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Dokumentenidentifikation DE19532204A1 14.03.1996
Titel Halbleiterheteroübergangsmaterial
Anmelder Showa Denko K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Horikawa, Shunji, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter Manitz, Finsterwald & Partner, 80538 München
DE-Anmeldedatum 31.08.1995
DE-Aktenzeichen 19532204
Offenlegungstag 14.03.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.03.1996
IPC-Hauptklasse H01L 29/205
IPC-Nebenklasse H01S 3/19   
Zusammenfassung Ein Halbleiterheteroübergangsmaterial mit einem Heteroübergang, der durch aufeinanderfolgendes Überlagern erster, mittlerer und dritter Schichten von Halbleitern konfiguriert ist, wobei einige oder alle Bestandteilelemente der ersten und dritten Schichten unterschiedlich sind und die mittlere Schicht alle Elemente enthält, die in den ersten und dritten Schichten enthalten sind.

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Halbleiterheteroübergangsmaterial, das in optischen Vorrichtungen, FET-Transistoren und dergleichen verwendbar ist, und insbesondere ein Halbleiterheteroübergangsmaterial einer Zusammensetzung, die dessen elektrische Eigenschaften steigern.

Beschreibung des Standes der Technik

Halbleiterheteroübergangsmaterialien, die durch Verbinden unterschiedlicher Halbleitertypen gebildet sind, werden in optischen Vorrichtungen, wie Licht emittierenden Dioden (LEDs) und elektronischen Vorrichtungen, wie Hochmobilitäts-Feldeffekttransistoren verwendet. Die Hochmobilitäts-Feldeffekttransistoren verwenden die zweidimensionalen Elektronen, welche an der Heteroübergangsgrenzfläche zwischen zwei Halbleitern, wie GaAS und AlGaAs auftreten. Die Eigenschaften des Transistors werden durch die hohe Elektronenmobilität gesteigert, die durch die zweidimensionalen Elektronen erzeugt wird. Viele der ausgezeichneten Eigenschaften, die durch den Heteroübergang gezeigt werden, werden durch diese Grenzflächeneigenschaften des Heteroübergangsmaterials erzeugt, und die Eigenschaften einer Vorrichtung, die das Heteroübergangsmaterial verwendet, werden durch die Grenzflächeneigenschaften beeinflußt.

Heteroübergangsmaterialien werden nicht nur in elektronischen Vorrichtungen, sondern auch in LEDs, Laserdioden (LDs) und anderen optischen Vorrichtungen verwendet, die aus Verbundhalbleitermaterialien gebildet werden. Die Verbundhalbleitermaterialien, die zur Bildung der Heteroübergänge verwendet werden, die in diesen Verbundhalbleitervorrichtungen verwendet werden, umfassen beispielsweise AlGaAs, GaInP, AlInP und AlGaInP. Beispielsweise wird eine Heteroübergangskonfiguration, die aus GaInP und AlGaInP besteht, als ein Heteroübergangsmaterial für eine Kurzwellen-LED verwendet (J.F. Lin et al., Electron. Lett., 29 (1993), 1346).

In den Heteroübergängen, die in LEDs verwendet werden, die rotes, oranges, gelbes oder grünes Licht emittieren, sind die Schichten, die den Übergang bilden, herkömmlich aus Drei- oder Vier-Element-Mischkristallen gebildet worden, die aus einer Kombination von Al, Ga und/oder In hergestellt sind, die in Gruppe III des Periodensystems der Elemente fallen, wobei P und/oder As in Gruppe V des gleichen Systems fallen.

Wenn die Heteroübergangskonfigurationen nach dem Stand der Technik für LEDs unter Elektronikgesichtspunkten betrachtet werden, wird herausgefunden, daß der Unterschied in der Energiebandstruktur zwischen den Halbleitern, die den Übergang bilden, wegen einer Diskontinuität des Leitungsbandes und des Valenzbandes eine Heterobarriere an der Übergangsgrenzfläche erzeugt. Wenn beispielsweise, wie in Fig. 1 gezeigt, ein Heteroübergang aus GaAs 101 mit p-Typ-Leitfähigkeit und AlGaInP 102, ebenso mit p-Typ-Leitfähigkeit, gebildet wird, bildet die Diskontinuität des Valenzbandes 106 an der Heteroübergangsgrenzfläche 104 eine dornartige Potentialbarriere (Heterobarriere) 103 in dem Valenzband. Das Leitungsband ist mit 105 bezeichnet. Diese Heterobarriere wirkt als eine Barriere gegen eine Bewegung der Locher, welche die Träger des p-Typ-Halbleiters sind. Die Heterobarriere verhindert somit einen Stromdurchgang hindurch und ist daher eine Hauptursache vergrößerten elektrischen Widerstandes.

Ein ähnliches Phänomen tritt in einem Heteroübergang auf, der aus zwei Halbleitern mit n-Typ-Leitfähigkeit gebildet ist. In diesem Fall tritt die Heterobarriere im Leitungsband auf und wirkt als eine Barriere gegen eine Bewegung der Elektronen, die die Träger des n-Typ-Halbleiters sind.

Um eine Lichtemission von einer LED zu erhalten, wird eine Spannung zwischen den Vorrichtungselektroden in der Vorwärtsrichtung über einem LED-Material, wie einem Heteroübergangsmaterial, angelegt. Das heißt, Spannung wird angelegt, um die p-Typ-Elektrode, die auf einem p-Typ-Halbleiter ausgebildet ist, positiv auf zuladen, und um die n-Typ-Elektrode, die auf einem n-Typ-Halbleiter ausgebildet ist, negativ aufzuladen. Auf diese Weise wird gewöhnlich Strom durch den Heteroübergang einer LED geleitet. Aus dem vorhergehenden Grund erscheint daher die Wirkung der Heterobarriere in einer LED mit einem Heteroübergang als eine Zunahme der Vorwärtsspannung.

Zum Wahrnehmen einer LED mit geringem Leistungsverbrauch und hoher Zuverlässigkeit ist es notwendig, die Vorwärtsspannung zu verringern. Dies ist so, weil eine Verringerung in der Vorwärtsspannung, die für einen Durchfluß eines gegebenen Strombetrages erforderlich ist, den Leistungsverbrauch verringert und gleichzeitig eine Beeinträchtigung der Vorrichtung durch Verringern der Last auf der LED reduziert.

Im Stand der Technik wird der durch die Heterobarriere erzeugte elektrische Widerstand verringert, indem an der Übergangsgrenzfläche eine Zwischen- (Mittel-) Schicht eingesetzt wird, die aus einem Halbleiter besteht, dessen Bandabstand eine Größe aufweist, die mitten zwischen jene der zwei Typen von Halbleitern fällt, die den Heteroübergang bilden. Im Fall des zuvor erwähnten Heteroübergangs, der beispielsweise aus p-Typ-GaAs und p-Typ-AlGaInP gebildet wird, ist die Praxis, daß an dem Übergang eine mittlere Schicht eingesetzt wird, die aus p-Typ-GaInP besteht, deren Bandabstand eine Größe aufweist, die zwischen jene von GaAs und AlGaInP fällt (K., Itaya et al., Jpn. J. Appl. Phys., 32 (1993), 1919). In diesem Fall wird die Energiebandstruktur an dem Übergang wie in Fig. 2 gezeigt. Wie in Fig. 2 gezeigt, werden, wenn eine aus GaInP bestehende Mittelschicht 107 eingesetzt wird, Heterobarrieren 103 sowohl an der Heteroübergangsgrenzfläche 104 zwischen der p-Typ-GaAs-Schicht 101 und der mittleren Schicht 107 als auch an der Heteroübergangsgrenzfläche 104 zwischen der mittleren Schicht 107 und der p-Typ-AlGaInP-Schicht 102 gebildet. Die Größe jeder Heterobarriere 103 ist kleiner, als es der Fall wäre, wenn die Mittelschicht 107 nicht eingesetzt wäre. Dieses Verfahren ermöglicht somit, daß der elektrische Widerstand des Heteroübergangsmaterials auf irgendeinen Grad verringert wird.

Da das Verfahren nach dem Stand der Technik dazu führt, daß Heterobarrieren an zwei Stellen vorhanden sind, ist jedoch die Verringerung des elektrischen Widerstandes unzureichend. Eine weitere Verringerung des elektrischen Widerstandes des Heteroübergangs ist daher notwendig, um eine Hochleistungs- LED mit einem Heteroübergangsmaterial zu erhalten.

In dieser Hinsicht ersichtlich, daß der elektrische Widerstand weiter reduziert werden kann, wenn die Heterobarriere unterteilt wird, indem eine Anzahl von mittleren Schichten eingesetzt wird, die aus Halbleitern bestehen mit Bandabstandsgrößen, die sich voneinander unterscheiden aber zwischen jene der den Heteroübergang bildenden zwei Halbleitertypen fallen, und indem diese mittleren Schichten in der Reihenfolge ihrer Bandabstandsgrößen angeordnet werden. In der Praxis ist es jedoch nicht leicht, eine Kombination von Halbleitern mit geeigneten Bandabständen zu finden.

Die Aufgabe dieser Erfindung ist daher, ein Halbleiterheteroübergangsmaterial auf der Basis einer neuen Heteroübergangskonfiguration zu schaffen, das, in der Lage ist, die große elektrische Widerstandskomponente zu verringern, die in der Strom-Spannungs-Charakteristik eines Heteroübergangsmaterials erscheint.

Zusammenfassung der Erfingdung

Diese Erfindung erreicht diese Aufgabe, indem ein Halbleiterheteroübergangsmaterial mit einem Heteroübergang versehen ist, der durch aufeinanderfolgendes Überlagern erster, mittlerer und dritter Schichten von Halbleitern konfiguriert ist, wobei einige oder alle Bestandteilelemente der ersten und dritten Schichten unterschiedlich sind, und die mittlere Schicht alle Elemente enthält, die in den ersten und dritten Schichten enthalten sind. Genauer besteht das Halbleiterheteroübergangsmaterial gemäß dieser Erfindung darin, eine mittlere Schicht aus AlGaInPAs in einem Heteroübergang vorzusehen, der aus GaAs und AlGaInP, GaAs und AlInP, AlGaAs und AlGaInP oder AlGaAs und AlInP gebildet ist.

Wenn die mittlere Schicht auf diese Weise als eine Schicht gebildet wird, die alle Bestandteilelemente der Halbleiter enthält, die die Heteroübergangskonfiguration bilden, kann der Bandabstand des Halbleiters, der die mittlere Schicht bildet, auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, der zwischen die Bandabstände der anderen zwei Halbleitertypen, die den Heteroübergang bilden, fällt. Infolgedessen kann eine Zunahme des durch die Heterobarriere erzeugten elektrischen Widerstandes unterdrückt werden.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm, das die Energiebandstruktur eines gewöhnlichen Halbleiterheteroübergangs zeigt,

Fig. 2 ein Diagramm, das die Energiebandstruktur eines verbesserten Halbleiterheteroübergangs nach dem Stand der Technik zeigt,

Fig. 3 eine Ansicht zur Erläuterung der Struktur eines Halbleiterheteroübergangs gemäß der Erfindung,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels der Energiebandstruktur des Halbleiterheteroübergangs gemäß der Erfindung,

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung eines anderen Beispiels der Energiebandstruktur des Halbieiterheteroübergangs gemäß der Erfindung,

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer LED mit einem Halbleiterheteroübergangsmaterial, welche ein erstes Arbeitsbeispiel der Erfindung ist,

Fig. 7 eine schematische Ansicht einer LED mit einem Halbleiterheteroübergangsmaterial, welche ein zweites Arbeitsbeispiel der Erfindung ist,

Fig. 8 eine schematische Ansicht einer LED mit einem Halbleiterheteroübergangsmaterial, welche ein drittes Arbeitsbeispiel der Erfindung ist,

Fig. 9 eine schematische Ansicht einer LED mit einem Halbleiterheteroübergangsmaterial, welche ein viertes Arbeitsbeispiel der Erfindung ist, und

Fig. 10 eine schematische Ansicht einer LED mit einem Halbleiterheteroübergangsmaterial, welche ein fünftes Arbeitsbeispiel der Erfindung ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In dem Halbleiterheteroübergangsmaterial gemäß dieser Erfindung, daß durch aufeinanderfolgendes Überlagern erster, mittlerer und dritter Schichten von Halbleitern gebildet ist, sind einige oder alle Bestandteilelemente der ersten und dritten Schichten unterschiedlich, und die mittlere Schicht enthält alle Elemente, die in den ersten und dritten Schichten enthalten sind. Genauer ist es durch Strukturieren des Heteroübergangs einer Kombination aus GaAs und AlGaInP, GaAs und AlInP, AlGaAs und AlGaInP oder AlGaAs und AlInP und Zwischensetzen einer aus AlGaInPAs bestehenden Schicht zwischen die Übergangsschichten möglich, ein Halbleiterheteroübergangsmaterial zu schaffen, das einen Heteroübergang umfaßt, welcher eine Zunahme des durch die Heterobarriere erzeugten elektrischen Widerstandes unterdrückt.

Außerdem ist die Wirkung der Erfindung weiter gesteigert, wenn die mittlere Schicht oder Mittelschicht in der Elementzusammensetzung zwischen ihrer Heteroübergangsgrenzfläche zu der einen der ersten und dritten Schichten und ihrer Heteroübergangsgrenzfläche zu der anderen davon kontinuierlich oder schrittweise abgestuft ist.

Die geschichtete Konfiguration der drei Halbleitertypen, die den Heteroübergang bilden, kann irgendwo innerhalb des Materials angeordnet sein.

Das Halbleitermaterial der Mittelschicht umfaßt alle Bestandteilelemente der Halbleiter, die den Heteroübergang bilden. Zum Beispiel umfaßt in einer Heteroübergangskonfiguration, die aus GaAs (aus Ga und As hergestellt) und AlGaInP Vier- Element-Mischkristall (aus Al, Ga, In und P hergestellt) besteht, die Heteroübergangsstruktur die fünf Elemente Al, Ga, In, P und As. Die Mittelschicht wird daher aus AlGaInPAs Fünf-Elemente-Mischkristall gebildet. Die Mittelschicht wird aus allen Bestandteilelementen der Halbleiter gebildet, die die Heteroübergangskonfiguration bilden, weil dies eine Steuerung der Zusammensetzung der Mittelschicht erlaubt, um den Bandabstand des Halbleiters, aus dem die Mittelschicht gebildet wird, auf eine gewünschte Größe einzustellen, die zwischen die Bandabstandsgrößen der zwei den Heteroübergang bildenden Halbleitertypen fällt.

Die Prozedur zum Zwischensetzen der Mittelschicht zwischen die zwei den Heteroübergang bildenden Halbleitertypen wird nun erläutert. Zum Beispiel wird zuerst eine GaAs-Schicht auf einem GaAs-Einkristallsubstrat abgelagert. Als nächstes wird eine AlGaInPAs-Schicht auf der GaAs-Schicht gebildet. Die Zusammensetzung des AlGaInPAs wird durch die Formel AlXGaYInZPUASW dargestellt, wobei X, Y, Z, U und W Gehaltsverhältnisse der jeweiligen Elemente sind und stoichiometrisch definiert sind, so daß X + Y + Z = 1 und U + W = 1 ist. Zum Zeitpunkt der Ablagerung des AlGaInPAs wird, wenn die Zusammensetzung gesteuert wird, so daß die In- und P-Bestandteile, d. h. Z und U in der vorhergehenden Notation, die Beziehung Z = U/2 in der AlGaInPAs-Schicht erfüllen, die Al- GaInPAs-Schicht im wesentlichen an das GaAs gitterangepaßt sein, was die Bildung einer Schicht mit guter Kristallinität ermöglicht. Danach wird AlInP auf die AlGaInPAs-Schicht abgelagert. Die Zusammensetzung des AlInP wird durch die Formel AlSInTP dargestellt, wobei S und T die Gehaltsverhältnisse von Al und In sind und stoichiometrisch definiert sind, so daß S + T = 1 ist. Da die AlInP-Schicht im wesentlichen an die GaAs-Schicht gitterangepaßt ist, wenn S = T = 0,5 ist, kann eine AlInP-Schicht mit ausgezeichneter Kristallinität leicht erhalten werden, wenn die Zusammensetzung in der Nähe dieser Beziehung liegt. Die aufeinanderfolgende Ablagerung von Schichten auf diese Weise sorgt für ein Heteroübergangsmaterial, das aus drei Schichten, einer GaAs-Schicht, einer AlInP-Schicht und einer AlGaInPAs-Schicht besteht, und das AlGaInPAs als die Mittelschicht umfaßt. Die Ablagerung kann durch Molekularstrahlepitaxy (MBE), metall-organische chemische Dampfablagerung (MOCVD) oder dergleichen durchgeführt werden.

Die Zusammensetzung des AlGaInPAs-Fünfelement-Mischkristalls wird vorzugsweise stufenweise oder kontinuierlich in der Richtung der Ablagerung der Mittelschicht abgestuft. Dies ermöglicht, daß die Größe des Bandabstandes der Mittelschicht schrittweise oder kontinuierlich variiert werden kann, zwischen einer, die im wesentlichen gleich jener des Halbleiters des Heteroübergangs ist, zu einer, die im wesentlichen gleich jener des anderen Halbleiters davon ist. Das Versehen der Mittelschicht mit diesem Zusammensetzungsgradiententyp unterdrückt die Bildung einer Heterobarriere, wie sie in der Heteroübergangskonfiguration nach dem Stand der Technik infolge einer großen Bandabstandsdiskontinuität auftritt, und überwindet somit das Problem eines durch die Heterobarriere erzeugten vergrößerten elektrischen Widerstandes.

Fig. 3 stellt schematisch ein Beispiel einer GaAs- und AlGaInP-Heteroübergangskonfiguration dar, die mit einer AlGaInPAs-Mittelschicht gemäß dieser Erfindung versehen ist.

In dem Beispiel der Fig. 3 ist der Heteroübergang auf einem p-Typ-GaAs-Substrats 108 gebildet. Eine Mittelschicht 107, die aus p-Typ-AlGaInPAs gebildet ist, ist zwischen einer p-Typ GaAs-Schicht 101 und einer p-Typ-AlGaInP-Schicht 102 zwischengesetzt, welche die Bestandteilelemente des Heteroübergangs sind.

Nun wird die bevorzugte Weise einer Variierung der Zusammensetzung der Elemente des AlGaInPAs, wenn die Mittelschicht kontinuierlich abgestuft werden soll, betrachtet. AlGaInPAs kann als eine Mischung aus GaAs und AlGaInP betrachtet werden. Wenn die Gehaltsverhältnisse der Elemente, die das AlGaInPAs bilden, zu Gehaltsverhältnissen von GaAs und AlGaInP in einer Mischung aus diesen, die die Mittelschicht 107 bilden, konvertiert werden, folgt somit, daß der GaAs-Gehalt kontinuierlich von 1 bis 0 und der AlGaInP-Gehalt von 0 bis 1 zwischen der Grenzfläche der Mittelschicht 107 zur p-Typ-GaAs-Schicht 101 und ihrer Grenzfläche davon zur p-Typ-AlGaInP-Schicht 102 variiert werden sollte. Wenn dies ausgeführt ist, variiert die Größe des Bandabstandes der AlGaInPAs-Mittelschicht 107 kontinuierlich zwischen der Größe des Bandabstandes von GaAs und der Größe des Bandabstandes von AlGaInP.

Fig. 4 zeigt die Energiebandstruktur in dem Fall, in dem eine AlGaInPAs-Mittelschicht in einer GaAs/AlGaInP-Heteroübergangskonfiguration vorgesehen ist. Das Diagramm der Fig. 4 ist für den vorhergehenden Fall, in welchem die Zusammensetzung der Mittelschicht kontinuierlich variiert wird. Die GaAs-Schicht, die AlGaInPAs-Mittelschicht und die AlGaInP- Schicht weisen p-Typ-Leitfähigkeit auf. Da der Bandabstand der AlGaInPAs-Mittelschicht kontinuierlich wegen der vorhergehend erwähnten kontinuierlich abgestuften Zusammensetzung der Mittelschicht zwischen ihrer Grenzfläche zu dem GaAs und ihrer Grenzfläche zu dem AlGalnP variiert, wird die in der Heterogrenzfläche nach dem Stand der Technik auftretende Heterobarriere vermieden.

Die Zusammensetzung der Mittelschicht kann auch schrittweise variiert werden. Beispielsweise in einer GaAs/AlGaInP-Heteroübergangskonfiguration kann der Bandabstand durch Ablagern einer Vielzahl dünner AlGaInPAs-Unterschichten unterschiedlicher Zusammensetzungen und entsprechend unterschiedlicher Bandabstände in geeigneter Reihenfolge schrittweise variiert werden. Zum Beispiel genügt es, eine Anzahl dünner AlGaInPAs-Unterschichten mit fortschreitend höheren Bandabständen zwischen der GaAs-Seite und der AlGaInP-Seite abzulagern. Die Erfindung spezifiziert nicht besonders die Dicke der abgelagerten Schichten oder deren Anzahl.

Fig. 5 zeigt die Bandabstandsstruktur in dem Fall, in dem eine AlGaInPAs-Mittelschicht schrittweise variierter Zusammensetzung in einer GaAs/AlGaInP-Heteroübergangskonfiguration vorgesehen ist. Das Diagramm der Fig. 5 ist für den Fall, in welchem die Mittelschicht aus dünnen Unterschichten aus AlGaInPAs mit in vier Schritten variierter Zusammensetzung gebildet ist. Die GaAs-Schicht, die AlGaInPAs-Mittelschicht und die AlGaInP-Schicht weisen alle p-Typ-Leitfähigkeit auf. Da die Zusammensetzung der AlGaInPAs-Mittelschicht 107 in vier Stufen zwischen der Grenzfläche zum GaAs und der Grenzfläche zum AlGaInP variiert wird, variiert der Bandabstand der Mittelschicht 107 schrittweise. Infolgedessen, wird die an der einzigen Heterogrenzfläche im Stand der Technik auftretende Heterobarriere unter fünf Stellen aufgeteilt. Da die Größen der Heterobarrieren an der individuellen Heterogrenzfläche daher kleiner als jene an der Heterogrenzfläche nach dem Stand der Technik sind, kann der elektrische Widerstand an dem Heteroübergang stark verringert sein. Die Zusammensetzung muß nicht in vier Schritten variiert werden. Halbleiter mit geeigneten Bandabständen können leicht durch Einstellen der Zusammensetzung der AlGaInPAs- Mittelschicht gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden.

Obwohl in den vorhergehenden Beispielen der Heteroübergang aus Halbleitern mit p Typ-Leitfähigkeit gebildet ist, kann er aus Halbleitern mit entweder p-Typ- oder n-Typ-Leitfähigkeit gebildet sein. Jedoch betrifft die Erfindung ein Halbleiterheteroübergangsmaterial, das wirksam in dem Fall eines Heteroübergangs zwischen p-Typ-Halbleitern oder zwischen n-Typ-Halbleitern ist, und wird nicht auf einen Heteroübergang zwischen einem p-Typ-Halbleiter und einem n-Typ-Halbleiter angewendet. Die Erfindung spezifiziert nicht besonders die Dicke der abgelagerten Schichten von den Heteroübergang bildenden Halbleitern oder deren Trägerkonzentration. Da außerdem die Erfindung auf die Eigenschaften der Heteroübergangsgrenzfläche gerichtet ist, spezifiziert sie nicht besonders die Dicke oder Trägerkonzentration der Mittelschicht. Es genügt für den. Leitfähigkeitstyp der Mittelschicht gleiche wie jener der Halbleiter zu sein, die den Heteroübergang bilden.

Da im Unterschied zum Stand der Technik keine plötzliche Änderung im Bandabstand zwischen den den Heteroübergang bildenden Halbleitern auftritt, wird die Bildung einer Heterobarriere am Heteroübergang unterdrückt, wodurch die Ursache für die Zunahme des elektrischen Widerstandes eliminiert wird.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand spezifischer Arbeitsbeispiele erläutert.

Beispiel 1

Fig. 6 zeigt eine LED mit einem Halbleiterheteroübergangsmaterial, welche ein erstes Arbeitsbeispiel der Erfindung ist.

Wie in der schematischen Schnittansicht der Fig. 6 gezeigt, war die Heteroübergangskonfiguration aus GaAs und AlGaInP gebildet und wies eine dazwischenliegende Mittelschicht aus AlGaInPAs auf. In diesem Beispiel diente das GaAs als eine Pufferschicht der LED und das AlGaInP als deren Lichtemissionsschicht.

Das Heteroübergangsmaterial war auf einem Einkristall-p-Typ- GaAs-Substrat 108, das mit Zn dotiert war, gebildet. Eine Zn-dotierte p-Typ-GaAs-Schicht 101 war auf dem p-Typ-GaAs- Substrat 108 als eine Pufferschicht abgelagert. Die p-Typ- GaAs-Schicht 101 war so gebildet, daß sie eine Dicke von ungefähr 1 × 10-4 cm und eine Trägerkonzentration von ungefähr 2 × 1018 cm-3 aufwies.

Eine p-Typ-AlGaInPAs-Schicht, die mit Zn dotiert war, war auf der p-Typ-GaAs-Schicht 101 als eine Mittelschicht 107 gebildet. Die Mittelschicht war mit einer Dicke von annähernd 2 × 10-5 cm gebildet. Die Trägerkonzentration der Mittelschicht 107 war im Bereich von annähernd 1 × 10¹&sup7; cm-3 und 2 × 10¹&sup8; cm-3 gehalten.

Wenn die Zusammensetzung der AlGaInPAs-Mittelschicht 107 wieder als AlXGaYInZPUASW dargestellt wird, waren die Werte der Indizes auf Y = W = 1 und X = Z = U = 0 an der Übergangsgrenzfläche zur p-Typ-GaAs-Schicht 101 und auf X = 0,25, Y = 0,25, Z = 0,5, U = 1 und W = 0 an der Übergangsgrenzfläche zu einer p-Typ-AlGaInP-Lichtemissionsschicht 109 festgelegt. Mit anderen Worten, die Bestandteilelemente der Mittelschicht 107 waren von der Übergangsgrenzfläche zur GaAs- Schicht 101 zu der Grenzfläche zur p-Typ-AlGaInP-Lichtemissionsschicht 109 so abgestuft, daß die Al-Komponente kontinuierlich von 0 bis 0,25, die Ga-Komponente von 1 bis 0,25, die In-Komponente von 0 bis 0,5, die As-Komponente von 1 bis 0 und die P-Komponente von 0 bis 1 variierten. Infolgedessen enthielt die Mittelschicht 107 alle fünf Elemente des GaAs und des AlGaInP, die den Heteroübergang bildeten.

Die p-Typ-AlGaInP-Schicht 109 war auf der Mittelschicht 107 als eine Lichtemissionsschicht abgelagert. Wenn die Zusammensetzung der AlGaInP-Schicht 109 als AlkGalInmP dargestellt wird, waren die Werte der Indizes auf k = 1 = 0,25 und m = 0,5 festgelegt. Diese Zusammensetzung paßt zur Zusammensetzung der Mittelschicht 107 auf der Seite ihrer Grenzfläche zur p-Typ-AlGaInP-Lichtemissionsschicht 109. Infolgedessen betrug der Bandabstand der AlGaInP-Schicht 109 ungefähr 2,2 eV bei Raumtemperatur. Ihre Trägerkonzentration war auf ungefähr 6 × 10¹&sup6; cm-3 durch Dotieren mit Zn eingestellt, und ihre Dicke betrug 1 × 10-4 cm.

Eine n-Typ-AlGaInP-Schicht 110 war auf der p-Typ-AlGaInP- Lichtemissionsschicht 109 mit einer Dicke von 3 × 10-4 cm abgelagert und mit Se dotiert, um eine Trägerkonzentration von ungefähr 1 × 10¹&sup8; cm-3 aufzuweisen. Wenn die Zusammensetzung der n-Typ-AlGalnP-Schicht 110 als AlkGalInmP dargestellt wird, waren die Werte der Indizes auf k = 0,3, 1 = 0,2 und m = 0,5 festgelegt.

Eine n-Typ-Elektrode 111 war auf der n-Typ-AlGaInP-Schicht 110 ausgebildet, und eine p-Typ-Elektrode 112 war auf der Unterseite des p-Typ-GaAs-Substrats 108 ausgebildet, wodurch die Herstellung einer LED zum Emittieren grünen Lichtes vervollständigt war.

Die LED emittierte grünes Licht einer Wellenlänge in der Nähe von 560 nm, wenn eine Vorwärtsspannung zwischen den Elektroden 111 und 112 angelegt war. In dieser LED mit dem Heteroübergangsmaterial gemäß der Erfindung betrug die zur Erzeugung eines 5-mA-Betriebsstromes zwischen den Elektroden erforderliche Vorwärtsspannung nicht mehr als ungefähr 2,2 V. Im Gegensatz dazu war eine Vorwärtsspannung von ungefähr 8V zur Erzeugung eines 5 mA-Stromes von der p-Seiten- Elektrode zu der n-Seiten-Elektrode einer LED nach dem Stand der Technik mit einem GaAs/AlGaInP-Heteroübergang ohne AlGaInPAs-Mittelschicht erforderlich. Die Überlegenheit des Halbleiterheteroübergangsmaterials gemäß der Erfindung war somit erwiesen.

Beispiel 2

Fig. 7 zeigt eine LED mit einem Halbleiterheteroübergangsmaterial, welche ein zweites Arbeitsbeispiel der Erfindung ist. Wie in der schematischen Schnittansicht der Fig. 7 gezeigt, war die Heteroübergangskonfiguration aus GaAs und AlInP gebildet und wies eine dazwischenliegende Mittelschicht aus AlGaInPAs auf.

Das p-Typ-GaAs-Stubstrat 108 und die p-Typ-GaAs-Schicht 101 waren die gleichen, wie jene im ersten Beispiel.

Eine Zn-dotierte p-Typ-AlGaInPAs-Schicht war auf der p-Typ- GaAs-Schicht 101 als eine Mittelschicht 107 abgelagert. Die Dicke und Trägerkonzentration der Mittelschicht 107 war die gleiche wie in Beispiel 1.

Wenn die Zusammensetzung der AlGaInPAs-Mittelschicht 107 als AlXGaYInZPUASW dargestellt wird, waren die Werte der Indizes auf Y = W = 1 und X = Z = U = 0 an der Übergangsgrenzfläche zwischen der p-Typ-GaAs-Schicht 101 und auf X = 0,5, Y = 0, Z = 0,5, U = 1 und W = 0 an der Übergangsgrenzfläche zu einer p-Typ-AlInP-Schicht 113 festgelegt. Mit anderen Worten, die Bestandteilelemente der Mittelschicht 107 waren von der Übergangsgrenzfläche zur p-Typ-GaAs-Schicht 101 zu der Grenzfläche zur p-Typ-AlInP-Schicht 113 abgestuft, so daß die Al-Komponente kontinuierlich von 0 bis 0,5, die Ga-Komponente von 1 bis 0, die In-Komponente von 0 bis 0,5, die As-Komponente von 1 bis 0 und die P-Komponente von 0 bis 1 variierten. Infolgedessen enthielt die Mittelschicht 107 alle fünf Elemente, des GaAs und des AlInP, die den Heteroübergang bildeten.

Die p-Typ-AlInP-Schicht 113 war auf der Mittelschicht 107 abgelagert. Wenn die Zusammensetzung der p-Typ-AlInP-Schicht 113 als AlSInTP dargestellt wird, waren die Werte der Indizes auf S = T = 0,5 festgelegt. Diese Zusammensetzung ist gleich wie die Zusammensetzung der AlGaInPAs-Mittelschicht 107 auf der Seite ihrer Grenzfläche zur p-Typ-AIInP-Schicht 113. Die Trägerkonzentration der p-Typ-AIInP-Schicht 113 war auf ungefähr 6 × 10¹&sup6; cm-3 durch Dotieren mit Zn eingestellt, und ihre Dicke betrug ungefähr 1 × 10-4 cm.

Eine n-Typ-AlGaInP-Schicht 114 war auf der p-Typ-AlInP- Schicht 113 als eine Lichtemissionsschicht abgelagert. Die n-Typ-AlGaInP-Lichtemissionsschicht 114 war auf eine Dicke von 1,5 × 10-4 cm ausgebildet und mit Se dotiert, um eine Trägerkonzentration von ungefähr 1 × 10¹&sup7; cm-3 aufzuweisen. Wenn die Zusammensetzung der n-Typ-AlGaInP-Lichtemissionsschicht 114 als AlkGalInmP dargestellt wird, waren die Werte der Indizes auf k = l = 0,25 und m = 0,5 festgelegt. Der Bandabstand der n-Typ-AlGaInP-Lichtemissionsschicht 114 betrug ungefähr 2,2 eV bei Raumtemperatur.

Eine n-Typ-Elektrode 111 war auf der n-Typ-AlGaInP-Lichtemissionsschicht 114 ausgebildet, und eine p-Typ-Elektrode 112 war auf der Unterseite des p-Typ-GaAs-Substrats 108 ausgebildet, wodurch die Herstellung einer LED zum Emittieren grünen Lichtes vervollständigt war.

Die LED emittierte grünes Licht einer Wellenlänge in der Nähe von 560 nm, wenn eine Vorwärtsspannung zwischen den Elektroden 111 und 112 angelegt war. In dieser LED mit dem Heteroübergangsmaterial gemäß der Erfindung betrug die zur Erzeugung eines 5-mA-Betriebsstromes zwischen den Elektroden erforderliche Vorwärtsspannung nicht mehr als ungefähr 2,2 V. Im Gegensatz dazu war eine Vorwärtsspannung von ungefähr 15 V zur Erzeugung eines 5-mA-Stromes von der p-Seiten- Elektrode zu der n-Seiten-Elektrode einer LED nach dem Stand der Technik mit einem GaAs/AlInP-Heteroübergang ohne AlGaInPAs-Mittelschicht erforderlich. Die Überlegenheit des Halbleiterheteroübergangsmaterials gemäß der Erfindung war somit erwiesen.

Beispiel 3

Fig. 8 zeigt eine LED mit einem Halbleiterheteroübergangsmaterial, welche ein drittes Arbeitsbeispiel der Erfindung ist. Wie in der schematischen Schnittansicht der Fig. 8 gezeigt war die Heteroübergangskonfiguration aus AlGaAs und AlGaInP gebildet und wies eine dazwischenliegende Mittelschicht aus AlGaInPAs auf.

Das p-Typ-GaAs-Substrat 108 war das gleiche, wie das in dem ersten Beispiel. Eine Zn-dotierte p-Typ-GaAs-Schicht 101 war auf dem p-Typ-GaAs-Substrat 108 als eine Pufferschicht abgelagert. Die Dicke der GaAs-Schicht 101 betrug 5 × 10-5 und ihre p-Typ-Trägerkonzentration war durch Hinzufügen von Zn auf 2 × 10¹&sup8; cm-3 eingestellt.

Eine Bragg-(Farbfilter-) Reflexionsschicht 115, die aus p-Typ-AlGaAs bestand, war auf der p-Typ-GaAs-Schicht 101 durch abwechselndes Überlagern von Halbleiterschichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes gebildet. Diese p-Typ- AlGaAs-Bragg-Reflexionsschicht 115 war aus Schichten aus AlGaAs mit einem Al-Gehalt von 0,4 und einem Ga-Gehalt von 0,6 (Schichten A) und Schichten aus AlGaAs mit einem Al-Gehalt von 0,95 und einem Ga-Gehalt von 0,05 (Schichten B) gebildet. Dreizehn derartiger Schichten waren abwechselnd schichtweise in der Weise A-Schicht - B-Schicht - A-Schicht - B-Schicht angeordnet mit einer A-Schicht als die beendende Schicht.

Die p-Typ-AlGaAs-Bragg-Reflexionsschicht 115 wies eine Dicke von 1,2 × 10-4 cm auf und war auf eine Trägerkonzentration von 2 × 10¹&sup8; cm-3 durch Dotieren mit Zn eingestellt.

Eine p-Typ-AlGaInPAs-Schicht, die mit Zn dotiert war, war auf der p-Typ-AlGaAs-Bragg-Reflexionsschicht 115 als eine Mittelschicht 107 gebildet. Die Dicke und Trägerkonzentration der Mittelschicht 107 war die gleiche wie im ersten Beispiel.

Wenn die Zusammensetzung der Mittelschicht 107 als AlXGaYInZPUASW dargestellt wird, waren die Werte der Indizes auf X = 0,4, Y = 0,6, W = 1 und Z = U = 0 an der Übergangsgrenzfläche zur p-Typ-AlGaAs-Bragg-Reflexionsschicht 115 und auf X = 0,35, Y = 0,15, Z = 0,5, U = 1 und W = 0 an der Grenzfläche zu einer p-Typ-AlGaInP-Schicht 102 festgelegt. Mit anderen Worten, die Bestandteilelemente der Mittelschicht 107 waren von der Übergangsgrenzfläche zur p-Typ- AlGaAs-Bragg-Reflexionsschicht 115 zu der Grenzfläche zur p-Typ-AlGaInP-Schicht 102 abgestuft, so daß die Al-Komponente kontinuierlich von 0,4 bis 0,35, die Ga-Komponente von 0,6 bis 0,15, die In-Komponente von 0 bis 0,5, die As-Komponente von 1 bis 0 und die P-Komponente von 0 bis 1 variierten. Infolgedessen enthielt die Mittelschicht 107 alle fünf Elemente des AlGaAs und des AlGaInP, die den Heteroübergang bildeten.

Die p-Typ-AlGaInP-Schicht 102 war auf der Mittelschicht 107 abgelagert. Wenn die Zusammensetzung p-Typ-AlGaInP-Schicht 102 als AlkGalInmP dargestellt wird, waren die Indizes auf k = 0,35, 1 = 0,15 und m= 0,5 festgelegt. Diese Zusammensetzung paßt zur Zusammensetzung- der Mittelschicht 107 auf der Seite ihrer Grenzfläche zur p-Typ-AlGaInP-Schicht 102. Infolgedessen betrug der Bandabstand der p-Typ-AlGaInP- Schicht 102 ungefähr 2,3 eV bei Raumtemperatur. Ihre Trägerkonzentration war auf ungefähr 1 × 10¹&sup7; cm-3 durch Dotieren mit Zn eingestellt, und ihre Dicke betrug 1 × 10-4 cm.

Eine AlGaInP-Aktivschicht 117 war auf der p-Typ-AlGaInP- Schicht 102 abgelagert. Wenn die Zusammensetzung der AlGaInP-Aktivschicht 117 als AlkGalInmnP dargestellt wird, waren die Werte der Indizes auf k = 0,25, 1 = 0,25 und m = 0,5 festgelegt. Infolgedessen betrug der Bandabstand der AlGaInP-Aktivschicht 117 ungefähr 2,2 eV bei Raumtemperatur. Ihre Trägerkonzentration war auf ungefähr 5 × 10¹&sup6; cm-3 durch Dotieren mit Zn eingestellt, und ihre Dicke betrug 8 × 10-5 cm.

Eine n-Typ-AlGaInP-Schicht 110 war auf der AlGaInP-Aktivschicht 117 abgelagert. Wenn die Zusammensetzung der n-Typ- AlGaInP-Schicht 110 als AlkGalInmP dargestellt wird, waren die Werte der Indizes auf k = 0,35, l = 0,15 und m = 0,5 festgelegt. Infolgedessen betrug der Bandabstand der n-Typ- AlGaInP-Schicht 110 ungefähr 2,3 eV bei Raumtemperatur. Ihre Trägerkonzentration war auf ungefähr 1 × 10¹&sup8; cm-3 durch Dotieren mit Se eingestellt, und ihre Dicke betrug 3 × 10-4 cm.

Eine n-Typ-GaAs-Schicht 116 war auf der n-Typ-AlGaInP- Schicht 110 abgelagert. Die n-Typ-GaAs-Schicht 116 war zur Verringerung des Kontaktwiderstandes einer darauf vorgesehenen n-Typ-Elektrode vorgesehen. Die Trägerkonzentration der n-Typ-GaAs-Schicht 116 war auf 1 × 10¹&sup8; cm-3 durch Dotieren mit Se eingestellt, und ihre Dicke betrug 3 × 10-5 cm.

Eine n-Typ-Elektrode 111 war auf der n-Typ-GaAs-Schicht 116 ausgebildet, und eine p-Typ-Elektrode 112 war auf der Unterseite des p-Typ-GaAs-Substrats 108 ausgebildet, wodurch die Herstellung einer LED zum Emittieren grünen Lichtes vervollständigt war. Zum Zeitpunkt der LED-Herstellung war die gesamte n-Typ-GaAs-Schicht 116 außer deren Teil unmittelbar unter der n-Typ-Elektrode 111 durch Ätzen entfernt, um einen Ausgang von Licht von der AlGaInP-Aktivschicht 117 zu ermöglichen.

Die LED emittierte grünes Licht einer Wellenlänge in der Nähe von 560 nm, wenn eine Vorwärtsspannung zwischen den Elektroden 111 und 112 angelegt war. In dieser LED mit dem Heteroübergangsmaterial gemäß der Erfindung betrug die zur Erzeugung eines 5-mA-Betriebsstromes zwischen den Elektroden erforderliche Vorwärtsspannung nicht mehr als ungefähr 2,0 V. Im Gegensatz dazu war eine Vorwärtsspannung von ungefähr 2,5 V zur Erzeugung eines 5-mA-Stromes von der p-Seiten-Elektrode zur n-Seiten-Elektrode einer LED nach dem Stand der Technik mit einem AlGaAs/AlGaInP-Heteroübergang ohne AlGaInPAs-Mittelschicht erforderlich. Die Überlegenheit des Halbleiterheteroübergangsmaterials gemäß der Erfindung war somit erwiesen.

Beispiel 4

Fig. 9 zeigt eine LED mit einem Halbleiterheteroübergangsmaterial, welche ein viertes Arbeitsbeispiel der Erfindung ist. Wie in der schematischen Schnittansicht der Fig. 9 gezeigt, war die Heteroübergangskonfiguration aus AlGaAs und AlInP gebildet und wies eine dazwischenliegende Mittelschicht aus AlGaInPAs auf.

Das p-Typ-GaAs-Substrat 108 war das gleiche wie in Beispiel 1. Wie in Beispiel 3 waren eine p-Typ-GaAs-Schicht 101 und eine p-Typ-AlGaAs-Bragg-Reflexionsschicht 115 auf dem Substrat 108 abgelagert.

Eine p-Typ-AlGaInPAs-Schicht, die mit Zn dotiert war, war auf der p-Typ-AlGaAS-Bragg-Reflexionsschicht 115 als eine Mittelschicht 107 gebildet. Die Dicke und die Trägerkonzentration der Mittelschicht 107 waren gleich wie in Beispiel 1.

Wenn die Zusammensetzung der Mittelschicht 107 als AlXGaYInZPUASW dargestellt wird, waren die Werte der Indizes auf X = 0,4, Y = 0,6, W = 1 und Z = U = 0 an der Übergangsgrenzfläche zur p-Typ-AlGaAs-Bragg-Reflexionsschicht 115 und auf X = 0,5, Y = 0, Z = 0,5, U = 1 und W = 0 an der Grenzfläche zu einer p-Typ-AlInP-Schicht 113 festgelegt. Mit anderen Worten, die Bestandteilelemente der Mittelschicht 107 waren von der Übergangsgrenzfläche zur p-Typ -AlGaAs- Bragg-Reflexionsschicht 115 zu der Grenzfläche zur p-Typ- AlInP-Schicht 113 abgestuft, so daß die Al-Komponente kontinuierlich von 0,4 bis 0,5, die Ga-Komponente von 0,6 bis 0, die In-Komponente von 0 bis 0,5, die As-Komponente von 1 bis 0 und die P-Komponente von 0 bis 1 variierten. Infolgedessen enthielt die Mittelschicht 107 alle fünf Elemente des AlGaAs und des AlInP, die den Heteroübergang bildeten.

Wie in Beispiel 2 war eine p-Typ-AlInP-Schicht 113 auf der Mittelschicht 107 abgelagert. Wenn die Zusammensetzung der p-Typ-AIInP-Schicht 113 als AlSInTP dargestellt wird, waren die Werte der Indizes auf S = T = 0,5 festgelegt. Diese Zusammensetzung war gleich wie die Zusammensetzung der Mittelschicht 107 auf der Seite ihrer Grenzfläche zur p-Typ-AlInP- Schicht 113. Die Trägerkonzentration und die Dicke der p-Typ-AlInP-Schicht 113 waren gleich wie in Beispiel 2.

Ähnlich wie in Beispiel 3 war eine AlGaInP-Aktivschicht 117 auf der p-Typ-AlInP-Schicht 113 abgelagert. Wenn die Zusammensetzung einer AlGaInP-Aktivschicht 117 als AlkGalInmP dargestellt wird,,waren die Werte der Indizes auf k = 0,25, l = 0,25 und m = 0,5 festgelegt. Infolgedessen betrug der Bandabstand der AlGaInP-Aktivschicht 117 ungefähr 2,2 eV bei Raumtemperatur. Ihre Trägerkonzentration war auf ungefähr 5 × 10¹&sup6; cm-3 durch Dotieren mit Zn eingestellt, und ihre Dicke betrug 8 × 10-5 cm.

Eine n-Typ-AlInP-Schicht 118 war auf der AlGaInP-Aktivschicht 117 abgelagert. Wenn die Zusammensetzung der n-Typ- AlInP-Schicht 118 als AlSInTP dargestellt wird, waren die Werte der Indizes auf S = T = 0,5 festgelegt. Die Trägerkonzentration der n-Typ-AlInP-Schicht 118 war auf ungefähr 1 × 10¹&sup8; cm-3 durch Dotieren mit Se eingestellt, und ihre Dicke betrug 5 × 10-4 cm.

Wie in Beispiel 3 war eine n-Typ-GaAs-Schicht 116 auf der n-Typ-AlInP-Schicht 118 abgelagert.

Eine n-Typ-Elektrode 111 war auf der n-Typ-GaAs-Schicht 116 ausgebildet, und eine p-Typ-Elektrode 112 war auf der Unterseite des p-Typ-GaAs-Substrats 108 ausgebildet. Wie in Beispiel 3 vervollständigte dies die Herstellung einer LED zum Emittieren grünen Lichtes. Zum Zeitpunkt der LED-Herstellung war die gesamte n-Typ-GaAs-Schicht 116, außer deren Teil unmittelbar unter der n-Typ-Elektrode 111 durch Ätzen entfernt, um einen Ausgang von Licht von der AlGaInP-Aktivschicht 117 zu ermöglichen.

Die LED emittierte grünes Licht einer Wellenlänge in der Nähe von 560 nm, wenn eine Vorwärtsspannung zwischen den Elektroden 111 und 112 angelegt war. In dieser LED mit dem Heteroübergangsmaterial gemäß der Erfindung betrug die zur Erzeugung eines 5-mA-Betriebsstromes zwischen den Elektroden erforderliche Vorwärtsspannung nicht mehr als ungefähr 2,1 V. Im Gegensatz dazu war eine Vorwärtsspannung von ungefähr 3 V zur Erzeugung eines 5-mA-Stromes von der p-Seiten-Elektrode zu der n-Seiten-Elektrode einer LED nach dem Stand der Technik mit einem AlGaAs/AlInP-Heteroübergang ohne AlGaInPAs-Mittelschicht erforderlich. Die Überlegenheit des Halbleiterheteroübergangsmaterials gemäß der Erfindung war somit erwiesen.

Beispiel 5

Fig. 10 zeigt eine LED mit einem Halbleiterheteroübergangsmaterial, welche ein fünftes Arbeitsbeispiel der Erfindung ist. Wie in der schematischen Schnittansicht der Fig. 10 gezeigt, war die Heteroübergangskonfiguration aus GaAs und AlGaInP gebildet und wies eine dazwischenliegende Mittelschicht aus AlGaInPAs auf.

Das Heteroübergangsmaterial war auf einem p-Typ-GaAs-Substrat 108, das mit Zn dotiert war, gebildet. Das p-Typ-GaAs- Substrat 108 war das gleiche wie in Beispiel 1. Eine Zn-dotierte p-Typ-GaAs-Schicht 101 war auf dem p-Typ-GaAs- Substrat 108 als eine Pufferschicht abgelagert. Die p-Typ- GaAs-Schicht 101 war die gleiche wie in Beispiel 1.

Eine p-Typ-AlGaInPAs-Schicht, die mit Zn dotiert war, war auf der p-Typ-GaAs-Schicht 101 als eine Mittelschicht 107 gebildet. Die Mittelschicht war auf eine Dicke von annähernd 2 × 10-5 cm gebildet. Die Trägerkonzentration der Mittelschicht 107 war im Bereich von annähernd 1 × 10¹&sup7; cm-3 bis annähernd 2 × 10¹&sup8; cm-3 gehalten.

Die Mittelschicht 107, die aus p-Typ-AlGaInPAs gefertigt war, war aus vier Unterschichten gebildet, deren Zusammensetzungen schrittweise abgestuft waren. Wenn die Zusammensetzung der vier Unterschichten, die die Mittelschicht 107 bildeten, als AlXGaYInZPUASW dargestellt wird, waren die Werte der Indizes auf X = 0,05, Y = 0,85, Z = 0,1, U = 0,2 und W = 0,8 in der ersten Unterschicht, wie von der Seite, die am nächsten bei dem GaAs-Substrat liegt, gezählt, auf X = 0,1, Y = 0,7, Z = 0,2, U = 0,4 und W = 0,6 in der zweiten Unterschicht, auf X = 0,15, Y = 0,55, Z = 0,3, U = 0,6 und W = 0,4 in der dritten Unterschicht und auf X = 0,2, Y = 0,4, Z = 0,4, U = 0,8 und W = 0,2 in der vierten Unterschicht festgelegt. Jede der ersten bis vierten Unterschichten enthielt alle fünf Elemente des GaAs und des AlGaInP, die den Heteroübergang bildeten. Jede der ersten bis vierten Unterschichten wies eine Dicke von rund 5 × 10-6 cm auf.

Wie in Beispiel 1 waren eine p-Typ-AlGaInP-Lichtemissionsschicht 109 und eine n-Typ-AlGaInP-Schicht 110 auf der Mittelschicht 107 abgelagert. Zusätzlich waren eine n-Typ-Elektrode 111 und eine p-Typ-Elektrode 112 wie in Beispiel 1 ausgebildet, wobei die Herstellung einer LED zum Emittieren grünen Lichtes vervollständigt war.

Die LED emittierte grünes Licht einer Wellenlänge in der Nähe von 560 nm, wenn eine Vorwärtsspannung zwischen die Elektroden 111 und 112 angelegt war. In dieser LED mit dem Heteroübergangsmaterial gemäß der Erfindung betrug die zur Erzeugung eines 5-mA-Betriebsstromes zwischen den Elektroden erforderliche Spannung nicht mehr als ungefähr 2,5 V. Im Gegensatz dazu war eine Vorwärtsspannung von ungefähr 8V zur Erzeugung eines 5-mA-Stromes von der p-Seiten-Elektrode zu der n-Seiten-Elektrode einer LED nach dem Stand der Technik mit einem GaAs/AlGaInP-Heteroübergang ohne AlGaInPAs-Mittelschicht erforderlich. Die Überlegenheit des Halbleiterheteroübergangsmaterials gemäß der Erfindung war somit erwiesen.

Wie aus der vorhergehenden Erläuterung verständlich ist, schafft die Erfindung ein Halbleiterheteroübergangsmaterial mit einem Heteroübergang, der durch aufeinanderfolgendes Überlagern erster, mittlerer und dritter Schichten von Halbleitern konfiguriert wird, wobei sich einige oder alle Bestandteilelemente der ersten und dritten Schichten unterscheiden und die Mittelschicht alle Elemente enthält, die in ersten und dritten Schichten enthalten sind. Diese Konfiguration schafft ein Halbleiterheteroübergangsmaterial, welches eine Zunahme des elektrischen Widerstandes infolge des Auftretens einer Heterobarriere am Heteroübergang unterdrückt und kann auch verwendet werden, um einen ähnlichen Effekt in Heteroübergängen zu erhalten, die aus anderen Materialien als jene, die vorhergehend beschrieben sind, hergestellt sind, wie in dem Fall, in dem eine Mittelschicht aus AlGaInPAs in einem Heteroübergang vorgesehen ist, der aus AlGaAs und GaInP gebildet ist, oder in dem eine Mittelschicht aus ZnCdSSe in einem Heteroübergang aus ZnCdSe und CdSSe vorgesehen ist. In dem Halbleiterheteroübergangsmaterial, in welchem die Zusammensetzung der Mittelschicht schrittweise oder kontinuierlich gemäß der Erfindung abgestuft wird, wird es auch außerdem möglich, andere Eigenschaften, wie den Brechungsindex im Bereich zwischen den zwei Typen von den Heteroübergang bildenden Halbleitern entweder schrittweise oder auch kontinuierlich zu variieren.

Ein Halbleiterheteroübergangsmaterial mit einem Heteroübergang, der durch aufeinanderfolgendes Überlagern erster, mittlerer und dritter Schichten von Halbleitern konfiguriert ist, wobei einige oder alle Bestandteilelemente der ersten und dritten Schichten unterschiedlich sind und die Mittelschicht alle Elemente enthält, die in den ersten und dritten Schichten enthalten sind.


Anspruch[de]
  1. 1. Halbleiterheteroübergangsmaterial mit einem Heteroübergang, der durch aufeinanderfolgendes Überlagern erster, mittlerer und dritter Schichten von Halbleitern konfiguriert ist, dadurch gekennzeichnet, daß einige oder alle Bestandteilelemente der ersten und dritten Schichten unterschiedlich sind, und die mittlere Schicht alle Elemente enthält, die in den ersten und dritten Schichten enthalten sind.
  2. 2. Halbleiterheteroübergangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht aus AlGaInPAs besteht und die anderen zwei Schichten aus GaAs und AlGaInP bestehen.
  3. 3. Halbleiterheteroübergangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht aus AlGaInPAs besteht und die anderen zwei Schichten aus GaAs und AlInP bestehen.
  4. 4. Halbleiterheteroübergangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht aus AlGaInPAs besteht und die anderen zwei Schichten aus AlGaAs und AlGaInP bestehen.
  5. 5. Halbleiterheteroübergangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht aus AlGaInPAs besteht und die anderen zwei Schichten aus AlGaAs und AlInP bestehen.
  6. 6. Halbleiterheteroübergangsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht kontinuierlich oder schrittweise in der elementaren Zusammensetzung zwischen ihrer Heteroübergangsgrenzfläche zu einer der ersten und dritten Schichten und ihrer Heteroübergangsgrenzfläche zu der anderen davon abgestuft ist.






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