NL8701497A - Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van electromagnetische straling. - Google Patents
Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van electromagnetische straling. Download PDFInfo
- Publication number
- NL8701497A NL8701497A NL8701497A NL8701497A NL8701497A NL 8701497 A NL8701497 A NL 8701497A NL 8701497 A NL8701497 A NL 8701497A NL 8701497 A NL8701497 A NL 8701497A NL 8701497 A NL8701497 A NL 8701497A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor device
- radiation
- active layer
- injection
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 38
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 title claims description 9
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 40
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims description 15
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 8
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 241000282836 Camelus dromedarius Species 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- SKJCKYVIQGBWTN-UHFFFAOYSA-N (4-hydroxyphenyl) methanesulfonate Chemical compound CS(=O)(=O)OC1=CC=C(O)C=C1 SKJCKYVIQGBWTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 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
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002784 hot electron Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
-
- 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
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06203—Transistor-type lasers
-
- 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
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
- H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
-
- 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
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0261—Non-optical elements, e.g. laser driver components, heaters
-
- 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
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
-
- 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
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2232—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
4 PHN 12.169 1 * N.V. Philips Gloeilampenfabrieken "Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van electromagnetische « straling.
De uitvinding heeft betrekking op een halfgeleiderinrichting voor het opwekken van electromagnetische straling, met een halfgeleiderlichaam bevattende een straling emitterend element met een actieve laag, waarbij door injectie van hete 5 ladingsdragers electromagnetische straling in de actieve laag kan worden opgewekt, en een injectie-element waarin door lawinevermenigvuldiging de - genoemde hete ladingsdragers worden gegenereerd, waarbij het straling emitterend element en het injectie-element elk een éénkristallijne epitaxiale lagenstruktuur bevatten.
10 Een halfgeleiderinrichting zoals hierboven beschreven is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4631731, Fig. 6.
Halfgeleiderinrichtingen voor het opwekken van electromagnetische straling worden sinds een aantal jaren veelvuldig toegepast in verschillende gebieden van de techniek. Zij bevatten een 15 actief halfgeleidermaterlaai van het zogenaamde directe bandovergangstype met meestal één of meerdere straling emitterende pn-overgangen, en kunnen onderscheiden worden in inrichtingen, waarvan de straling niet coherent is en inrichtingen waarvan de straling coherent is. In het eerste geval spreekt men in het algemeen van LED's 20 (van "light emitting diode"), in het laatste geval van lasers.
De door de gebruikelijke halfgeleiderlasers uitgezonden straling heeft in het algemeen een golflengte van ongeveer 700 pm of groter. Er is echter een grote vraag naar lasers en LED's die straling met een kortere golflengte genereren. In het bijzonder is dit het geval 25 bij toepassing van deze inrichtingen voor het langs optische weg inlezen en/of uitlezen van informatie ("digital optical recording" of DOE).
De bereikbare informatiedichtheid neemt daarbij omgekeerd evenredig met het kwadraat van de golflengte van de gebruikte straling toe. Een verder voordeel is, dat bij kortere golflengten met eenvoudiger optiek kan 30 worden volstaan.
0m LED's of lasers voor dergelijke korte golflengten, van bijvoorbeeld groen tot ultraviolet, te maken moet men gebruik maken van 8701497
A
PHN 12.169 2 "directe" halfgeleidermaterialen met grote bandafstand. Het probleem is, dat dergelijke materialen zoals bijvoorbeeld galliumnitride, zinktelluride, cadmiumsulfide, zinksulfide enz. in de praktijk meestal óf alleen tot n-type óf alleen tot p-type gedoteerd kunnen worden.
5 Het is daarom vrijwel onmogelijk om met deze materialen LED's of lasers te realiseren door middel van injectie via een pn "homo"-overgang. Ook het injecteren via pn-hetero-overgangen is met deze halfgeleidermaterialen in de praktijk niet mogelijk aangezien er vrijwel geen "paren" van halfgeleidermaterialen bestaan die voldoen aan alle 10 noodzakelijke voorwaarden, te weten dat 1. Voldoend grote bandafstanden, waarbij het materiaal met de kleinste bandafstand tevens een "directe" halfgeleider is, beschikbaar zijn, 2. de mogelijkheid tot tegengesteld doteren van beide materialen aanwezig is, en 15 3. de roosteraanpassing tussen beide materialen voldoende goed is.
Men moet daarom zijn toevlucht nemen tot andere methoden van injectie van ladingsdragers. In het eerder genoemde Amerikaanse octrooischrift 4631731 wordt voorgesteld om tot dit doel in het LED-resp. lasermateriaal "hete" ladingsdragers, dat wil zeggen electronen of 20 gaten met een energie groter dan die welke overeenkomt met thermodynamisch evenwicht, te injecteren via een tussenliggende isolerende laag. Deze hete ladingsdragers worden geleverd door een halfgeleiderkathode die door de isolerende laag van het straling emitterende element is gescheiden.
25 Het is om verschillende redenen bijzonder moeilijk om een dergelijke inrichting te realiseren. In de eerste plaats zou een zéér dunne isolerende laag gebruikt moeten worden. De verboden bandbreedte van een isolator is namelijk zo groot dat de geïnjecteerde hete ladingsdragers niet of slechts met grote moeite over deze 30 energiedrempel heen kunnen komen. Verder zal mede in verband met het feit dat de struktuur niet éénkristallijn is, doch bestaat uit twee delen met elk een eigen kristalrooster, gescheiden door een niet kristallijne isolerende laèg de levensduur van de geïnjecteerde hete ladingsdragers kort zijn, waardoor de inrichting niet of althans niet 35 optimaal zal kunnen functioneren.
De uitvinding beoogt onder meer, een halfgeleiderinrichting te verschaffen waarbij de genoemde bezwaren zijn 8701 437 f PHN 12.169 3 vermeden of althans in belangrijke mate zijn verminderd.
De uitvinding berust onder meer op het inzicht, dat het gestelde doel kan worden bereikt door toepassing van een halfgeleiderstruktuur die geheel epitaxiaal is opgebouwd.
5 Volgens de uitvinding heeft een halfgeleiderinrichting van de in de aanhef beschreven soort het kenmerk, dat de lagenstrukturen van het straling emitterend element en van het injectie-element epitaxiaal op elkaar aansluiten, en de actieve laag met het injectie-element verbonden is door een halfgeleidende verbindingslaag 10 met een bandafstand die groter is dan die van de actieve laag en die van de aangrenzende laag van het injectie-element, waarbij de materialen van de actieve laag en de verbindingslaag zodanig zijn gekozen, dat aan hun grensvlak het onderste niveau van de geleidingsband in de actieve laag onder het onderste niveau van de geleidingsband in de verbindingslaag 15 ligt, en het bovenste niveau van de valentieband in de actieve laag boven het bovenste niveau van de valentieband in de verbindingslaag ligt.
Doordat de gehele lagenstruktuur van de halfgeleiderinrichting praktisch gezien één kristalrooster 20 vormt kan de levensduur van de door het injectie-element geïnjecteerde hete ladingsdragers op een aanvaardbaar niveau gehouden worden. Verder zal door de aanwezigheid van de epitaxiale verbindingslaag de injectie van ladingsdragers vanuit de actieve laag in het injectie-element worden verhinderd, hetgeen de werking van de inrichting zal verbeteren.
25 Volgens een eerste voorkeursuitvoering bevat het injectie-element een pn-overgang die in de bedrijfstoestand in de keerrichting staat en door lawinevermenigvuldiging binnen het injectie-element de genoemde hete ladingsdragers levert.
Het injectie-element kan gevormd worden door een 30 lawinediode van willekeurige struktuur, of door een zogenaamde "koude kathode". Volgens een verdere voorkeursuitvoering wordt het injectie-element gevormd door een lagenstruktuur die een "camel-diode" bevat.
Deze lagenstruktuur kan ook de vorm hebben van een hete electronen- of hete gatentransistor. "Camel-dioden" en hete ladingsdragertransistors 35 zijn beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4149174 en in het Britse octrooischrift 2056166, beide van Aanvraagster.
Een gunstig materiaal voor de vervaardiging van de 8701437
A
PHN 12.169 4 actieve laag van het straling emitterend element is galliumnitride. Dit is een halfgeleidermateriaal van het "directe" type met een bandafstand van 3,4 eV, dat dus straling met een golflengte van ongeveer 365 nm kan emitteren, welke golflengte gelegen is in het naburige ultraviolet.
5 Daarbij komt dat dit materiaal wat roosterconstante betreft redelijk goed past op silicium zodat een injectie-element dat een siliciumlagenstruktuur bevat zonder al te grote problemen epitaxiaal kan worden verbonden met een lagenstruktuur op basis van galliumnitride. Daarbij kan de verbindingslaag tussen beide lagenstrukturen met voordeel 10 bestaan uit aluminium-galliumnitride van de samenstelling.
AlxGai_xN.
Het is van belang dat de verbindingslaag niet alleen niet te dik, maar ook niet te dun is. Bij een te dunne verbindingslaag kan namelijk straling van de actieve laag 3 naar het injectie-element 15 weglekken en zodoende aanleiding geven tot optisch koppelingsverlies (optical coupling loss). Voor een verbindinglaag van aluminium-galliumnitride is daarom de dikte bij voorkeur ten minste 0,2 pm en ten hoogste 0,3 pm.
De uitvinding is van interesse zowel voor inrichtingen 20 (LED's) die niet-coherente straling uitzenden als voor lasers. Van bijzonder belang is de uitvinding echter in de vorm van een voorkeursuitvoering waarbij het straling emitterend element een halfgeleiderlaser is met een actieve laag die zich bevindt tussen de, als eerste opsluitlaag diendende, verbindingslaag en een tweede 25 opsluitlaag van hetzelfde geleidingstype als de verbindingslaag, welke tweede opsluitlaag verbonden is met een aansluitgeleider.
De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en de tekening, waarin
Figuur 1 schematisch in dwarsdoorsnede een 30 halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding toont,
Figuur 2 een energiediagram toont van de halfgeleiderinrichting van Figuur 1, over de lijn AB, in spanningsloze toestand,
Figuur 3 een energiediagram toont van de 35 halfgeleiderinrichting van Figuur 1 over de lijn AB in de bedrijfstoestand, en
Figuur 4 een dwarsdoorsnede van een andere 8701437 / PHN 12.169 5 uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding toont.
De figuren zijn zuiver schematisch, en niet op schaal getekend waarbij in het bijzonder de afmetingen in de dikterichting zijn overdreven. Overeenkomstige delen zijn in de regel met dezelfde verwijzingscijfers 5 aangeduid, en in de dwarsdoorsneden zijn in de regel halfgeleidergebieden van hetzelfde geleidingstype in dezelfde richting gearceerd.
Figuur 1 toont schematisch in dwarsdoorsnede een halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding voor het opwekken van 10 electromagnetische straling. De inrichting heeft een halfgeleiderlichaam 1 dat een straling emitterend element 2 bevat met een actieve laag 3, in dit voorbeeld bestaande uit n-type galliumnitride. In deze actieve laag 3 kan door injectie van "hete" gaten electromagnetische straling worden opgewekt. Alle lagen van de inrichting zijn <111> georiënteerd.
15 Deze hete gaten worden geleverd door een injectie-element 4, in dit voorbeeld gevormd door een siliciumlagenstruktuur, waarin door lawinevermenigvuldiging de genoemde hete gaten worden gegenereerd. Zowel het straling emitterende element 2 als het injectie-element 4 bevatten een <111> georiënteerde éénkristallijne epitaxiale lagenstruktuur.
20 Volgens de uitvinding sluiten de lagenstrukturen van het straling emitterende element 2 en van het injectie-element 4 epitaxiaal op elkaar aan. Daarbij is de actieve laag 3 met het injectie-element 4 verbonden door een halfgeleidende verbindingslaag 5 met een bandafstand (energy gap) die groter is dan die van de actieve laag 3 en ook groter 25 dan die van de aangrenzende laag 6 van het injectie-element 4. Bovendien zijn de materialen van de actieve laag 3 en de verbindingslaag 5 zó gekozen, dat (zie Fig. 2) aan hun grensvlak het onderste niveau (Ec) van de geleidingsband in de actieve laag 3 onder het onderste niveau van de geleidingsband in de verbindingslaag 5 ligt, en dat het bovenste 30 niveau (Ey) van de valentieband in de actieve laag 3 boven het bovenste niveau van de valentieband in de verbindingslaag 5 ligt.
In dit voorbeeld bestaat de verbindingslaag 5 uit n-type gallium-aluminiumnitride. Het injectie-element 4 bestaat in dit voorbeeld uit een hooggedoteerde p-type siliciumlaag 6, een n-type 35 siliciumlaag 7, een hooggedoteerde n-type siliciumlaag 8 en een in de laag 7 aangebrachte, ongeveer 2 pm brede strookvormige, loodrecht op het vlak van tekening verlopende, hooggedoteerde n-type zone 9. Verder is in 870 M37 t PHN 12.169 6 dit voorbeeld het straling emitterende element 2 als laser uitgevoerd en bevindt de actieve laag 3 zich tussen de als eerste opsluitlaag fungerende verbindingslaag 5 en een tweede opsluitlaag 10 van dezelfde samenstelling en hetzelfde geleidingstype als de laag 5. Deze tweede 5 opsluitlaag 10 is (via een hooggedoteerde n-type contactlaag 11 van galliumnitride) verbonden met een aansluitgeleider 12. Een andere aansluitgeleider 13 vormt een ohms contact met de laag 8. De actieve laag 3 is aan de uiteinden begrensd door evenwijdig aan het vlak van tekening lopende eindvlakken van het kristal, die als spiegelvlakken 10 dienst doen en zo een Fabry-Pérot resonatorholte vormen, waarbij de straling aan één der spiegelvlakken uittreedt in een richting loodrecht op het vlak van tekening. Een electrode 15 vormt via een p+ contactzone 16 een ohms contact op de laag 6.
In Figuur 2 is het energiediagram langs de lijn AB 15 weergegeven in spanningsloze toestand. Het is duidelijk dat wegens de energie-barrière "normale" gateninjectie vanuit de p-type siliciumlaag 6 in de n-type galliumnitridelaag 3 praktisch uitgesloten is.
In de bedrijfstoestand echter wordt aan de electrode 13 een zodanig hoge positieve spanning ten opzichte van de electrode 12 20 gelegd, dat nabij de pn-overgang 17 lawinevermenigvuldiging optreedt waardoor electron-gatparen gevormd worden met een hogere energie dan die welke overeenkomt met de temperatuur van het kristalrooster. Het energiediagram wordt dan ongeveer zoals weergegeven in Figuur 3. Vanuit de laag 6 worden "hete" gaten 20 over de barrière 5/6 heen in de laag 25 3 geïnjecteerd, terwijl vanuit de laag 10 electronen 21 in een strookvormig, in Fig. 1 schematisch met stippellijnen aangeduid actief gebied van de laag 3 geïnjecteerd worden. Bij voldoende injectie treedt dan in het actieve gebied van de laag 3 laserwerking op. De gaten 22 die onvoldoende energie hebben om de barrière 5/6 te passeren 30 moeten via de laag 6 lateraal worden afgevoerd, hetgeen kan geschieden via de electrode 15.
(Fig. 1).
In dit voorbeeld hebben de verschillende halfgeleiderlagen op de lijn AB de volgende samenstelling en dikte: 8701 Ί37 PHN 12.169 7 i
Laag Samenstelling Type Dotering Dikte (jm) at/cm3 58 Si N 5x1019 200 7 Si N 2x1016 6 6 Si P 4x1019 0,010 9 Si N 1018 2 5 ^0,25^0,7511 N '°18 °'25 10 3 GaN N 1017 0,2 10 »l0,25GaO,75N N 1°19 1 11 GaN N 1020 0,2
De beschreven inrichting kan worden vervaardigd door 15 toepassing van algemeen gebruikelijke epitaxiale aangroeitechnieken vanuit de vloeibare fase of vanuit de gasfase. Een uitgebreide literatuur staat hiertoe de vakman ter beschikking.
Zoals reeds eerder werd opgemerkt kunnen ook andere strukturen als injectie-element worden toegepast. Zo kan het injectie-20 element 4 bijvoorbeeld worden uitgevoerd als een "Camel-diode".
Van belang is het nog, op te merken dat in Figuur 1 slechts een schematische opbouw in de dikterichting van de halfgeleiderinrichting wordt aangegeven en dat met name het contacteren van de laag 6 op vele voor de vakman voor de hand liggende manieren kan 25 geschieden, bijvoorbeeld door middel van een mesastruktuur zoals schematisch aangegeven in Figuur 4, waarin de verwijzingscijfers overeenkomen met die in Figuur 1.
Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet beperkt is tot het beschreven uitvoeringsvoorbeeld en dat met name in plaats van de 30 hier genoemde materialen andere geschikte III-V of II-VI materialen gebruikt kunnen worden, waarbij in voorkomende gevallen het straling emitterende element uit p-type lagen in plaats van uit n-type lagen kan zijn opgebouwd. Verder kunnen de vereiste hete ladingsdragers ook door injectie-elementen met andere opbouw dan die, welke hier is beschreven 35 worden geleverd.
8701 497
Claims (7)
1. Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van electromagnetische straling, met een halfgeleiderlichaam bevattende een straling emitterend element met een actieve laag, waarbij door injectie van hete ladingsdragers in de actieve laag electromagnetische straling 5 kan worden opgewekt, en een injectie-element waarin door lawinevermenigvuldiging de genoemde hete ladingsdragers worden gegenereerd, waarbij het straling emitterende element en het injectie-element elk een éénkristallijne epitaxiale lagenstruktuur bevatten, met het kenmerk, dat de lagenstrukturen van het straling emitterende 10 element en van het injectie-element epitaxiaal op elkaar aansluiten, en de actieve laag met het injectie-element verbonden is door een halfgeleidende verbindingslaag met een bandafstand die groter is dan die van de actieve laag en die van de aangrenzende laag van het injectie-element, waarbij de materialen van de actieve laag en de verbindingslaag 15 zodanig zijn gekozen, dat aan hun grensvlak het onderste niveau van de geleidingsband in de actieve laag onder het onderste niveau van de geleidingsband in de verbindingslaag ligt, en het bovenste niveau van de valentieband in de actieve laag boven het bovenste niveau van de valentieband in de verbindingslaag ligt.
2. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het injectie-element een pn-overgang bevat die in de bedrijfstoestand in de keerrichting staat en door lawinevermenigvuldiging binnen het injectie-element de genoemde hete ladingsdragers levert.
3. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het injectie-element gevormd wordt door een lagenstruktuur die een camel-diode bevat.
4. Halfgeleiderinrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het straling emitterende element een 30 actieve laag van galliumnitride bevat en dat het injectie-element een silicium-lagenstruktuur bevat.
5. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de verbindingslaag uit aluminium-galliumnitride bestaat.
6. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 5, met het 35 kenmerk dat de verbindingslaag een dikte van ten minste 0,2 pm en ten hoogste 0,3 pm heeft.
7. Halfgeleiderinrichting volgens een der voorgaande 870 1 497 f 7 PHH 12.169 9 conclusies, met het kenmerk dat het straling emitterende element een halfgeleiderlaser is met een actieve laag die zich bevindt tussen de, als eerste opsluitlaag dienende, halfgeleidende verbindingslaag en een tweede opsluitlaag van dezelfde samenstelling en hetzelfde 5 geleidingstype als de verbindingslaag, die verbonden is met een aansluitgeleider. 8701 497
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8701497A NL8701497A (nl) | 1987-06-26 | 1987-06-26 | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van electromagnetische straling. |
| EP88201262A EP0297654A1 (en) | 1987-06-26 | 1988-06-17 | Semiconductor device for producing electromagnetic radiation |
| US07/209,446 US4903088A (en) | 1987-06-26 | 1988-06-20 | Semiconductor laser with large bandgap connection layer |
| KR1019880007587A KR890001232A (ko) | 1987-06-26 | 1988-06-23 | 반도체 장치 |
| JP15506388A JPH0695588B2 (ja) | 1987-06-26 | 1988-06-24 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8701497 | 1987-06-26 | ||
| NL8701497A NL8701497A (nl) | 1987-06-26 | 1987-06-26 | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van electromagnetische straling. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8701497A true NL8701497A (nl) | 1989-01-16 |
Family
ID=19850205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8701497A NL8701497A (nl) | 1987-06-26 | 1987-06-26 | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van electromagnetische straling. |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4903088A (nl) |
| EP (1) | EP0297654A1 (nl) |
| JP (1) | JPH0695588B2 (nl) |
| KR (1) | KR890001232A (nl) |
| NL (1) | NL8701497A (nl) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01108789A (ja) * | 1987-10-21 | 1989-04-26 | Sharp Corp | 面発光半導体レーザ素子 |
| US4894832A (en) * | 1988-09-15 | 1990-01-16 | North American Philips Corporation | Wide band gap semiconductor light emitting devices |
| US4987576A (en) * | 1988-11-30 | 1991-01-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrically tunable semiconductor laser with ridge waveguide |
| JP2650744B2 (ja) * | 1988-12-28 | 1997-09-03 | シャープ株式会社 | 発光ダイオード |
| EP0377940B1 (en) * | 1989-01-13 | 1994-11-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Compound semiconductor material and semiconductor element using the same and method of manufacturing the semiconductor element |
| JP2809691B2 (ja) * | 1989-04-28 | 1998-10-15 | 株式会社東芝 | 半導体レーザ |
| US5099301A (en) * | 1989-09-29 | 1992-03-24 | Yu Holding (Bvi), Inc. | Electroluminescent semiconductor device |
| FR2661566B1 (fr) * | 1990-04-25 | 1995-03-31 | Commissariat Energie Atomique | Laser compact a semi-conducteur du type a pompage electronique. |
| US5173751A (en) * | 1991-01-21 | 1992-12-22 | Pioneer Electronic Corporation | Semiconductor light emitting device |
| US5192987A (en) * | 1991-05-17 | 1993-03-09 | Apa Optics, Inc. | High electron mobility transistor with GaN/Alx Ga1-x N heterojunctions |
| JP3352712B2 (ja) * | 1991-12-18 | 2002-12-03 | 浩 天野 | 窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法 |
| DE4208560A1 (de) * | 1992-03-18 | 1993-09-23 | Joachim Dr Scheerer | Anregung von elektromagnetischer strahlung durch anlegen von elektrischer spannung an materialien und materialaufbau fuer ihre durchfuehrung |
| US5393993A (en) * | 1993-12-13 | 1995-02-28 | Cree Research, Inc. | Buffer structure between silicon carbide and gallium nitride and resulting semiconductor devices |
| US5583879A (en) * | 1994-04-20 | 1996-12-10 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Gallum nitride group compound semiconductor laser diode |
| US6005263A (en) * | 1995-03-27 | 1999-12-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Light emitter with lowered heterojunction interface barrier |
| US5739554A (en) * | 1995-05-08 | 1998-04-14 | Cree Research, Inc. | Double heterojunction light emitting diode with gallium nitride active layer |
| JPH0992882A (ja) * | 1995-09-25 | 1997-04-04 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体発光素子，及びその製造方法 |
| US5915164A (en) * | 1995-12-28 | 1999-06-22 | U.S. Philips Corporation | Methods of making high voltage GaN-A1N based semiconductor devices |
| US6020602A (en) * | 1996-09-10 | 2000-02-01 | Kabushiki Kaisha Toshba | GaN based optoelectronic device and method for manufacturing the same |
| US6316793B1 (en) * | 1998-06-12 | 2001-11-13 | Cree, Inc. | Nitride based transistors on semi-insulating silicon carbide substrates |
| US7112830B2 (en) | 2002-11-25 | 2006-09-26 | Apa Enterprises, Inc. | Super lattice modification of overlying transistor |
| JP2008227073A (ja) * | 2007-03-12 | 2008-09-25 | Rohm Co Ltd | 窒化物半導体積層構造の形成方法および窒化物半導体素子の製造方法 |
| US9425351B2 (en) * | 2014-10-06 | 2016-08-23 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Hybrid heterostructure light emitting devices |
| US9899556B2 (en) | 2015-09-14 | 2018-02-20 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Hybrid tandem solar cells with improved tunnel junction structures |
| US11804693B2 (en) * | 2020-03-18 | 2023-10-31 | Northrop Grumman Systems Corporation | Method and device for ultraviolet to long wave infrared multiband semiconducting single emitter |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1573309A (en) * | 1976-03-24 | 1980-08-20 | Mullard Ltd | Semiconductor devices and their manufacture |
| GB2056166B (en) * | 1979-08-08 | 1983-09-14 | Philips Electronic Associated | Hot-electron or hot-hole transistor |
| JPS57206083A (en) * | 1981-06-11 | 1982-12-17 | Sharp Corp | Semiconductor laser element |
| NL8300631A (nl) * | 1983-02-21 | 1984-09-17 | Philips Nv | Inrichting voor het opwekken van coherente straling. |
| GB2139422B (en) * | 1983-03-24 | 1987-06-03 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser and method of fabricating the same |
| US4620132A (en) * | 1983-04-01 | 1986-10-28 | At&T Bell Laboratories | Electron beam scannable LED display device |
| JPS62193192A (ja) * | 1986-02-19 | 1987-08-25 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JP2544378B2 (ja) * | 1987-03-25 | 1996-10-16 | 株式会社日立製作所 | 光半導体装置 |
-
1987
- 1987-06-26 NL NL8701497A patent/NL8701497A/nl not_active Application Discontinuation
-
1988
- 1988-06-17 EP EP88201262A patent/EP0297654A1/en not_active Withdrawn
- 1988-06-20 US US07/209,446 patent/US4903088A/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-06-23 KR KR1019880007587A patent/KR890001232A/ko not_active Application Discontinuation
- 1988-06-24 JP JP15506388A patent/JPH0695588B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4903088A (en) | 1990-02-20 |
| KR890001232A (ko) | 1989-03-20 |
| JPH0695588B2 (ja) | 1994-11-24 |
| EP0297654A1 (en) | 1989-01-04 |
| JPS6421991A (en) | 1989-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NL8701497A (nl) | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van electromagnetische straling. | |
| JP3539977B2 (ja) | 光電半導体構成素子 | |
| US6326646B1 (en) | Mounting technology for intersubband light emitters | |
| US5028563A (en) | Method for making low tuning rate single mode PbTe/PbEuSeTe buried heterostructure tunable diode lasers and arrays | |
| CA1128634A (en) | Semiconductor laser structure and manufacture | |
| JPS6384186A (ja) | トランスバ−ス・ジャンクション・ストライプ・レ−ザ | |
| Morishita et al. | Impedance characteristics of double-hetero structure laser diodes | |
| US5789772A (en) | Semi-insulating surface light emitting devices | |
| JPS59208889A (ja) | 半導体レ−ザ | |
| US4608694A (en) | Lead-europium selenide-telluride heterojunction semiconductor laser | |
| US5629232A (en) | Method of fabricating semiconductor light emitting devices | |
| EP0544968B1 (en) | Semiconductor laser diode deposited on a structured substrate surface | |
| JPS582077A (ja) | 半導体デバイス | |
| US6147365A (en) | Optoelectronic semiconductor component | |
| JP3604400B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| Harth et al. | Frequency response of GaAlAs light-emitting diodes | |
| EP0385668A2 (en) | Diode laser | |
| US5608234A (en) | Semi-insulating edge emitting light emitting diode | |
| US4334311A (en) | Transverse junction stripe semiconductor laser device | |
| US5119388A (en) | Low tuning rate PbTe/PbEuSeTe buried quantum well tunable diode lasers and arrays | |
| EP0406506A1 (en) | Opto-electronic light emitting semiconductor device | |
| US3576586A (en) | Variable area injection luminescent device | |
| Baranov et al. | Staggered-lineup heterojunctions in the system of GaSb InAs | |
| EP0080945A2 (en) | Optical semiconductor device | |
| JP3288480B2 (ja) | 半導体発光装置の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A1B | A search report has been drawn up | ||
| BV | The patent application has lapsed |