitäisi olla tarpeeksi paksu varauk-senkuljettajien keräämiseksi tehokkaasti. Itse asiassa on vaikea toteuttaa pak- • * J 25 sua korkealaatuista kerrosta hilaepäsovitettujen puolijohdemateriaalien pohjal- • · · *".* ta.
··*
Toinen käsiteltävä tekijä on injektion hyötysuhde. Koska valoa ge- • · *»·♦* neroidaan ohuen valoa generoivan kerroksen sisällä, joka on sijoitettu pn-rajapinnan lähelle, on suotavaa järjestää maksimaalinen injektiotehokkuus 30 tähän rajapintaan. Tavallinen ratkaisu on seostaa emitterit niin suuresti kuin mahdollista ilman materiaalin laadun huononemista. Kuitenkin sellaisissa ma- ,···. teriaaleissa, joissa perustavanlaatuiset materiaalin ominaisuudet rajoittavat ak- • · · l».' tiivisten seostuskeskusten konsentraatiota yhdessä emittereistä, liiallinen mui- *Γ den emitterien seostus rikkoo elektroni- ja aukkoinjektiovirtojen tasapainon va- • · 35 loa generoivassa kerroksessa johtaen alentuneeseen injektion hyötysuhtee-seen.
3 117529
Kolmas käsiteltävä tekijä on säteilevä hyötysuhde. Mikäli laite on valmistettu pyrosähköisistä materiaaleista, rakenteessa on spontaania polarisaatiota ja pietsopolarisaatiota jännityksen indusoimana, mikä synnyttää si-säänmuodostuneen sähkökentän, joka erottaa elektronit ja aukot spatiaalisesti 5 valoa generoivan alueen sisällä. Seurauksena tarvitaan epäsuoria optisia siirtymiä säteilevää rekombinaatiota varten. Tällainen epäsuora rekombinaatio johtaa laitteen säteilevän kvanttihyötysuhteen alenemiseen. Ilmiöstä keskustellaan useissa julkaisuissa, mukaan lukien Bernardini et ai., “Spontaneous polarisation and piezoelectric constants of lll-V nitrides”, American 10 Physical Society Journal, Physics Review B, Vol. 56, No. 16, 1997, s. R10024-R10027; Takeuchi et al, “Quantum-Confined Stark Effect due to Piezoelectric Fields in GalnN Strained Quantum Wells", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 36, Part 2, No. 4,1997, s. L382-L385; ja Ambacher et al., “Pyroelectric properties of AI(ln)GaN/GaN hetero- and quantum well structures”, Journal of 15 Physics: Condensed Matter, Vol. 14, 2002, s. 3399-3434. Sisäänmuodos-tuneen polarisaation vaikutusta voidaan minimoida jonkin verran käyttämällä hyvin ohuita valoa generoivia kerroksia. Kuten yllä mainittiin, tällainen pieni paksuus kuitenkin johtaa tehottomaan varauksenkuljettajasieppaukseen. Sitä paitsi valoa generoivien kerrosten leveys voi tulla verrannolliseksi paksuus-20 vaihtelujen kanssa. Nämä vaihtelut voivat johtaa “aukkojen” muodostumiseen valoa generoivissa kerroksissa, jotka toimivat ei-säteilevinä rekombinaatiokes- • · : *·· kuksina, täten alentaen laitteen tehokkuutta edelleen. Johtopäätöksenä sa- • « :.v nottakoon, että polarisaation indusoima sisäänmuodostunut sähkökenttä ra- ·1]: joittaa sekä säteilevää hyötysuhdetta että sieppausnopeutta. Ibbetson et al.
: 25 kuvaavat US-patentissa nro 6,515,313 useita tekniikoita polarisaation indusoi- ·*» * •j. mien varausten vaikutuksen pienentämiseksi: selektiivinen seostus epäpuh- # · · · .*··. tausvarauksen aikaansaamiseksi, joka voisi kompensoida polarisaation in- dusoimaa varausta; päällyskerroksia, joilla on asteittainen (graded) koostumus; ; aktiivinen alue, jolla on asteittainen tai sekoitettu koostumus; käänteinen pola- * * * ’ 30 risaatio. Toinen ratkaisu on käyttää hilasovitettuja puolijohdeyhdisteitä valoa "1 generoivan alueen materiaaleina. Pyrosähköisissä materiaaleissa esiintyy V·; kuitenkin myös spontaania polarisaatiota, joka poikkeaa nollasta jopa relak- ·:·*: soiduissa tai hilasovitetuissa kerroksissa. Esimerkiksi spontaanin polarisaation . arvo ryhmän III metallien nitrideissä on samankaltainen kuin se, joka syntyy ♦ · « ***. 35 pietsovaikutuksesta. Useita muita tekniikoita pietsoelektrisen polarisaation vä hentämiseksi kuvaavat Takeuchi et al. US patentissa nro 6,569,704 ja Goetz 4 117529 6,630,692.
Kuten yllä olevasta keskustelusta seuraa, erittäin tehokkaan valoa emittoivan rakenteen kehittäminen on tehokkaampaa tapauksessa, jossa on johdonmukaiset ratkaisut kaikkiin yllämainittuihin ongelmiin.
5 Keksinnön yhteenveto
Keksinnön tunnusmerkkien osalta viitataan patenttivaatimukseen 1. Esillä oleva keksintö on puolijohdeheterorakenne valoa emittoivia diodeja varten, jolla rakenteella on kokonaisuutena parannettu valoa generoiva kyky. Heterorakenne voidaan valmistaa pyrosähköisistä puolijohdemateriaaleista, 10 erityisesti ryhmän III metallien nitrideista ja niiden seoksista. Se voidaan myös valmistaa typpeä sisältävistä ryhmän III metallien arsenideista ja fosfi-deista. Heterorakenne sisältää: (1) injektioalueen, joka käsittää ensimmäisen emitterikerroksen, jolla on p-tyypin johtavuus ja toisen emitterikerroksen, jolla on n-tyypin johtavuus; (2) valoa generoivan kerroksen, joka on sijoitettu emit-15 terikerrosten väliin ja (3) elektronin sieppausalueen, joka on sijoitettu toisen emitterikerroksen ja valoa generoivan kerroksen väliin ja joka käsittää kerroksia leveän ja kapean energiaraon puolijohdemateriaaleja. Keksinnön mukaisesti elektronien sieppauskerroksen ja rajoittavan kerroksen leveydet ja materiaalit on valittu aikaansaamaan yhden elektronien lokalisoiduista ener-20 giatasoista elektronien sieppauskerroksessa ja toisen emitterikerroksen joh- • *.· tavuusvyön pohjan välille energiaero, joka on yhtä suuri kuin optisen fononin : Y; energia • · :*·*; Erityisesti elektronin sieppausalue mahdollistaa elektronienergian • · : .·. tehokkaan relaksaation ja vaimentaa elektroniylivuotoa valoa generoivan ker- 25 roksen yli. Lisäetu on, että injektioalueen aukkojen ja elektronien konsentraa-tiot voidaan sovittaa yhteen injektiovirtojen balansoimiseksi valoa generoi- * · vassa kerroksessa. Lisäetu on, että jos heterorakenne valmistetaan pyrosäh- , köisistä puolijohdemateriaaleista, valoa generoivalla kerroksella voi olla koos- • · » 1 2 Σ·* tumus, jossa tämän kerroksen sähkökenttä on suunnilleen nolla. Koko laite 2 *...Σ 30 on suunniteltu parannetun valoa generoivan kyvyn saamiseksi korkean ·*:’· virrantiheyden toiminnan aikana.
m
Edellä olevaa kuvausta sekä muita keksinnön etuja sekä tapaa, jol- ,·. la nämä saavutetaan, spesifioidaan vielä seuraavassa yksityiskohtaisessa • · · *;j·* kuvauksessa sekä sen liitteenä olevissa piirroksissa.
* · * · • · · 5 117529
Piirrosten lyhyt kuvaus
Kuvio 1 on periaatteellinen poikkileikkauskuvio, joka esittää esillä olevan keksinnön mukaista valoa emittoivissa diodeissa olevaa puolijohde-heterorakennetta; 5 Kuvio 2 havainnollistaa valoa emittoivissa diodeissa olevan puoli- johdeheterorakenteen valoa generoivien ja elektronin sieppausalueiden energiavöitä, joissa elektronin sieppausalueen energiatasorakenne mahdollistaa elektronin sieppauksen parannetun fononiavusteisen prosessin avulla;
Kuvio 3 havainnollistaa valoa emittoivissa diodeissa olevan puoli-10 johdeheterorakenteen valoa generoivien ja elektronin sieppausalueiden energiavöitä, joissa elektronin sieppausalue käsittää useita kapean ja leveän energiaraon kerroksia ja sen energiatasorakenne mahdollistaa elektronin sieppauksen parannetun fononiavusteisen prosessin ja lisäenergiarelaksaa-tion avulla; 15 Kuvio 4a havainnollistaa valoa emittoivissa diodeissa olevaa pn- rajapintaan perustuvaa puolijohdeheterorakennetta tapauksessa, jossa elekt-ronikonsentraatio n-emitterissä ylittää p-emitterissä olevien aukkojen elektro-nikonsentraation;
Kuvio 4b havainnollistaa elektronien ja aukkojen konsentraatioiden 20 jakaantumista saman rakenteen yli; „ Kuvio 4c havainnollistaa elektronien ja aukkojen virtatiheyksien ja- ·' ** kaantumista saman rakenteen yli; :.v Kuvio 5a havainnollistaa pn-rajapintaan perustuvaa injektiotasa- f ·· · : V painotettua puolijohdeheterorakennetta valoa emittoivissa diodeissa esillä ·.·*· 25 olevan keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaan; 4>·:# Kuvio 5b havainnollistaa elektronien ja aukkojen konsentraatioiden jakaantumista saman rakenteen yli; • · ·
Kuvio 5c havainnollistaa elektronien ja aukkojen virtatiheyksien ja- : .·. kaantumista saman rakenteen yli; • · · .
["·[ 30 Kuvio 6 on periaatteellinen poikkileikkauskuvio, joka esittää puoli- • · johdeheterorakennetta valoa emittoivissa diodeissa, jotka on valmistettu ryh- • · *··.
·*.*·: män III metallien nitrideistä esillä olevan keksinnön mukaan.
• * * * · • · . !·. Yksityiskohtainen kuvaus • * · * · *
Seuraava esillä olevan keksinnön edullisten suoritusmuotojen kuva-35 us on suunnattu jännitettyyn heterorakenteeseen, joka on muodostettu puoli- 6 117529 johdemateriaaleista. Erityisesti heterorakenne voidaan valmistaa pyrosähköi-sistä materiaaleista, erityisesti ryhmän III metallien nitrideistä ja niiden sekoituksista. Heterorakenne voidaan myös valmistaa typpeä sisältävistä ryhmän III metallien arsenideista ja fosfideista. Heterorakenne käsittää useita hila-5 epäsovitettuja kerroksia, joissa joidenkin kerrosten, joita tässä nimitetään leveän energiaraon kerroksiksi, energiarako on suurempi kuin muiden kerrosten, ·: joita tässä nimitetään kapean energiaraon kerroksiksi. Erityisesti leveän ja kapean energiaraon kerrokset voidaan valmistaa yhdisteestä AlxlnyGai.x.yN, 0 < x <'\,Q<y£'\,Q< x+y < 1, jossa x ja y kullekin yksittäiselle kerrokselle pitäisi 10 valita seuraavassa kuvauksessa annettujen periaatteiden mukaan. Erityisesti leveän ja kapean energiaraon kerrokset voidaan valmistaa AlxlnyGai.x. ^SaNöP^.sta, 0 S xs 1, 0 s y s 1, 0 s x+y s 1, 0 s a s 1, 0 < b s 0.1, 0 < a+b £ 1, jossa x, y, a, ja b kullekin yksittäiselle kerrokselle pitäisi valita seuraavassa kuvauksessa annettujen periaatteiden mukaan. Kuvio 1 esittää periaatteellista 15 poikkileikkausnäkymää esillä olevan keksinnön mukaisesta puolijohdehetero-rakenteesta. Heterorakenne, jota yleisesti merkitään viitenumerolla 10, käsittää injektioalueen, joka koostuu ensimmäisestä emitterikerroksesta 11 ja toisesta emitterikerroksesta 12, valoa generoivasta kerroksesta 13 ja elektronin siep-pausalueesta 14, joka käsittää useita kerroksia. Tässä käytettynä termi “jänni-20 tetty heterorakenne” viittaa yleisesti heterorakenteeseen, joka koostuu yksittäi- „ sistä kerroksista, joissa ainakin yhden kerroksen tasohilaparametri eroaa tasa- • · \ *’ painoarvostaan, termi “kerros” viittaa yleisesti yksittäiseen epitaksiaaliseen ki- dekerrokseen.
·· · : Keksinnön ensimmäisen edullisen suoritusmuodon mukaan hetero- • » · 25 rakenne sisältää elektronin sieppausalueen, joka on sijoitettu toisen emitteri- „·:· kerroksen ja valoa generoivan kerroksen väliin. Elektronin sieppausalueen tar- koitus on aikaansaada tehokas elektronienergian relaksaatio ja vähentää • · · elektroniylivuotoa valoa generoivan kerroksen yli. Tämä perustuu parannet- : .·. tuun fononiavusteiseen prosessiin. Kuvio 2 esittää periaatteellista ensimmäi- ,·*·. 30 sen suoritusmuodon mukaista elektronin sieppausalueen kaistadiagrammia.
• ·
Elektronin sieppausalue sisältää kapean energiaraon kerroksen emitteriker-roksen vieressä ja leveän energiaraon kerroksen valoa generoivan kerroksen vieressä. Kapean energiaraon kerroksen leveys ja koostumus on säädetty si- . ten, että ero yhden lokalisoidun elektronienergiatason ja johtavuusvyön pohjan 35 elektroniemitterissä välillä vastaa optista fononienergiaa. Termi “optinen fono-nienergia” viittaa yleisesti hilavärähtelyn optisen tyypin energiaan nolla- 7 ' 117529 aaltovektoriarvon läheisyydessä. Elektronien sieppaus kapeaan energiarakoon pitkittäisten optisten (LO) fononien interaktion takia, merkitty viitenumerolla 1 kuviossa 2, on parannettu verrattuna sieppaukseen mielivaltaisesti sijoitetulle tasolle, sillä edellä mainitussa tilanteessa se impulssimomentti, joka siirtyy fo-5 noniin elektronin alassuuntaisessa siirtymässä, on melkein nolla. Relaksaatio tapahtuu pääasiassa optisen fononin spontaanin emission ansiosta kohtuullisissa lämpötiloissa. Käänteinen varauksenkuljettajan terminen emissio kapean energiaraon kerroksesta emitterikerrokseen tapahtuu fononien absorption ansiosta ja sen takia se vaimentuu tekijällä Λ^/Ο + Λ^), jossa Nq on Plank- 10 jakauman mukainen fononien lukumäärä. Esimerkiksi ryhmän III metallien nit-ridien tapauksessa optinen fononienergia on noin 100 meV; sen takia emissio-nopeus vaimentuu verrattuna sieppausnopeuteen noin 40-kertaisesti huoneenlämpötilassa. Varauksenkuljettajaenergian lisärelaksaatio, jota on merkitty viitenumerolla 2 kuviossa 2, tapahtuu joko alempien energiatasojen kautta sa-15 man kapean energiaraon sieppauskerroksen sisällä ja sen jälkeen viereiseen kapean energiaraon valoa generoivaan kerrokseen tai suoraan viereiseen kapean energiaraon valoa generoivaan kerrokseen. Erään toisen keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan varauksenkuljettajan lisärelaksaatio voidaan tarvittaessa saada aikaan sijoittamalla lisäkerroksia elektronin sieppaus-20 alueelle. Kuvio 3 esittää periaatteellista tämän suoritusmuodon mukaisen elektronien sieppausalueen kaistadiagrammia. Suoritusmuodon mukaan hete-rorakenne käsittää ensimmäisessä suoritusmuodossa kuvatun injektioalueen ja valoa generoivat alueet, ja elektronin sieppausalue käsittää useita kapean ja • * leveän energiaraon kerroksia, jossa kapean energiaraon kerros toisen emitte- • .·. 25 rikerroksen vieressä muodostetaan ensimmäisen suoritusmuodon mukaan.
• * · **Y Kunkin leveän ja kapean kerroksen energiaraon kerrosparin koostumus ja le- ::: veys, jotka kerrosparit käsittävät elektronien sieppausalueen, säädetään siten, • · *···* että ero alimpien energiatasojen välillä viereisissä kapean energiaraon kerrok sissa vastaa optista fononienergiaa. Keksinnön aikaisemmin kuvatun suori-30 tusmuodon mukaan laskeva energiarelaksaatio tapahtuu tässä rakenteessa ··· prosessisarjan kautta, jota on merkitty viitenumeroilla 3 ja 2 kuviossa 3, ja .···. paranee tämän takia edelleen.
* · · ,···. Keksinnön edullisten suoritusmuotojen erään toisen aspektin mu- • · · *" kaan aukkojen ja elektronien konsentraatiot injektioalueella voidaan sovittaa • · \v 35 yhteen ja saada aikaan injektiovirtojen tasapaino valoa generoivassa kerrok- φ · sessa. Koska valoa generoituu ohuen valoa generoivan kerroksen sisällä, joka 8 117529 on sijoitettu lähelle pn-rajapintaa, on suotavaa aikaansaada maksimaalinen injektiotehokkuus tällä rajapinnalla. Shockley-Noyce-Sah-mallin puitteissa, jonka mallin oletuksena on rekombinaatio avaruusvarausalueen sisällä ja joka vastaa tyypillisiä LED- toimintavirtoja, rekombinaationopeus on verrannollinen 5 elektroni- ja aukkoinjektiovirtojen tiheyksien tulon kanssa, mutta ei emittereiden enemmistövarauksenkuljettajien konsentraatioiden tulon kanssa. Alan ammattimiehelle on ilmeistä, että syy tähän on se, että myötäsuuntaan esijännitetyssä pn-rajapinnassa injektoitujen varauksenkuljettajien konsentraatiot määräytyvät vähemmistövarauksenkuljettajien konsentraatioiden ja sovelletun jännitit) teen mukaan eivätkä enemmistövarauksenkuljettajien konsentraatioiden mukaan. Täten injektion hyötysuhde on maksimaalinen edellyttäen, että elektroni-ja aukkovirtatiheydet ovat yhtä suuret pn-rajapinnassa, johtuen siitä, että ko-konaisvirtatiheys on yhtä suuri kuin näiden kahden virtatiheyden summa ja vakio rakenteen läpi. Tässä suhteessa kuvio 4 ja kuvio 5 esittävät kaavamaisesti 15 kahta pn-rajapintaa (a) myötäsuuntaan esijännitettynä emittereiden eri varauk-senkuljettajakonsentraatioin (b) ja vastaavia virtatiheyksiä (c) niissä. Kuvio 5 esittää kaavamaisesti rakennetta, jossa on tasapainotetut injektiovirrat. Tietyllä p-emitterin aukkokonsentraatiolla pp elektroni- ja aukkovirtatiheyksien yhtäläisyys asettaa n-emitterin elektronikonsentraatiolle nn ehdoksi: 20 nn^^--p„, d„lp Pp’ ·· * · : ’* jossa Dp ja D„ ovat diffuusiokertoimia, Lp ja L„ ovat diffuusiopituuksia n- ja :.v vastaavasti p-emitterien vähemmistövarauksenkuljettajille. Tässä käytettyinä • · · : termien “diffuusiokerroin” ja “diffuusiopituus” määritelmät löytyvät esimerkiksi a · kirjasta N.W. Ashcroft ja N.D. Mermin: "Solid State Physics”, Saunders College 25 Publishing, 1976, s. 602-604. Kerroksissa tarvittavien elektroni-ja aukkokon-sentraatioiden muodostamisprosessi on ammattimiehen hyvin tuntema. Puoli-johdemateriaalien oletetulle joukolle (esimerkiksi ryhmän III metallien nitrideis-: ;\ sä) on tyypillistä, että elektronikonsentraatio n-emitterissä on useita kertoja korkeampi kuin aukkokonsentraatio p-emitterissä. Tässä tapauksessa elektro-*·* 30 ni-injektiovirta avaruusvarausalueen sisällä on korkeampi kuin aukkoinjek- :·**: tiovirta, mikä johtaa injektion hyötysuhteen laskuun verrattuna maksimaaliseen mahdolliseen tehokkuuteen. Ilmeisin ratkaisu parantaa valoa generoivaa kykyä * ; tässä tapauksessa on suurentaa aukkokonsentraatiota p-emitterissä. Materi- • ·· aalin perustavanlaatuiset ominaisuudet voivat kuitenkin rajoittaa p-tyyppistä 35 seostusta. Ehdotetussa heterorakenteessa tasapaino elektroni- ja aukkoinjek- 9 117529 tiovirtauksien välillä saadaan aikaan asianmukaisella n-emitterin suunnittelulla pn-rajapinnassa. Tässä tapauksessa keskiseostettu n-emitteri on sijoitettu n-kontaktikerroksen ja elektronin sieppausalueen välille.
Keksinnön edullisten suoritusmuotojen erään toisen aspektin mu-5 kaan, mikäli heterorakenne valmistetaan pyrosähköisistä puolijohdemateriaaleista, valoa generoivan kerroksen koostumus on sellainen, jossa sähkökenttä tässä kerroksessa on noin nolla. Sähkökenttä valoa generoivassa kerroksessa on peräisin spontaanien (pyrosähköisten) ja pietsosähköisten polarisaatioden indusoimista rajapintavarauksista. Tässä käytettyinä termien “pyrosähköinen 10 polarisaatio” ja “pietsosähköinen polarisaatio” määritelmät voidaan löytää esimerkiksi kirjasta N.W. Ashcroft ja N.D. Mermin: “Solid State Physics”, Saunders College Publishing, 1976, s. 555. Ajatus on aikaansaada kiinteä hila-epäsovitus emitterikerrosten ja valoa generoivan kerroksen välille siten, että pietsosähköisten polarisaatiovarausten superponoinnin indusoima sähkökenttä 15 Epietso kompensoi spontaanien polarisaatiovarausten superponoinnin in-dusoimaa kenttää Esp:
F a1 F
up piezo Tässä tapauksessa varauksenkuljettajat eivät ole spatiaalisesti erillään valoa generoivan kerroksen sisällä, ja tämä johtaa parannettuun säteily-20 tehokkuuteen. Esimerkiksi AlInGaN-kerroksessa pietsosähköiset ja spontaanit polarisaatiot voidaan suunnata vastakkaisiin suuntiin koostumuksen mukaan.
·1, y Sen takia valoa generoivan kerroksen ja viereisten kerrosten materiaali on va- ; • · 1 [;1♦' littu aikaansaamaan spontaanin (pyrosähköisen) polarisaation indusoiman ·1 sisäänmuodostuneen kentän suuruus samaksi kuin sisäänmuodostuneen piet- .. Λ • « : 25 sosähkökentän suuruus ja spontaanin (pyrosähköinen) polarisaation in- dusoiman sisäänmuodostuneen kentän suunta vastakkaiseksi kuin sisään-muodostuneen pietsosähkökentän suunta.
Keksinnön edullisten suoritusmuotojen kaikki kuvatut aspektit voivat : olla päällekkäin ja on edullista käsitellä ne samanaikaisesti optimaalisen lait- 30 teen toiminnan saavuttamiseksi. Esimerkiksi valoa generoivan kerroksen, ka- * · 1 .1 , pean energiaraon kerroksen elektronien sieppausalueella ja emitterikerrosten * · 1 ’· 1j koostumukset voidaan valita aikaansaamaan (a) tasainen vyöhykeprofiili (flat ‘ zone profile) valoa generoivaan kerrokseen, (b) siirtymäenergia, joka on yhtä : :1: suuri kuin optinen fononienergia, (c) tarvittava emissioaaltopituus. Seostusta- • 1 1 ·;··: 35 sot määrää yllä kuvattu tasapainotetun virtainjektion ehto.
Kuvio 6 esittää esimerkin esillä olevan keksinnön ensimmäisen suo- 10 117529 ritusmuodon mukaisesta ryhmän III metallien nitrideistä valmistetusta valoa emittoiville diodeille tarkoitetusta puolijohdeheterorakenteesta. Heterorakenne, jota merkitään yleisesti viitenumerolla 10, käsittää injektioalueen, joka koostuu ensimmäisestä emitterikerroksesta 11, joka on valmistettu p-johtavuustyyp-5 pisestä GaN;stä, jonka aukkokonsentraatio on 5x1017 cm'3 ja paksuus 0,5 μιτι ja toisesta emitterikerroksesta 12, joka on valmistettu n-johtavuustyyppisestä GaN:stä, jonka elektronikonsentraatio on 1x1018 cm'3 ja paksuus 0,5 pm; valoa generoivasta kerroksesta 13, joka on valmistettu seostamattomasta Alo.o4ln0.22Gao.74N:stä, jonka paksuus on 0,003 pm; ja elektronin sieppausalu-10 eesta, joka koostuu laajan energiaraon kerroksesta 15, joka on valmistettu seostamattomasta Al0.2lno.o5Gao.75N:sta, jonka paksuus on 0,0015 pm, ja elektronin sieppauskerroksesta 16, joka on valmistettu seostamattomasta lno.o6Ga0.94N:sta, jonka paksuus on 0,006 pm; alhaisen resistiivisyyden kerroksesta 17, joka on valmistettu n-johtavuustyyppisestä GaN:sta, jonka elektroni-15 konsentraatio on 5χ1018 cm"3 ja paksuus 2 pm.
Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.
• · • · • * * * · « · · • * * • · ··· '' • · · .
• · • · • · • * · • · · • · φ * · * * · * • · · • · * * • t * · ♦ · * «·» · » · * · • # * • · • · · * ·· ♦ · ···« • · * ♦ ·· · > • · · ···«· * ·
Claims (13)
1. Jännitetty puolijohdeheterorakenne (10), joka käsittää: ensimmäisen emitterikerroksen (11), jolla on p-tyypin johtavuus; toisen emitterikerroksen (12), jolla on n-tyypin johtavuus; 5 valoa generoivan kerroksen (13), joka on sijoitettu ensimmäisen emitterikerroksen (11) ja toisen emitterikerroksen (12) väliin ensimmäisen emitterikerroksen puolelle, jonka mainitun valoa generoivan kerroksen energia-rako on pienempi kuin ensimmäisen emitterikerroksen energiarako ja toisen emitterikerroksen energiarako; 10 rajoittavan kerroksen (15), joka on sijoitettu valoa generoivan ker roksen (13) ja toisen emitterikerroksen (12) väliin, jonka mainitun rajoittavan kerroksen energiarako on suurempi kuin valoa generoivan kerroksen energia-rako; ja elektronien sieppauskerroksen (16), joka on sijoitettu rajoittavan 15 kerroksen (15) ja toisen emitterikerroksen (12) väliin, jonka mainitun elektronien sieppauskerroksen energiarako on pienempi kuin rajoittavan kerroksen energiarako, tunnettu siitä, että elektronien sieppauskerroksen (16) ja rajoittavan kerroksen (15) 20 leveydet ja materiaalit on valittu aikaansaamaan elektronien alimman ener- j**.. giatason energia-asema elektronien sieppauskerroksessa (16) korkeammaksi :V: kuin vastaava energia-asema valoa generoivassa kerroksessa (13) ja ·*·*: aikaansaamaan yhden elektronien lokalisoiduista energiatasoista elektronien * * : .*. sieppauskerroksessa (16) ja toisen emitterikerroksen (12) johtavuusvyön poh- W\ 25 jän välille energiaero, joka on yhtä suuri kuin optisen fononin energia.
[·*’, 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jännitetty puolijohdeheterora- • · *** kenne(10), tunnettu siitä, että . . elektronien konsentraatio toisessa emitterikerroksessa (12) on so- • · · :;j: vitettu yhtä suureksi kolmen tekijän tulon kanssa: aukkojen konsentraatio en- 30 simmäisessä emitterikerroksessa (11), aukkojen diffuusiokertoimen toisessa « :*·.· emitterikerroksessa (12) ja elektronien diffuusiokertoimen ensimmäisessä * emitterikerroksessa (11) suhde sekä elektronien diffuusiopituuden ·. ensimmäisessä emitterikerroksessa (11) ja aukkojen diffuusiopituuden • · · toisessa emitterikerroksessa (12) suhde.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen jännitetty puolijohdeheterora kenne (10), tunnettu siitä, että 12 117529 mainittu jännitetty puolijohdeheterorakenne (10) on muodostettu pyrosähköisistä puolijohdemateriaaleista; ja mainitun valoa generoivan kerroksen (13) leveys ja materiaali on valittu aikaansaamaan spontaanin (pyrosähköisen) polarisaation indusoiman 5 sisäänmuodostuneen kentän suuruus yhtä suureksi kuin sisäänmuodostuneen pietsosähkökentän suuruus ja spontaanin (pyrosähköisen) polarisaation indusoiman sisäänmuodostuneenisen kentän suunta vastakkaiseksi sisäänmuodostuneen pietsosähkökentän suuntaan nähden.
4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen jännitetty puolijohdeheterora-10 kenne (10), tu n n ettu siitä, että useita leveän ja kapean energiaraon kerrosten pareja on sijoitettu mainitun rajoittavan kerroksen (15) ja mainitun valoa generoivan kerroksen (13) väliin, joiden leveän energiaraon kerrosten energiaraot ovat suurempia kuin valoa generoivan kerroksen energiarako, ja joiden kapean energiaraon 15 kerrosten energiaraot ovat pienempiä kuin leveän energiaraon kerrosten energiaraot; joiden leveän ja kapean energiaraon kerrosten leveydet ja materiaalit on valittu aikaansaamaan elektronien alimpien energiatasojen energia-asemat kapean energiaraon kerroksissa korkeammiksi kuin vastaavat energia-20 asemat mainitussa valoa generoivassa kerroksessa (13); .. joiden leveän ja kapean energiaraon kerrosten leveydet ja materi- φ · y aalit on valittu siten, että elektronien alin energiataso missä tahansa kapean * * · V·* energiaraon kerroksessa sijoittuu alemmaksi kuin kaikissa kyseisen kapean * * · ; energiaraon kerroksen ja mainitun toisen emitterikerroksen (12) välillä olevissa • · :.* ♦ 25 kapean energiaraon kerroksissa; ja >#·:· jonka kunkin mainitun leveän ja kapean energiaraon kerrosten parin leveys ja materiaali on valittu aikaansaamaan vierekkäisten kapean energia- * ·ψ raon kerrosten elektronien alimpien lokalisoitujen energiatasojen välille : .·. energiaero, joka on yhtä suuri kuin optisen fononin energia. [••V 30
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen jännitetty puolijohdeheterora- • · kenne (10), tunnettu siitä, että • · mainittu jännitetty puolijohdeheterorakenne (10) on muodostettu ' *:**· pyrosähköisistä puolijohdemateriaaleista; ja . mainitun valoa generoivan kerroksen (13) leveys ja materiaali on 35 valittu aikaansaamaan spontaanin (pyrosähköisen) polarisaation indusoiman • « sisäänmuodostuneen kentän suuruus yhtä suureksi kuin sisäänmuodostuneen 117529 13" :± pietsosähkökentän suuruus ja spontaanin (pyrosähköisen) polarisaation indusoiman sisäänmuodostuneen kentän suunta vastakkaiseksi s sisäänmuodostuneen pietsosähkökentän suuntaan nähden.
6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen jännitetty puofijohdeheterora-5 kenne(10), tunnettu siitä, että mainittu ensimmäinen emitterikerros (11) käsittää AI^Ga^NIä, jossa 0 s x1 s 1; ja/tai mainittu toinen emitterikerros (12) käsittää Alx2Gai.x2N:iä, jossa 0 s x2< 1; ja/tai 10 mainittu valoa generoiva (13) kerros käsittää Alxs^Gai^^Niiä, jossa 0£x3<1,0<y3<1,0^ x3+y3 ^ 1; ja/tai mainittu rajoittava kerros (15) käsittää Alx4lny4Gai-x4-y4N:iä, jossa 0 < x4 i 1, 0 i y4 < 1, 0 £ x4+y4 £ 1; ja/tai mainittu elektronin sieppauskerros (16) käsittää AIX5lny5Gai.x5-y5N:iä, 15 jossa 0 £ x5£ 1, 0 £y5< 1, 0 £ x5+y5£ 1.
7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen jännitetty puolijohdeheterora-kenne(10), tunnettu siitä, että mainittu ensimmäinen emitterikerros (11) käsittää AlxiGa-i-xiNliä, jossa 0 £ x7 £ 1; ja/tai 20 mainittu toinen emitterikerros (12) käsittää Alx2Gai.x2N:iä, jossa 0 s x2£ 1; ja/tai ·» * : '·· mainittu valoa generoiva kerros (13) käsittää A^^Ga-i^^Niiä, \ v jossa Q£x3<1,0<y3£l,0£ x3+y3£ 1; ja/tai :*[: mainittu rajoittava kerros (15) käsittää Alx4lny4Gai.x4.y4N:iä, jossa 0 s : 25 x4 £ 1, 0 £ y4 < 1, 0 < x4+y4 £ 1; ja/tai ·:· mainittu elektronin sieppauskerros (16) käsittää Alx5lny5Ga-|.x5.y5N:iä, * * * * .··*. jossa 0£x5£l,0£y5£l,0£ x5+y5 £ 1; ja/tai mainitut useat leveän ja kapean energiaraon kerrosten parit käsittä- : ... vät vuorottelevia leveän energiaraon AUnn/Gai.m/.n,N-kerroksia ja kapean • · · 30 energiaraon AWn/,Gai./a-.,;N-kerroksia, joissa /' numeroi parit, ja joissa 0 < mi < . ' 1, 0 ^ n/ £ 1, 0 < /77/+/1/ < 1, 0 ^ A/ £ 1, 0 ^ // < 1, 0 ^ /c/+// 1.
* · ·*.'·: 8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen jännitetty puolijohdehetero- *:··: rakenne (10), tunnettu siitä, että . X mainitun toisen emitterikerroksen (12) viereen on lisätty alhaisen re- • · · 35 sistiivisyyden n-johtavuustyyppinen lisäalue (17), joka käsittää lateraalisen virtaa levittävän superhilan, joka on muodostettu useasta parista vuorottelevia 117529 14 AlxGai-xN-ja AlyGai,yN-kerroksia, joissa O < χ < 1 ja O ί y < 1.
9. Patenttivaatimuksen 2 mukainen jännitetty puolijohdeheterora-kenne(10), tunnettu siitä, että mainittu ensimmäinen emitterikerros (11) käsittää AIXflnyJGaf-Xi. 5 yiAsaiNbiPuai-bi:\a, jossa 0 < x1 < 1, 0 Zy1 £ 1, 0 < x1+y1 < 1 ja 0 < a1 < 1, 0 < b1 <> 0.1,0 £ a1+b1 £ 1; ja/tai mainittu toinen emitterikerros (12) käsittää Alx2lny2Gai.X2-y2Asa2Ni,2Pi-a2.i,2:ia,jossa 0<x2<1,0<y2sl,0< x2+y2 < 1 ja 0 s a2 < 1, 0 < b2 < 0.1, 0 £ a2+b2 < 1; ja/tai 10 mainittu valoa generoiva kerros (13) käsittää Alx3lny3Gai.x3. y3Asa3NwPi-e3-M: ia Jossa 0<x3<1,0sy3ä1,0< x3+y3 < 1 ja 0 £ a3 < 1, 0 < b3 < 0.1, 0<a3+b3 s 1; ja/tai mainittu rajoittava kerros (15) käsittää Alx4lny4Gai-X4-y4Asa4NwPi-a4-b4:\a, jossa 0<x4<‘\,Q£y4<'],0i x4+y4 < 1 ja 0 £ a4 < 1, 0 < b4 s 0.1, 0 ä 15 a4+b4 < 1; ja/tai mainittu elektronin sieppauskerros (16) käsittää Alx5lny5Gaf.X5-ysAsasNösPi-as-tsiiajossa 0£x5ä1,0äy5d1,0ä x5+y5 < 1 ja 0 < a5 z 1, 0 < Ö5<0.1,0<a5+fc5sl.
10. Patenttivaatimuksen 4 mukainen jännitetty puolijohdeheterora-20 kenne(10), tunnettu siitä, että .. mainittu ensimmäinen emitterikerros (11) käsittää A\x1\nyiGai,x1. yfASgiNbfPi-ai-b^ia.jossa 0<x/£l,0<y7£1,0s x1+y1 <1ja0£a/£l,0< b1 < 0.1, 0 s a/+M s 1; ja/tai • · « : mainittu toinen emitterikerros (12) käsittää Alx2lny2Ga7-X2-y2Asa2Nf,2P?- ·.: · 25 S2-b2:ia, jossa 0<x2<1,0£y2£l,0< x2+y2 < 1 ja 0 < a2 £ 1, 0 < b2 £ 0.1, 0 ^ a2+b2< 1; ja/tai :***: mainittu valoa generoiva kerros (13) käsittää Alx3lny3Gai.x3. y3Asa3Ni,3Pi-a3-M: ia jossa 0<x3<1,0<y3<1,0< x3+y3 <1ja0<a3Sl,0< : b3 5 0.1, 0 < a3+b3 < 1; ja/tai .··*! 30 mainittu rajoittava kerros (15) käsittää AI^^Ga^^^s^N^P?-^- • · Miia,jossa 0 < x4 < 1, 0 < y4 < 1, 0 < x4+y4 < 1 ja 0 < a4 < 1, 0 < b4 ^ 0.1, 0 i :·*·: a4+b4 < 1; ja/tai mainittu elektronin sieppauskerros (16) käsittää AIX5lny5Ga?-X5. ; y5Asa5Ni,5Pi-a5-i)5:ia-jossa 0sx5i1,0<y5s1,0< x5+y5 < 1 ja 0 ^ a5 i 1, 0 < 35 b5 £ 0.1,0 i a5+b5 S 1; ja/tai »« mainitut useat leveän ja kapean energiaraon kerrosten parit käsittä- 15 117529 vät vuorottelevia leveän energiaraon AU nn,Ga i-mi-nAspiHqiP i-Pi.qi-kerroksia ja kapean energiaraon Ayn/,<3aj.to-/ASriNs/Pj./7.srkerroksia, joissa / numeroi parit, ja joissa 0 s m/ £ 1, 0 < /7/ < 1, 0 £ mi+ni < 1, ja 0 < pi < 1, 0 < qi < 0.1, 0 s pi+qi 5 1, ja 0 < /r/< 1, 0 £ //< 1, 0 S ki+liz 1, ja 0 £ ri< 1, 0 < s/i 0.1, 0 i ri+s/< 1.
11. Valoa emittoiva diodi, joka käsittää jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukaisen jännitetyn puolijohdeheterorakenteen (10).
11 117529
12. Valoa emittoiva diodi, joka käsittää patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukaisen jännitetyn puolijohdeheterorakenteen (10).
13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen valoa emittoiva diodi, t u n -10 nettu siitä, että mainittu jännitetty puolijohdeheterorakenne (10) on kasvatettu substraatille, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluu GaP, GaAs, InP; ja mainitun ensimmäisen ja toisen emitterikerroksen materiaalit on valittu aikaansaamaan hilasovitus mainitun substraatin kanssa. 15 • · • * # * • · • * * * · · ' • · • · · • · • * • ♦ · · . • · · ··· * ♦ * * · ♦ * t · • * * * · ♦ · • · · * · * ··· • · • · • · * * · • * # • * * · « · · • · 4 « · • · * *(* ♦ • · · 117529 16 . . . v
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20045387A FI117529B (fi) | 2004-09-17 | 2004-10-13 | Puolijohdeheterorakenne |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20041213A FI20041213A0 (fi) | 2004-09-17 | 2004-09-17 | Puolijohdeheterorakenne |
| FI20041213 | 2004-09-17 | ||
| FI20045387A FI117529B (fi) | 2004-09-17 | 2004-10-13 | Puolijohdeheterorakenne |
| FI20045387 | 2004-10-13 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20045387A0 FI20045387A0 (fi) | 2004-10-13 |
| FI20045387A FI20045387A (fi) | 2006-03-18 |
| FI117529B true FI117529B (fi) | 2006-11-15 |
Family
ID=33041546
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20041213A FI20041213A0 (fi) | 2004-09-17 | 2004-09-17 | Puolijohdeheterorakenne |
| FI20045387A FI117529B (fi) | 2004-09-17 | 2004-10-13 | Puolijohdeheterorakenne |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20041213A FI20041213A0 (fi) | 2004-09-17 | 2004-09-17 | Puolijohdeheterorakenne |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8053755B2 (fi) |
| EP (2) | EP1903619B1 (fi) |
| JP (1) | JP4961346B2 (fi) |
| KR (1) | KR101225675B1 (fi) |
| CN (1) | CN100470858C (fi) |
| AT (1) | ATE448572T1 (fi) |
| DE (1) | DE602005017676D1 (fi) |
| FI (2) | FI20041213A0 (fi) |
| HK (1) | HK1110147A1 (fi) |
| RU (2) | RU2376680C2 (fi) |
| TW (1) | TWI429153B (fi) |
| WO (1) | WO2006030064A1 (fi) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100862497B1 (ko) * | 2006-12-26 | 2008-10-08 | 삼성전기주식회사 | 질화물 반도체 소자 |
| US8421058B2 (en) * | 2008-11-21 | 2013-04-16 | Agency For Science, Technology And Research | Light emitting diode structure having superlattice with reduced electron kinetic energy therein |
| FR2959657B1 (fr) * | 2010-05-06 | 2012-06-22 | Commissariat Energie Atomique | Transducteur de variation temporelle de température, puce électronique incorporant ce transducteur et procédé de fabrication de cette puce |
| US9806226B2 (en) | 2010-06-18 | 2017-10-31 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Deep ultraviolet light emitting diode |
| US8907322B2 (en) * | 2010-06-18 | 2014-12-09 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Deep ultraviolet light emitting diode |
| US8927959B2 (en) | 2010-06-18 | 2015-01-06 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Deep ultraviolet light emitting diode |
| JP2013546161A (ja) | 2010-09-21 | 2013-12-26 | クワンタム エレクトロ オプト システムズ エスディーエヌ． ビーエイチディー． | 発光およびレーザ半導体方法およびデバイス |
| KR101836122B1 (ko) * | 2011-08-24 | 2018-04-19 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 |
| US8754397B2 (en) * | 2011-12-07 | 2014-06-17 | Nano-Electronic And Photonic Devices And Circuits, Llc | CNT-based electronic and photonic devices |
| FR3009894B1 (fr) | 2013-08-22 | 2016-12-30 | Commissariat Energie Atomique | Diode electroluminescente dont une zone active comporte des couches d'inn |
| RU2558264C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Солар Дотс" | Полупроводниковая структура для фотопреобразующего и светоизлучающего устройств |
| CN107578768B (zh) * | 2017-08-31 | 2020-06-16 | 广东科学技术职业学院 | 基于声子晶体异质结的声波二极管 |
| WO2019111161A1 (en) * | 2017-12-05 | 2019-06-13 | King Abdullah University Of Science And Technology | Forming iii-nitride alloys |
Family Cites Families (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4122407A (en) * | 1976-04-06 | 1978-10-24 | International Business Machines Corporation | Heterostructure junction light emitting or responding or modulating devices |
| JPH02211686A (ja) * | 1989-02-13 | 1990-08-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ |
| JP2539268B2 (ja) * | 1989-07-12 | 1996-10-02 | 富士通株式会社 | 半導体装置 |
| US5224114A (en) * | 1990-11-11 | 1993-06-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser devices with a plurality of light emitting layers having different bands gaps and methods for driving the same |
| WO1994015369A1 (en) * | 1992-12-22 | 1994-07-07 | Research Corporation Technologies, Inc. | Group ii-vi compound semiconductor light emitting devices and an ohmic contact therefor |
| JP3425185B2 (ja) * | 1993-03-26 | 2003-07-07 | 日本オプネクスト株式会社 | 半導体素子 |
| EP0772249B1 (en) * | 1995-11-06 | 2006-05-03 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| JPH1022524A (ja) | 1996-07-02 | 1998-01-23 | Omron Corp | 半導体発光素子 |
| US6677619B1 (en) * | 1997-01-09 | 2004-01-13 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor device |
| JP3375042B2 (ja) | 1997-08-27 | 2003-02-10 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP3955367B2 (ja) * | 1997-09-30 | 2007-08-08 | フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー | 光半導体素子およびその製造方法 |
| JP4045639B2 (ja) | 1997-10-24 | 2008-02-13 | 住友電気工業株式会社 | 半導体レーザおよび半導体発光素子 |
| US5877509A (en) * | 1997-11-14 | 1999-03-02 | Stanford University | Quantum well exciton-polariton light emitting diode |
| GB9912583D0 (en) | 1999-05-28 | 1999-07-28 | Arima Optoelectronics Corp | A light emitting diode having a two well system with asymmetric tunneling |
| JP2001102690A (ja) | 1999-09-29 | 2001-04-13 | Toshiba Corp | 窒化物系半導体レーザ装置 |
| US6515313B1 (en) | 1999-12-02 | 2003-02-04 | Cree Lighting Company | High efficiency light emitters with reduced polarization-induced charges |
| US6504171B1 (en) | 2000-01-24 | 2003-01-07 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Chirped multi-well active region LED |
| US6764888B2 (en) * | 2000-09-27 | 2004-07-20 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Method of producing nitride-based heterostructure devices |
| US6534797B1 (en) * | 2000-11-03 | 2003-03-18 | Cree, Inc. | Group III nitride light emitting devices with gallium-free layers |
| US6955933B2 (en) * | 2001-07-24 | 2005-10-18 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Light emitting diodes with graded composition active regions |
| TW550839B (en) * | 2001-07-25 | 2003-09-01 | Shinetsu Handotai Kk | Light emitting element and method for manufacturing thereof |
| TWI275220B (en) * | 2001-11-05 | 2007-03-01 | Nichia Corp | Nitride semiconductor device |
| WO2003063215A1 (fr) * | 2002-01-21 | 2003-07-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Procede de fabrication d'un dispositif a semi-conducteurs a base de nitrures |
| US6987286B2 (en) * | 2002-08-02 | 2006-01-17 | Massachusetts Institute Of Technology | Yellow-green epitaxial transparent substrate-LEDs and lasers based on a strained-InGaP quantum well grown on an indirect bandgap substrate |
| US6859477B2 (en) * | 2003-01-07 | 2005-02-22 | University Of Texas | Optoelectronic and electronic devices based on quantum dots having proximity-placed acceptor impurities, and methods therefor |
| US6878970B2 (en) * | 2003-04-17 | 2005-04-12 | Agilent Technologies, Inc. | Light-emitting device having element(s) for increasing the effective carrier capture cross-section of quantum wells |
| US6995389B2 (en) * | 2003-06-18 | 2006-02-07 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Heterostructures for III-nitride light emitting devices |
| US7224041B1 (en) * | 2003-09-30 | 2007-05-29 | The Regents Of The University Of California | Design and fabrication of 6.1-Å family semiconductor devices using semi-insulating A1Sb substrate |
| US6943381B2 (en) * | 2004-01-30 | 2005-09-13 | Lumileds Lighting U.S., Llc | III-nitride light-emitting devices with improved high-current efficiency |
-
2004
- 2004-09-17 FI FI20041213A patent/FI20041213A0/fi not_active Application Discontinuation
- 2004-10-13 FI FI20045387A patent/FI117529B/fi not_active IP Right Cessation
-
2005
- 2005-09-19 JP JP2007531781A patent/JP4961346B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2005-09-19 TW TW094132244A patent/TWI429153B/zh not_active IP Right Cessation
- 2005-09-19 WO PCT/FI2005/000394 patent/WO2006030064A1/en active Application Filing
- 2005-09-19 RU RU2007112506/28A patent/RU2376680C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2005-09-19 DE DE602005017676T patent/DE602005017676D1/de active Active
- 2005-09-19 EP EP07075739A patent/EP1903619B1/en not_active Not-in-force
- 2005-09-19 CN CNB2005800384049A patent/CN100470858C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2005-09-19 US US11/663,142 patent/US8053755B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2005-09-19 KR KR1020077008628A patent/KR101225675B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2005-09-19 AT AT07075739T patent/ATE448572T1/de not_active IP Right Cessation
- 2005-09-19 EP EP05789107A patent/EP1794815B1/en not_active Not-in-force
-
2007
- 2007-08-29 RU RU2007132477/28A patent/RU2431218C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-04-17 HK HK08104331.2A patent/HK1110147A1/xx not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4961346B2 (ja) | 2012-06-27 |
| FI20041213A0 (fi) | 2004-09-17 |
| TWI429153B (zh) | 2014-03-01 |
| HK1110147A1 (en) | 2008-07-04 |
| RU2007132477A (ru) | 2009-03-10 |
| KR20070062556A (ko) | 2007-06-15 |
| FI20045387A0 (fi) | 2004-10-13 |
| EP1794815A4 (en) | 2011-06-08 |
| US20080283818A1 (en) | 2008-11-20 |
| EP1794815A1 (en) | 2007-06-13 |
| US8053755B2 (en) | 2011-11-08 |
| JP2008513987A (ja) | 2008-05-01 |
| EP1903619B1 (en) | 2009-11-11 |
| RU2007112506A (ru) | 2008-10-27 |
| CN101057343A (zh) | 2007-10-17 |
| CN100470858C (zh) | 2009-03-18 |
| RU2431218C2 (ru) | 2011-10-10 |
| WO2006030064A1 (en) | 2006-03-23 |
| RU2376680C2 (ru) | 2009-12-20 |
| EP1794815B1 (en) | 2012-05-30 |
| TW200618430A (en) | 2006-06-01 |
| EP1903619A1 (en) | 2008-03-26 |
| FI20045387A (fi) | 2006-03-18 |
| ATE448572T1 (de) | 2009-11-15 |
| DE602005017676D1 (de) | 2009-12-24 |
| KR101225675B1 (ko) | 2013-01-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Milliwatt power deep ultraviolet light-emitting diodes over sapphire with emission at 278 nm | |
| EP1794815B1 (en) | Semiconductor heterostructure | |
| Pinos et al. | High current-induced degradation of AlGaN ultraviolet light emitting diodes | |
| Kipshidze et al. | AlGaInN-based ultraviolet light-emitting diodes grown on Si (111) | |
| Zakheim et al. | Efficiency droop suppression in InGaN‐based blue LEDs: Experiment and numerical modelling | |
| US10522717B2 (en) | Strained AlGaInP layers for efficient electron and hole blocking in light emitting devices | |
| KR20100099239A (ko) | 전류 확산층을 포함한 ｌｅｄ | |
| Meney et al. | Theory of optical gain in ideal GaN heterostructure lasers | |
| KR20160038629A (ko) | 자외선 발광소자 | |
| Khokhlev et al. | Polarization doping for III‐nitride optoelectronics | |
| Riuttanen et al. | Diffusion injection in a buried multiquantum well light-emitting diode structure | |
| GB2425652A (en) | A semiconductor light-emitting device | |
| KR102358403B1 (ko) | 발광 영역의 적어도 하나의 장벽층 내에 위치한 적어도 하나의 더 넓은 밴드갭 중간층을 포함하는 발광 다이오드 | |
| Rabinovich | AIIIBV heterostructure simulation and investigation | |
| Salhi et al. | High efficiency and high modal gain InAs/InGaAs/GaAs quantum dot lasers emitting at 1300 nm | |
| Lee et al. | InGaN-based ultraviolet emitting heterostructures with quaternary AlInGaN barriers | |
| WO2006074916A1 (en) | Group iii nitride light-emitting devices having a polarization-doped region | |
| Stein et al. | Room temperature InPSb/InAs and InPSb/InAs/InAsSb mid-infrared emitting diodes grown by MOVPE | |
| Pendem et al. | Droop-multimode trade-off in GaN-InGaN LEDs: Effect of polarization-matched AlInGaN blocking layers | |
| Cao et al. | Current and temperature dependent characteristics of deep-ultraviolet light-emitting diodes | |
| Liu et al. | Effects of modulation P-doping on thermal stability of InAs/GaAs quantum dot superluminescent diodes | |
| Komirenko et al. | Laterally doped heterostructures for III–N lasing devices | |
| US20150200328A1 (en) | Optoelectronic semiconductor body and optoelectronic semiconductor chip | |
| US20210066545A1 (en) | Strained algainp layers for efficient electron and hole blocking in light emitting devices | |
| Fischer et al. | Device performance of AlGaN-based 240-300-nm deep UV LEDs |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 117529 Country of ref document: FI |
|
| MM | Patent lapsed |