NL8301187A - Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektromagnetische straling. - Google Patents
Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektromagnetische straling. Download PDFInfo
- Publication number
- NL8301187A NL8301187A NL8301187A NL8301187A NL8301187A NL 8301187 A NL8301187 A NL 8301187A NL 8301187 A NL8301187 A NL 8301187A NL 8301187 A NL8301187 A NL 8301187A NL 8301187 A NL8301187 A NL 8301187A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor
- semiconductor material
- layers
- semiconductor device
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 48
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 title claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 46
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 claims description 17
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 15
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N aluminium arsenide Chemical compound [As]#[Al] MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- IHGSAQHSAGRWNI-UHFFFAOYSA-N 1-(4-bromophenyl)-2,2,2-trifluoroethanone Chemical compound FC(F)(F)C(=O)C1=CC=C(Br)C=C1 IHGSAQHSAGRWNI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 23
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 15
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 8
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 125000003748 selenium group Chemical group *[Se]* 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 2
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- -1 1.57 eV Chemical compound 0.000 description 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009918 complex formation Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910000154 gallium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- LWFNJDOYCSNXDO-UHFFFAOYSA-K gallium;phosphate Chemical compound [Ga+3].[O-]P([O-])([O-])=O LWFNJDOYCSNXDO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H01L33/0004—Devices characterised by their operation
- H01L33/002—Devices characterised by their operation having heterojunctions or graded gap
- H01L33/0025—Devices characterised by their operation having heterojunctions or graded gap comprising only AIIIBV compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/341—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
* I , i « PEN 10.639 1 N.v. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.
Halfgeleider inrichting voor het opwekken van elektromagnetisch straling.
De uitvinding betreft een halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektromagnetische straling in een actief half geleider gebied van een eerste materiaal, matrixmateriaal dat op een gestructureerde wijze is voorzien van een tweede materiaal.
5 Een halfgeleiderinrichting zoals hierboven beschreven is bekend uit de op 11 november 1982 gepubliceerde internationale (PCT) octrooiaanvrage 1082-03946.
Half geleider inrichtingen voor het opwekken van elktromagnetische straling warden op verschillende gebeden van de techniek toegepast. Zij 10 kunnen onderscheiden worden in inrichtingen waarvan de straling niet coherent is en zulke, waarvan de uitgezonden straling coherent is. In het eerste geval spreekt men meestal van LED's (van "light emitting diode"), in het laatste geval van lasers. De golflengte van de uitgezonden straling kan daarbij in het zichtbare gebied van het spectrum liggen, 15 doch ook bijvoorbeeld in het infrarode of ultraviolette gebied.
De door bekende half geleider lasers opgewekte straling heeft (in lucht) doorgaans een golflengte van 800 a 900 nanometer. Qn diverse redenen is het gewenst lasers te vervaardigen die straling met een kartere golflengte uitzenden. Zo is bijvoorbeeld bij het opslaan van 20 informatie in beeld- en geluidsdragers (VLP, DOR, compact disc) de benodigde hoeveelheid oppervlakte voor één bitinformatie omgekeerd evenredig met het kwadraat van de golflengte van de laser straling. Een halvering van deze golflengte biedt hier dus de mogelijkheid van een verviervoudiging van de informatiedichtheid. Ben bijkomend voordeel is dat bij 25 kartere golflgentes met eenvoudiger optiek kan warden volstaan.
Een praktische uitvoering van een LED die groen licht uitstraalt is bekend uit het tijdschriftartikel "An Experimental Study of High Efficiency GaP:N Green-Light-Emitting Diodes", verschenen in RCA. Review, Vol.33, Sept. 1972, pagina's 517-526. Hierin warden zowel 30 LED's beschreven waarbij de diode gevormd wordt door monokristallijn half gele idermateriaal bijvoorbeeld galliumfosfide als LED's waarbij he-tero-overgangen gevormd worden tussen galliumfosfide en allurninium-gallium-fosfide, waarbij het galliumfosfide zowel p-type als n-type kan zijn.
8301187 1« * <
HfN 10.639 2
Cm de quantumefficiency van dergelijke LED's te verhogen wordt het galliumfosf jde net stikstof gedoteerd. Het blijkt dat de quantunefficiency tot op zekere hoogte toeneemt met de hoeveelheid stikstofverontreinigingen. Een te grote hoeveelheid stikstof geeft echter 5 aanleiding tot roostervervorming in het galliumfosf 1de-door cornplex-vorming en daarmee een verlaging van de quantumefficiency. Daarnaast zal stikstof / dat zich verder van de pn-overgang bevindt/ de straling sterk absorberen, zodat de hoeveelheid werkelijk uitgezonden straling nog verder afneemt. Het zonder meer in galliumfosfide oplossen van 10 stikstof tot aan de oplosbaarheidsgrens is dan ook niet zinvol.
In de eerder genoerrde PCT-aanvrage WO82-03946 wordt een laserstruktuur beschreven waarin het actieve gebied bestaat uit een relatief groot aantal actieve lagen van een halfgeleidermateriaal met directe bandgap zoals galliumarsenide/ die gelegen zijn tussen, en onderling ge-15 scheiden- zijn door barrièrelagen van een halfgeleidermateriaal met indirecte bandgap, zoals aluminiumarsenide. Deze aktieve lagen en barriêre-lagen vormen tezamen een zogenoemd superrooster dat een effectieve band-afstand tussen die van GaAs (1,35 eV) en AlAs (2,30 eV) namelijk 1,57 eV vertoont, zodat de opgewekte straling een aanmerkelijk kortere golflengte 20 heeft dan bij het gebruik van een alleen uit galliumarsenide bestaande actieve laag het geval zou zijn.
Dit effect wordt bereikt door het optreden van het zogenoemde "quantum well" effect en van het superroostereffect. Het "quantum well" effect treedt op in het aktieve gebied wanneer een zeer dunne laag van 25 een tweede halfgeleidermateriaal is opgesloten tussen twee lagen van een eerste halfgeleidermateriaal met grotere bandafstand dan het tweede materiaal. Het heeft ten gevolge dat de effectieve bandafstand in de dunne laag van het tweede materiaal groter, en derhalve de golflengte van de opgewekte straling kleiner wordt. Het superroostereffect treedt 30 op als gevolg van de superrooster-structuur en resulteert in de conversie van "indirect" halfgeleidermateriaal tot met betrekking tot de bando-vergangen van ladingsdragers effectief "direct" halfgeleidermateriaal.
Dit verhoogt de stralingsovergangswaarschijnlijkheü van de ladingsdragers, zodat een hoge stralingsdichtheid kan worden bereikt. Voor een be-35 schrijving van het "quantum well" effect wordt verwezen naar onder meer "Quantum Well Heterostructure Lasers" van N. Holonyak et al., I.E.E.E. Journal of Quantum Electronics, Vol. GE-16, No. 2, febr. 1980, pagina's 170-186.
83 0 1 1 8 7 * * '......).
EHN 10.639 3
Bij het vervaardigen van dergelijke superrooster-structuren waarbij de dikte van de actieve lagen varieert tussen 2 nanometer en 50 nanometer en de dikte van de barriêrelagen tussen 1 en 20 nanometer varieert worden strenge eisen gesteld aan net name de periodiciteit 5 van de structuur.
De uitvinding beoogt onder neer een halfgeleiderinrichting voor IED's of lasers aan te geven waarbij,met name bij kamertemperatuur een zo hoog mogelijke stralingsdichtheid optreedt bij een gegeven strcansterkte.
10 Daarnaast stelt zij zich ten doel een laser van de bovengenoende structuur te verschaffen die straling met een zo klein mogelijke golflengte uitzendt.
Volgens de uitvinding heeft een halfgeleiderinrichting van de in de aanhef beschreven soort daartoe het kenmerk dat het tweede materiaal 15 in een draadvcrm of laagvormig is aangetracht waarbij de afmetingen van de draad respectievelijk de laag, gezien in een richting loodrecht op de draad respectievelik de laag ten hoogste gelijk is aan de dikte van twee monomoleculaire lagen van het tweede halfgeleidermateriaal en de afmeting in een langsrichting van de draad respectievelijk de laag ten-2o minste honderd maal de dikte van de draad respectievelijk de laag bedraagt.
De uitvinding berust onder meer op het inzicht dat de genoemde draden c.q. lagen voldoende dun zijn dat deze voor het omringende halfgeleidermateriaal als normale verontreinigingen kunnen worden be-25 schouwd, terwijl zij toch met moderne technieken als moleculaire bundel-epitaxie (M3E) of metallo-organische dampfaze-epitaxie ,op gestructureerde wijze kunnen warden aangebracht.
Daarnaast berust zij order meer op het inzicht dat in het geval de draden c.q. lagen bestaan uit halfgeleidermateriaal met een 3Q kleinere bandafstand dan het matrixmateriaaL er toch een quantum-put-achtig verstoringseffect optreedt. Bovendien kunnen hierbij zodanige materialen gekozen warden dat een goede roosteraanpsssing optreedt. De afmetingen in de langsrichting van de laag of draad zijn voldoende cm de aanwezigheid van gebonden toestanden te verzekeren.
35 Daarnaast berust de uitvinding op het inzicht dat in de ge noemde GaP :N-structuur van het bovengenoemde tijdschriftartikel goedgestructureerde lagen (draden) van stikstofatomen in het matrixmateriaal aan te brengen zijn zonder dat ccnplexvorming van het stikstof in het 8301187 PHN 10.639 4 eigenlijke matrixmateriaal optreedt. Dit wordt bereikt doordat de lagen (draden) bij betrekkelijk lage temperaturen wonden aangebracht en ook later geen warmtebehandeling plaatsvindt. In het matrixmateriaal treedt derhalve geen absorptie van de opgewekte elektromagnetische straling op.
5 Een halfgeleiderinrichthg volgens de uitvinding heeft verder het voordeel dat alleen aan de gestructureerde lagen of draden strenge eisen worden gesteld t.a.v. de afmetingen (ten hoogste 2 monomoleculaire lagen dik) terwijl de structuur niet nocdzakelijk periodiek hoeft te zijn.
Volgens een eerste voorkeursuitvoering bestaan het eerste en 10 tweede materiaal uit respectievelijk aluminiumarsenide en galliumarsenide. Een laser met een dergelijk actief halfgeleidergebied straalt rood (ca. 630 nm) licht uit (in lucht).
Volgens een tweede voorkeursuitvoering bestaan het eerste en tweede materiaal uit respectievelijk aluminiumfosfide en galliumfosfide.
15 Een laser met een dergelijk actief halfgeleidergebied straalt groen (ca. 540 nm) licht uit (in lucht).
In de beide genoemde gevallen treedt bovendien een goede roosteraanpassing van de beide.· materialen op. In de genoemde voorbeelden kcrnt de eis ten aanzien van de dikte respectievelijk de doorsnede van de 20 laag respectievelijk de draad erop neer dat deze ten hoogste 0,6 nanometer bedraagt.
Andere voorbeelden van een tweede materiaal in een matrix-materiaal met grotere bandafstand zijn bijvoorbeeld: indiumfosfide in galliumfosfide en indiumarsenide of galliumantimcon in galliumarsenide.
25 Naast lasers kunnen uit deze materialen ook LED's vervaardigd worden, die een hoge lichtopbrengst bij lage stroomsterkte hebben. Bovendien resulteert hier de vervorming van bet rooster, door een minder goede roosteraanpssing in een verhoogde bindingsenergie van de excitonen (gat-elektron-paren) zodat de overgangswaarschijnlijkheid van de elektro-30 magnetische straling wordt verhoogd.
Dit laatste (verhoging van de overgangswaarschijnlijkheid door verhoogde bindingsenergie van de excitonen) treedt ook op wanneer het tweede materiaal galliumnitride en het eerste galliumfosfide is, hoewel in dit geval het tweede materiaal een grotere bandaf stand heeft.
35 De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van enige uitvoeringsvoorbeelden, waarin:
Figuur 1 een schematisch aanzicht toont van een lichtemittererde diode (LED) volgens de uitvinding.
8301187 EHN 10.639 5
Figuur 2 schematisch een vergrote dwarsdoorsnede toont van een deel van de inrichting volgens Figuur 1.
Figuur 3 een variant toont van Figuur 2 gezien langs de lijn III-III in Figuur 4 waar het bovenaanzicht van een actieve laag 5 in een IED volgens de uitvinding wordt getoond.
Figuur 5 schematisch de energieniveaus toont in het actieve materiaal terwijl
Figuur 6 een laser toont volgens de uitvinding en Figuur 7 een variant toont op de inrichting van Figuur 6.
10 De figuren zijn schematisch en niet op schaal getekend, waar bij, ter wille van de duidelijkheid, in de dwarsdoorsneden in het bijzonder de afmetingen in de dikterichting sterk zijn overdreven.
Half gele ider zones van hetzelfde geleidingstype zijn in het algemeen in dezelfde richtng gearceerd; in de figuren zijn overeenkomstige delen 15 in de regel met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid.
De licht emitterende diode (LED) 1 van Figuur 1 bevat een + 2 n -substraat van galliumarsenide dat gedoteerd is met bijvoorbeeld 18 3 zwavel met een concentratie van circa 10 atcmen/cm . Op dit substraat is, bijvoorbeeld door moleculaire bundelepitaxie (MBE) of iretallo-orga-20 nische dampfase-epitaxie (MOVPE) de actieve laag 3, van het n-type aangebracht. Verder is de inrichting van Figuur 1 voorzien van een ring- j· vormige p -zone 4, welke bijvoorbeeld met behulp van een tweede epitaxie-stap na etsen in de gewenste vorm wordt verkregen. De zone 4 is ten behoeve van contactering voorzien van een metaallaag 5. Bet andere dicde-25 contact wordt verkregen door middel van een metaallaag 6 die het substraat contacteert.
De actieve laag 3 bestaat uit een matrixmateriaal 7, in dit voorbeeld aluminiumarsenide van het n-type, waarbij de n-type geleiding veroorzakende verontreinigingen tijdens de epitaxiale aangroeiing aan 30 het matrixmateriaal zijn toegeveegd.
Volgens de uitvinding (zie Figuur 2) is het materiaal 7 op gestructureerde wijze voorzien van een tweede materiaal. In dit voorbeeld zijn lagen 8 van galliumarsenide aangegroeid net een dikte van één moncttoleculaire laag galliumarsenide (ca. 0,3 nanometer). De laag is 35 bovendien tenminste 100 maal (ca. 30 nanometer) zo lang of breed. In het onderhavige voorbeeld bevat het matrixmateriaal 7 diverse lagen 8 die op een afstand van circa 10 ircaicmoleculaire laagdikten (ca. 30 nm) ven het aluminiumarsenide van elkaar liggen. Deze afstand is voldoende 8301187 PHN 10.639 6 groot dat de potentiaalverstoringen (gebonden toestanden) van twee verschillende lagen 8 elkaar niet beïnvloeden.
De lagen 8 hoeven niet het gehele oppervlak van het gebied 3 te beslaan maar.mogen als deellagen op verschillende hoogte worden aange-5 bracht, zoals getoond in Figuur 3 waar de lagen 8a, δ*5, 8C, 8^ in verschillende vlakken liggen en elkaar gedeeltelijk overlappen, (zie Figuur 4).
Figuur 5 toont een schematisch energiediagram van de laag 3 gezien langs de lijn V-V in Figuur 3. Ten gevolge van de aanwezigheid 10 van de laag 8 treedt een verstoring op in de bandstructuur van het matrixmateriaal 7 die een andere gedaante heeft dan in het geval van een quantum-put, zoals aangegeven door de punt-streeplijn 9. In dit laatste geval bevinden zich binnen de quantumrput een aantal discrete energie-niveaus voor gaten en elektronen waarbij stralingsreccmbinatie in hoofd-15 zaak vóórkant tussen het laagste niveau in de geleidingsband en het hoogste niveau van de valentieband van het materiaal, dat de quantum-put veroorzaakt (zie bijvoorbeeld "Quantum-Well Heterostructure Lasers door N. Holonyak Jr. et al., verschenen in IEEE Journal, of Quantum Electronics, Vol. GE-16, No. 2, februari 1980, pagina’s 170 e.v.), in 20 het bijzonder pagina’s 170-171). De recombinatie vindt daarbij plaats met een frequentie gelegen tussen die behorende bij de bandafstanden van de samenstellende materialen.
In de uitvoering volgens de uitvinding (een verstoring met een laagdikte van ten hoogste twee moncmoleculaire lagen) geldt de laag 8 25 praktisch als een verontreiniging. Gezien in de richting langs de lijn V-V kan de hierdoor geïntroduceerde verstoring quantummechanisch worden beschouwd als een synnetrische ondiepe potentiaalkuil, waarvoor men kan aantonen dat hierin slechts één energieniveau nabij de bovenkant van de kuil beschikbaar is. (zie bijvoorbeeld Landau en Lifshitz 30 "Quantum lyfechanics", 2nd Edition, Bergamon Press, 1965, pagina's 65-67, 109-110, 156). Door een laag 8 gebonden gaten of elektronen bezetten derhalve energieniveaus direct boven respectievelijk onder de valentieband respectievelijk de geleidingsband van het matrixmateriaal en vormen met respectievelijk elektronen en gaten gebonden excitonen. De bijhe-35 horende energie-afstand die een maat is voer de frequentie van de uitgestraalde elektro-magnetische straling is in Figuur 5 weergegeven met het verwijzingscijfer 10.
De laag 8 gedraagt zich als een zogenaamd "iso-elektronisch 8301187 EEN 10.639 7 vlak" d.w.z. als een laag van verontreinigingen die zich als iso-elektro-nische stralingscentra manifesteren. Dergelijke centra worden ge voord door verontreinigingen die de karakteristieke eigenschap vertonen een elektron en een gat (een zogenaand exciton) te birden met een eindige S energie, zonder zelf een netto lading dan wel uitsluitend een elektron of een gat te kunnen birden.
Door de hoge birdingsenergie, in dit geval afkomstig uit de energieniveaus van de symmetrische potentiaalkuil is nu recombinatie mogelijk in de laag van galliumarsenide net een frequentie fcehorerd bij 10 een energie die vrijwel gelijk is aan de energie-afstand in het aluminium-arsenide. Op deze wijze wordt straling met een kleinere golflengte verkregen dan in het eigenlijke materiaal van de laag 8mogelijk is.
Door de genoemde hoge birdingsenergie vertonen de excitonen ook een grote stabiliteit, welke samen met de hoge dichtheid in één iso-15 elektronische laag de kans op stralingsrecombinatie met de frequentie behorend bij de genoemde birdingsenergie met name bij kamertemperatuur aanzienlijk verhoogt, De excitonen blijven als het ware aan de laag gebonden. Dit geeft een hoge stralingsdichtheid langs de laag die niet verstoord wordt door verliezen elders in het materiaal omdat de straling 20 hoofdzakelijk langs de laag wordt opgewekt, terwijl bovendien het aluminiumarsenide praktisch geen recombinatiecentra bevat. Ook treden in het onderhavige voorbeeld geen stralings ver liezen op aan rooster-defecten doordat aluminiumarsenide en galliumarsenide praktisch dezelfde roosterconstante bezitten. Ditzelfde voorbeeld geldt ook voor lagen of 25 draden van galliumfosfide in aluminiumfosfide. LED's met een dergelijke actieve laag-s truc tuur hebben derhalve de voordelen van een kleinere golflengte, hogere efficiency terwijl bovendien de levensduur groter is.
Bij lagen van galliumfosfide in iidiumfosfide of van galliumarsenide in indiumarsenide of in gallium-antimoon treden verschillen 30 in roosterconstanten op. Hierdoor zouden recombinatiecentra geïntroduceerd kunnen worden; hef is echter bekend dat in zeer dunne lagen (ca. 10 moncmoleculaire lagen) de roostervervorming elastisch wordt opgevangen zonder aanleiding te geven tot recombinatiecentra. (zie; Continuous 300 K-Laser operation of strained Superlattices, door M.J. Ludowise et al, 35 Appl. Phys.Lett. 42 (6), 15 maart 1983, pagina 487). Wel word: tegelijkertijd de birdingsenergie van de excitonen aanzienlijk verhoogd, zodat deze een grotere stabiliteit vertonen.
Een soortgelijk voordeel geldt bij het aanbrengen van lagen of 830 1 1 8 7 PHN 10.639 8 draden van galliumnitride in galliumfosfide, waarbij weliswaar het matrixmateriaal een kleinere bandafstand heeft dan het tweede materiaal maar door het gestructureerde aanbrengen een hogere netto-excitonen-dichtheid in galliumfosfide kan worden verkregen, nl. op iso-elektronische 5 vlakken c.q. draden, dan volgens de bekende methoden.Doordat bovendien in het matrixmateriaal zelf nu geen ongewenste recombinatiecentra aanwezig zijn is hiermee een LED verkregen met een hogere opbrengst.
De inrichting van Figuur 6 toont een halfgeleiderlaser 11 opgebouw uit een substraat 12 van hooggedoteerd n-type galliumarsenide 10 (GaAs) waarop verschillende lagen zijn aangegroeid met behulp van moleculaire bundelepitaxie of metallo-organische dampfase-epi taxie.
Het substraat 12 heeft bijvoorbeeld een dikte van 200 micrometer en 18 3 is gedoteerd met ca. 5.10 seleenatomen/cm . Hierop zijn respectievelijk een laag 13 van hooggedoteerd n-type galliumarsenide (GaAs) net een dikte 18 3 15 van ca. 0,5 micrometer en een dotering van 3.10 seleenatomen/cm , een 18 laag 14 van hooggedoteerd n-type Gan « Al As (ca. 1,5 10 seleen-
2 U f ö 0 f A
atomen/cm-3) met een dikte van ca. 0,5 micrometer en een n-type laag 15 van aluminiumarsenide met een dikte van 1,5 micrometer en een dotering 16 3 van 8.10 seleenatomen/cm aangegroeid.
20 Hierop is de actieve laag 16 aangebracht met een dikte van circa 50 nanometer. Deze laag bestaat uit een matrixmateriaal van aluminiumarsenide, waarin op gestructureerde wijze een of meer lagen van galliumarsenide zijn aangebracht analoog aan de opbouw van de actieve laag 3 van de LED zoals beschreven aan de hand van de figuren 1 t/m 4.
25 De laser 11 bevat verder een met zink gedoteerde 1,5 microneter dikke p-type laag 17 van aluminiumarsenide met een dotering van circa 17 3 3.10 atomen/cm en een hooggedoteerde p-type contactlaag 18 met een 19 3 dotering van circa 1.10 atomen/cm en een dikte van 0,1 micrometer.
Verder is de laser 11 voorzien van metaalcontacten 19 en 20 ten 30 behoeve van stroominjectie. Bij het overschrijden van een zekere drempel-stroom zal de laser 11 elektromagnetische straling uitzenden in een richting loodrecht op het vlak van de tekening.
In de inrichting van Figuur 6 wordt de breedte van het aktieve gebied beperkt tot bijvoorbeeld 6 micrometer door met de elektrode 20 als 35 masker een protonenbombardement uit te voeren dat zich uitstrekt tot het gebied begrensd door de streeplijn 21. Hierdoor wordt het gebied 16 voor een groot deel inactief gemaakt en vindt de laserwerking alleen in een smalle strook plaats.
8301187 Λ - r EHN 10.639 9
Hetzelfde kan bereikt worden door met de elektrode 20 als masker een gedeelte van de lagenstruktuur weg te etsen. In dat geval wordt een inrichting verkregen zoals schematisch is weergegeven in Figuur 7, waarbij de verwijzingscijfers dezelfde betekenis hebben 5 als in Figuur 6. De geëtste holte wordt gewoonlijk later weer opgevuld met een geschikt beschemingsmateriaal.
Het spreekt vanzelf dat de uitvinding niet beperkt is tot de hierboven getoonde voorbeelden maar dat voor de vakman binnen het kader van de uitvinding diverse variaties mogelijk zijn. Zo kan men 10 voor de actieve laag diverse andere combinaties van materialen kiezen die dan bijvoorbeeld straling met een grotere golflengte uistralen.
Voor het matrixmateriaal kan bijvoorbeeld indiumfosfide worden gekozen en voor de lagen indiumantimonide of indiumarsenide. Ook kunnen geschikt gekozen terraire of quaternaire verbindingen worden gebruikt. Daarnaast 15 kunnen zoals reeds genoemd in plaats van laagstructuren draadvormige structuren worden aangebracht.
Daarnaast kan in plaats van stroaninjectie elektroneninjectie worden toegepast, bijvoorbeeld wanneer een laag van een van de bovengenoemde samenstellingen wordt gebruikt in een inrichting zoals 20 beschreven in de Nederlandse Octrooiaanvrage No. 8300631 van Aanvraagster.
25 30 1 8301187
Claims (10)
1. Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektromagnetische straling in een actief gebied van een eerste halfgeleidermateriaal dat op een gestructureerde wijze voorzien is van een tweede halfgeleider-materiaal met het kenmerk dat het tweede halfgeleidermateriaal in een B draadvorm of laagvormig is aangebracht waarbij de dikte van de draad respectievelijk de laag gezien in een richting loodrecht op de draad respectievelijk de laag ten hoogste gelijk is aan de dikte van twee mono-moleculaire lagen van het tweede halfgeleidermateriaal en de afmeting in een langsrichting van de draad respectievelijk de laag tenminste honderd 10 maal de dikte van de draad respectievelijk de laag bedraagt.
2. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk dat het eerste halfgeleidermateriaal een grotere bandafstand bezit dan het tweede materiaal.
3. Halfgeleiderinrichitng volgens conclusie 2 met het kenmerk 15 dat de structuur van het tweede halfgeleidermateriaal meerdere draden of lagen bevat met een onderlinge afstand groter dan de dikte van acht monomoleculaire lagen van het eerste halfgeleidermateriaal.
4. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 2 met het kenmerk dat het eerste halfgeleidermateriaal uit aluminiumarsenide en het 20 tweede halfgeleidermateriaal uit galliumarsenide bestaat.
5. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 2 met het kenmerk dat het eerste halfgeleidermateriaal uit aluminiumfosfide en het tweede halfgeleidermateriaal uit galliumfosfide bestaat.
6. Halfgeleiderinrichitng volgens conclusie 4 of 5 met het 25 kenmerk dat de dikte van de laag of de doorsnede van de draad ten hoogste 0,6 nanometer bedraagt.
7. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk dat het eerste halfgeleidermateriaal uit galliumfosfide en het tweede halfgeleidermateriaal uit galliumnitride bestaat.
8. Lichtemitterende diode volgens êên der vorige conclusies met het kenmerk dat zich een emitterende pn-overgang bevindt tussen het actieve halfgeleidergebied dat een eerste geleidings-type bezit en een tweede halfgeleiderzone met een tweede aan h t eerste tegengesteld 35 geleidingstype.
9. Lichtemitterende diode volgens conclusie 8 met het kenmerk dat de actieve laag is aangebracht op een laag van het tweede geleidingstype en de pn-overgang verder wordt gevormd door een ringvormig door de actie- 830 1 1 8 7 PHN 10.639 11 ve laag heen verzonken gebied van bet tweede geleidingstype.
9 s PHN 10.639 10
10. Halfgeleiderlaser volgens één der conclusies 1 t/m 7 net het kenmerk dat het actieve half gele Mergebied laagvormig is en zich bevindt tussen enerzijds meerdeie halfgeleiderlagen van een eerste ge-5 leidingstype en anderzijds meerdere halfgeleiderlagen van een tweede aan het eerste tegengesteld geleidingstype. 10 15 20 25 30 35 8301187
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL8301187A NL8301187A (nl) | 1983-04-05 | 1983-04-05 | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektromagnetische straling. |
DE19843411191 DE3411191A1 (de) | 1983-04-05 | 1984-03-27 | Halbleiteranordnung zum erzeugen elektromagnetischer strahlung |
GB08408481A GB2137812A (en) | 1983-04-05 | 1984-04-02 | Semiconductor Device for Producing Electromagnetic Radiation |
JP59065286A JPS59186386A (ja) | 1983-04-05 | 1984-04-03 | 半導体装置 |
FR8405233A FR2544133A1 (fr) | 1983-04-05 | 1984-04-03 | Dispositif semi-conducteur servant a engendrer du rayonnement electromagnetique |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL8301187 | 1983-04-05 | ||
NL8301187A NL8301187A (nl) | 1983-04-05 | 1983-04-05 | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektromagnetische straling. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL8301187A true NL8301187A (nl) | 1984-11-01 |
Family
ID=19841652
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL8301187A NL8301187A (nl) | 1983-04-05 | 1983-04-05 | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektromagnetische straling. |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59186386A (nl) |
DE (1) | DE3411191A1 (nl) |
FR (1) | FR2544133A1 (nl) |
GB (1) | GB2137812A (nl) |
NL (1) | NL8301187A (nl) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61137383A (ja) * | 1984-12-07 | 1986-06-25 | Sharp Corp | 光半導体装置 |
JPS61244086A (ja) * | 1985-04-22 | 1986-10-30 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
DE3716191A1 (de) * | 1986-05-15 | 1987-11-19 | Canon Kk | Halbleiterlaser-anordnung |
DE3727546A1 (de) * | 1987-08-18 | 1989-03-02 | Siemens Ag | Lichtverstaerker mit ringfoermig gefuehrter strahlung, insbesondere ringlaser-diode |
DE3802404A1 (de) * | 1988-01-28 | 1989-08-03 | Licentia Gmbh | Halbleiterlaser |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4213805A (en) * | 1973-05-28 | 1980-07-22 | Hitachi, Ltd. | Liquid phase epitaxy method of forming a filimentary laser device |
US4188244A (en) * | 1975-04-10 | 1980-02-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of making a semiconductor light-emitting device utilizing low-temperature vapor-phase deposition |
US4205329A (en) * | 1976-03-29 | 1980-05-27 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Periodic monolayer semiconductor structures grown by molecular beam epitaxy |
US4103312A (en) * | 1977-06-09 | 1978-07-25 | International Business Machines Corporation | Semiconductor memory devices |
US4261771A (en) * | 1979-10-31 | 1981-04-14 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Method of fabricating periodic monolayer semiconductor structures by molecular beam epitaxy |
-
1983
- 1983-04-05 NL NL8301187A patent/NL8301187A/nl not_active Application Discontinuation
-
1984
- 1984-03-27 DE DE19843411191 patent/DE3411191A1/de not_active Withdrawn
- 1984-04-02 GB GB08408481A patent/GB2137812A/en not_active Withdrawn
- 1984-04-03 JP JP59065286A patent/JPS59186386A/ja active Pending
- 1984-04-03 FR FR8405233A patent/FR2544133A1/fr not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2544133A1 (fr) | 1984-10-12 |
GB8408481D0 (en) | 1984-05-10 |
JPS59186386A (ja) | 1984-10-23 |
GB2137812A (en) | 1984-10-10 |
DE3411191A1 (de) | 1984-10-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0359329B1 (en) | Wide band gap semiconductor light-emitting devices | |
US4644378A (en) | Semiconductor device for generating electromagnetic radiation | |
US4644553A (en) | Semiconductor laser with lateral injection | |
US4570172A (en) | Light emitting diode with surface emission | |
JP3643665B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
JPH0695588B2 (ja) | 半導体装置 | |
US4365260A (en) | Semiconductor light emitting device with quantum well active region of indirect bandgap semiconductor material | |
US4243996A (en) | Electroluminescent semiconductor device | |
JPH11509047A (ja) | 放射放出半導体ダイオード及びその製造方法 | |
US5812574A (en) | Quantum optical semiconductor device producing output optical emission with sharply defined spectrum | |
NL8301187A (nl) | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektromagnetische straling. | |
EP0610893A2 (en) | Laser diode | |
US4296425A (en) | Luminescent diode having multiple hetero junctions | |
US5250814A (en) | Semiconductor light-emitting devices | |
JP3146710B2 (ja) | 発光素子 | |
US4270094A (en) | Semiconductor light emitting device | |
DE19963550A1 (de) | Bipolare Beleuchtungsquelle aus einem einseitig kontaktierten, selbstbündelnden Halbleiterkörper | |
JP3014340B2 (ja) | 量子波干渉層を有したダイオード | |
JPH0325032B2 (nl) | ||
US20060023763A1 (en) | Semiconductor lasers with hybrid materials systems | |
US5084748A (en) | Semiconductor optical memory having a low switching voltage | |
JPH0479273A (ja) | 光伝送電気信号増幅デバイス | |
JPH0632343B2 (ja) | 半導体レ−ザ | |
JPH03265124A (ja) | 原子層ドープ半導体構造体 | |
JPH10209572A (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A1B | A search report has been drawn up | ||
A85 | Still pending on 85-01-01 | ||
BV | The patent application has lapsed |