DE19830838A1

DE19830838A1 - Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung

Info

Publication number: DE19830838A1
Application number: DE19830838A
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Tsutsui
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 1999-01-14
Anticipated expiration: 2018-07-10
Also published as: KR100615122B1; JP4119501B2; JPH1131842A; TW437110B; KR19990013507A; DE19830838B4; US6060730A

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Lichtemissionseinrich tung, bei der eine auf Galliumnitrid basierende zusammenge setzte Halbleiterschicht auf ein Substrat laminiert ist. Ins besondere bezieht sich die Erfindung auf eine Halbleiter- Lichtemissionseinrichtung, die in der Lage ist, einen guten ohmschen Kontakt zwischen einer n-seitigen Elektrode und ei ner n-Schicht zu gewährleisten, um eine Vorwärts-Durchlaß spannung zu verringern.

Beispielsweise sind bei einer blaues Licht abstrahlenden Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß einem vereinfach ten Diagramm eines Beispiels deren Licht emittierenden Halb leiterplättchens bzw. -Chips (nachstehend in Kurzfarm als "LED-Chip" bezeichnet) nach Fig. 4 auf einem aus Saphir her gestellten isolierenden Substrat 21 schichtweise angeordnet bzw. laminiert: eine n-Schicht (Hüllschicht) 23, die durch epitaxiales Aufwachsen beispielsweise eine n-GaN-Schicht er halten wird; eine aktive Schicht 24, die aus Material mit ei ner kleineren Bandlückenenergie als der der Hüllschicht her gestellt ist, beispielsweise ein InGaN-basierter zusammenge setzter Halbleiter bzw. Verbundhalbleiter (wobei InGaN-ba siert bedeutet, daß sich das Verhältnis von In zu Ga ver schiedenartig ändern kann; dies soll im folgenden gelten); und eine p-Schicht (Hüllschicht) 25, die aus einem p-GaN her gestellt ist. Ferner ist auf der Oberfläche dieser Anordnung eine p-seitige Elektrode 28 derart angeordnet, daß diese über eine (nicht gezeigte) diffundierte Schicht aus Metall elek trisch mit der p-Schicht 25 verbunden ist. Eine n-seitige Elektrode 29 ist derart angeordnet, daß sie elektrisch mit der n-Schicht 23, die durch Ätzen eines Teils der zusammenge setzten Halbleiterschichten freigelegt wurde, verbunden ist.

Hierdurch wird ein LED-Chip erzeugt.

Bei dieser Art einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung werden die Träger- oder Ladungsträgerkonzentrationen derart festgelegt, daß sie im Hinblick auf den Ladungsträger-Ein schlußeffekt auf der aktiven Schicht 24 für die n-Schicht 23 und die p-Schicht 25, die die aktive Schicht 24 einschließen, optimiert werden. Beispielsweise wird die n-Schicht 23 mit einer konstanten Ladungsträgerkonzentration in der Größenord nung von 10¹⁸ cm^-3 ausgebildet.

Wie vorstehend beschrieben, wird bei einer herkömmlichen Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, die einen auf Gallium nitrid basierenden zusammengesetzten Halbleiter verwendet, die Ladungsträgerkonzentration der n-Schicht auf ein für Emissionseigenschaften optimales Niveau festgelegt, und wird die n-Schicht mit einer von oben nach unten gleichmäßigen La dungsträgerkonzentration erzeugt. Dann wird eine n-seitige Elektrode bereitgestellt derart, daß diese in Kontakt mit ei nem Teil der durch Ätzen freigelegten n-Schicht steht. Je größer jedoch die Ladungsträgerkonzentration der n-Schicht, auf der die n-seitige Elektrode bereitgestellt ist, ist, de sto stärker ist ein Erzielen eines ohmschen Kontakts mit der Elektrode zu bevorzugen. Zu bevorzugen ist hierbei eine Grö ßenordnung von 1 × 19¹⁹ cm^-3 oder höher. Daher kann, falls die Elektrode auf der Halbleiterschicht mit einer aufgrund der Emissionseigenschaften wie vorstehend begrenzten Ladungsträ gerkonzentration erzeugt wird, ein ausreichender ohmscher Kontakt nicht erhalten werden, welches in einem zu einem An stieg der Vorwärtsspannung, d. h. der Durchlaßspannung bzw. der Spannung in Flußrichtung, beitragenden Faktor resultiert.

Bei einer herkömmlichen Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, die aus einem beispielsweise auf AlGaInP basierenden zusam mengesetzten Halbleiter oder dergleichen hergestellt ist, wird ein Halbleiterschichtabschnitt derart bereitgestellt, daß eine emittierende Schicht auf einem Halbleitersubstrat angeordnet ist. Demgemäß ist eine n-Schicht mit dem Halblei tersubstrat mit einer hohen Ladungsträgerkonzentration ver bunden, um eine Elektrode auf dem Halbleitersubstrat bereit zustellen. Daher wird auch dann, wenn die n-Schicht in Über einstimmung mit der für die Emissionseigenschaften optimalen Ladungsträgerkonzentration ausgebildet ist, kein Problem auf treten. Der auf Galliumnitrid basierende zusammengesetzte Halbleiter ist jedoch auf einem Substrat aus Saphir geschich tet, so daß daher die Elektrode direkt auf der n-Schicht an geordnet ist. Dies führt zu einem Problem dahingehend, daß kein ausreichender ohmscher Kontakt erzielt werden kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß für eine Elektrode nur begrenzt Werkstoffe zur Verfügung stehen, und auch in dem Zu stand, in dem es schwierig ist, einen guten ohmschen Kontakt zu erhalten, nur ein begrenzter Auswahlbereich aus denselben abgedeckt wird, um einen guten ohmschen Kontakt zu gewährlei sten. Die Erfindung zielt darauf ab, derartige Nachteile zu überwinden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Halblei ter-Lichtemissionseinrichtung der eingangs genannten Art be reitzustellen, bei der der ohmsche Kontakt zwischen einer n-Schicht und einer n-seitigen Elektrode verbessert ist, um die Vorwärtsspannung zu verringern, während die optimale Ladungs trägerkonzentration für die Emissionseigenschaften in dem Be reich, der mit einer emittierenden Schicht in Kontakt steht, auch bei einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, bei der ein auf Galliumnitrid basierender zusammengesetzter Halblei ter auf ein isolierendes Substrat laminiert ist, aufrechter halten wird und dadurch der Wirkungsgrad verbessert und der Bereich, aus dem Werkstoffe für eine Elektrode auswählbar sind, erweitert werden.

Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkma len des Patentanspruchs 1 gelöst.

In Übereinstimmung mit der Erfindung ist somit eine Halblei ter-Lichtemissionseinrichtung gekennzeichnet durch: ein Substrat; einen Halbleiterschichtabschnitt, bei dem auf Gal liumnitrid basierende zusammengesetzte Halbleiterschichten, die eine n-Schicht und eine p-Schicht umfassen, zum Bilden einer emittierenden Schicht auf dem Substrat aufgeschichtet sind; und eine n-seitige Elektrode und eine p-seitige Elek trode, die derart vorgesehen sind, daß sie elektrisch mit der n-Schicht bzw. der p-Schicht des Halbleiterschichtabschnitts verbunden sind; wobei die n-Schicht derart ausgebildet ist, daß die Ladungsträgerkonzentration des mit der n-seitigen Elektrode versehenen Abschnitts höher ist als die Ladungsträ gerkonzentration des Abschnitts, der in Kontakt mit der emit tierenden Schicht steht.

Mit dieser Struktur kann ein guter ohmscher Kontakt zwischen der n-Schicht und der n-seitigen Elektrode gewährleistet wer den, ohne die Emissionscharakteristiken nachteilig zu beein flussen, und um die Vorwärtsspannung zu verringern.

Der hierin beschriebene, auf Galliumnitrid basierende zusam mengesetzte Halbleiter repräsentiert einen Halbleiter, der aus einem Verbund des Gruppe III-Elements Ga und des Gruppe V-Elements N hergestellt wird, oder einem solchen, der durch Substituieren eines Teils des Gruppe III-Elements Ga durch andere Gruppe III-Elemente wie beispielsweise Al und In er halten wird, und/oder einem solchen, der durch Substituieren eines Teils des Gruppe V-Elements N durch andere Gruppe V-Elemente wie beispielsweise P und As erhalten wird. Ferner bezeichnet die emittierende Schicht eine aktive Schicht mit einer Doppel-Hetero-Struktur, bei der die aktive Schicht zwi schen einer n-Schicht und einer p-Schicht eingeschlossen bzw. geschichtet angeordnet ist, während sie einen emittierenden Bereich in der Nähe eines pn-Übergangs in einer pn-Übergangs struktur bezeichnet.

Die n-seitige Elektrode ist auf der n-Schicht des Bereichs mit einer hohen Ladungsträgerkonzentration, der durch Ätzen eines Teils der laminierten Halbleiterschichten über der mittierenden Schicht freigelegt wird, angeordnet. Alternativ ist die n-seitige Elektrode auf der n-Schicht eines Bereichs mit hoher Ladungsträgerkonzentration, der durch Ätzen wenig stens eines Teils des Substrats, auf dem der Halbleiter schichtabschnitt ausgebildet ist, freigelegt wird, angeord net. Wenn das Substrat entfernt wird, wird in dem Fall, in dem eine Pufferschicht mit einer kleinen Ladungsträgerkonzen tration auf dem Substrat vorhanden ist, auch die Puffer schicht durch Ätzen entfernt.

Die n-Schicht ist derart ausgebildet, daß die Ladungsträger konzentration der Emissionsschichtseite der n-Schicht in bei spielsweise dem Bereich zwischen 1 × 10¹⁸ und 9 × 10¹⁸ cm^-3 und bevorzugt in dem Bereich zwischen 1 × 10¹⁸ und 3 × 10¹⁸ cm^-3 liegt, während die Ladungsträgerkonzentration der n-Schicht, die mit der n-seitigen Elektrode zu versehen ist, beispiels weise in dem Bereich zwischen 1 × 10¹⁹ und 5 × 10¹⁹ cm_-3 liegt.

Es kann auch eine Struktur eingesetzt werden, bei der ein Substrat aus Metall derart vorgesehen ist, daß es elektrisch mit der Seite der p-Schicht des Halbleiterschichtabschnitts verbunden ist, um die p-seitige Elektrode zu bilden, während die gesamte Fläche der n-Schicht mit der höheren Ladungsträ gerkonzentration freiliegt und auf dieser die n-seitige Elek trode angeordnet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausfüh rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt, der einen LED-Chip gemäß einem Aus führungsbeispiel einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung veranschaulicht;

Fig. 2 einen Querschnitt, der einen LED-Chip eines modifi zierten Ausführungsbeispiels der Halbleiter-Lichtemissions einrichtung gemäß Fig. 1 veranschaulicht;

Fig. 3 einen Querschnitt, der einen LED-Chip eines weiteren modifizierten Ausführungsbeispiels der Halbleiter-Lichtemis sionseinrichtung gemäß Fig. 1 veranschaulicht; und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, die einen LED-Chip einer herkömmlichen Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung veran schaulicht.

Bei einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, wie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt, ist ein laminierter Halbleiterabschnitt bzw. ein Halbleiter schichtabschnitt 10 zum Erzeugen einer emittierenden Schicht auf der Oberfläche eines aus Saphir (Al₂O₃-Einkristall) oder dergleichen hergestellten isolierenden Substrats 1 ausgebil det. Mit einer p-Schicht 5 auf der Oberflächenseite ist eine p-seitige Elektrode 8 über eine (nicht gezeigte) diffundierte Schicht aus Metall elektrisch verbunden. Eine n-seitige Elek trode 9 ist derart ausgebildet, daß sie elektrisch mit einer n-Schicht 3 verbunden ist, die durch Entfernen eines Teils des Halbleiterschichtabschnitts 10 freigelegt wurde. Die Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung ist derart angeordnet, daß, wie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt, die n-Schicht 3 aus einer ersten Schicht 3a des Typs n mit einer Ladungsträ gerkonzentration, die für die Emissionseigenschaften geeignet ist und in Kontakt mit einer aktiven Schicht 4 steht; einer zweiten Schicht 3b des Typs n⁺ mit einer hohen Ladungsträger konzentration, die zur Herstellung eines ohmschen Kontakts geeignet ist; und einer dritten Schicht 3c des Typs n mit ge gebenen Ladungsträgerkonzentrationen hergestellt ist, und daß die n-seitige Elektrode 9 auf der zweiten Schicht 3b des Typs n⁺ mit einer höheren Ladungsträgerkonzentration als derjeni gen der ersten Schicht 3a des Typs n, die in Kontakt mit der aktiven Schicht 4 (der emittierenden Schicht) steht, vorgese hen ist.

Die Regulierung der Mengen von Dotierstoffen, die bei dem epitaxialen Wachstum der n-Schicht 3 zuzuführen sind, führt zu der Bildung der n-Schicht 3. Wenn beispielsweise die Lami nierung bzw. der Schichtaufbau der Halbleiterschichten mit tels einem MOCVD-Verfahren erfolgt, kann eine Erhöhung der Flußrate eines dotierenden Gases, das mit einem Prozeßgas zum Erzielen einer gewünschten Halbleiterschicht zuzuleiten ist, wie beispielsweise SiH₄, die Ladungsträgerkonzentration erhö hen, während eine Verringerung der Flußrate von SiH₄ die La dungsträgerkonzentration senken kann. Daher können die ge wünschten Halbleiterschichten auf die nachstehende Art und Weise erhalten werden. Auf eine Pufferschicht 2 wird die dritte Schicht 3c des Typs n epitaxial mit einer Dicke in der Größenordnung von 1 bis 2 µm so aufgewachsen, daß die La dungsträgerkonzentration beispielsweise eine Größenordnung von 1 × 10¹⁷ cm^-3 erreicht. Nachfolgend wird, um das Wachstum weiter fortzusetzen, die Flußrate des Dotiergases SiH₄ so er höht, daß die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ mit einer La dungsträgerkonzentration in der Größenordnung von 1 × 10¹⁹ bis 5 × 10¹⁹ cm^-3 mit einer Dicke in der Größenordnung von 2 bis 3 µm aufgewachsen wird. Sodann wird, um das Wachstum fortzusetzen, die Flußrate des Dotiergases SiH₄ so verrin gert, daß die erste Schicht 3a des Typs n mit einer Ladungs trägerkonzentration in der Größenordnung von 1 × 10¹⁸ bis 9 × 10¹⁸ cm^-3, bevorzugt von 1 × 10¹⁸ bis 3 × 10¹⁸ cm^-3, mit einer Dicke in der Größenordnung von 1 bis 2 µm aufgewachsen wird.

Es ist ausreichend, daß die Dicke der ersten Schicht 3a des Typs n in einem solchen Umfang bereitgestellt wird, daß eine Ladungsträger-Einschlußfunktion entsteht, so daß eine Dicke in der Größenordnung von wenigstens 0,5 µm ausreichend sein wird. Die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ muß mit einer Elek trode auf der durch Ätzen freigelegten Oberfläche versehen werden, um einen ohmschen Kontakt zu erhalten, so daß diese daher bevorzugt mit einer Dicke in der Größenordnung von 2 µm oder mehr bereitgestellt wird. Die dritte Schicht 3c des Typs n kann entweder eine hohe oder eine niedrige Ladungsträger konzentration aufweisen; selbst eine Nichtdatierung ist zu lässig. Demgemäß ist es auch dann, wenn die dritte Schicht 3c des Typs n fehlt und nur die erste Schicht 3a des Typs n und die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ vorhanden sind, ausrei chend, wenn eine Struktur bereitgestellt wird, bei der die erste Schicht 3a des Typs n in Kontakt mit der aktiven Schicht 4 steht und die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ mit der n-seitigen Elektrode 9 versehen ist.

Der Halbleiterschichtabschnitt 10 ist derart aufgebaut, daß die Niedrigtemperatur-Pufferschicht 2, die n-Schicht 3, die aktive Schicht 4 und die p-Schicht 5 (Hüllschicht) aufeinan derfolgend auf ein Substrat 1 laminiert bzw. geschichtet sind. Die Niedrigtemperatur-Pufferschicht 2 ist aus bei spielsweise GaN hergestellt und weist eine Dicke in der Grö ßenordnung von 0,01 bis 0,2 µm auf. Die n-Schicht 3, die eine Hüllschicht bildet, ist aus einem auf n-GaN und/oder AlGaN basierenden zusammengesetzten Halbleiter hergestellt (wobei sich das Verhältnis von Al zu Ga verschiedenartig ändern kann; dies soll im folgenden gelten), und weist die vorste hend erwähnte Struktur auf, in der wenigstens die erste Schicht 3a des Typs n und die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ enthalten sind. Die aktive Schicht 4 ist aus einem Material mit einer kleineren Bandlückenenergie als die der Hüll schicht, beispielsweise einem auf InGaN basierenden zusammen gesetzten Halbleiter, hergestellt und weist eine Dicke in der Größenordnung von 0,05 bis 0,3 µm auf. Die p-Schicht (Hüll schicht) 5 ist aus einer auf p-AlGaN basierenden zusammenge setzten Halbleiterschicht und/oder einer GaN-Schicht herge stellt und weist eine Dicke in der Größenordnung von 0,2 bis 1 µm auf. Es wird angemerkt, daß es einige Fälle gibt, in welchen der auf AlGaN basierende zusammengesetzte Halbleiter auf der Seite der aktiven Schicht 4 der n- und p-Hüllschich ten angeordnet ist, um den Ladungsträger-Einschlußeffekt zu steigern. Es ist daher ebenfalls möglich, daß die erste Schicht 3a des Typs n aus einer auf AlGaN basierenden zusam mengesetzten Halbleiterschicht hergestellt ist, während die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ aus einer GaN-Schicht herge stellt ist.

Die p-seitige Elektrode 8, die aus beispielsweise einer lami nierten Struktur aus Ti und Au hergestellt ist, ist derart bereitgestellt, daß sie über eine (nicht gezeigte) diffun dierte Schicht aus Metall elektrisch mit der p-Schicht 5 des Halbleiterschichtabschnitts 10 verbunden ist, während die n-seitige Elektrode 9, die aus beispielsweise einer Schicht aus einer Ti-Al-Legierung hergestellt ist, auf der zweiten Schicht 3b des Typs n⁺, die durch Entfernen eines Teils des Halbleiterschichtabschnitts 10 mittels eines Ätzvorgangs, der in einen Chip eines Wafers hinein erfolgt, freigelegt wurde, bereitgestellt ist, woraus die Erzeugung eines LED-Chips ge mäß dem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel resultiert.

Diese Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung wird auf die fol genden Art und Weise hergestellt. Beispielsweise mittels ei nem ein Verfahren zur chemischen metall-organischen Abschei dung aus der Dampfphase (metal-organic chemical vapor deposi tion method, MOCVD) werden Prozeßgase wie beispielsweise Tri methylgallium (TMG) und Ammoniak (nachstehend als NH₃ be zeichnet) und SiH₄ oder dergleichen als n-datierendes Gas zu sammen mit einem H₂-Trägergas zugeführt. Zunächst wird auf ein aus beispielsweise Saphir bestehendes Substrat 1 die aus einer GaN-Schicht hergestellte Niedrigtemperatur-Puffer schicht 2 mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,01 bis 0,2 µm bei niedrigen Temperaturen von etwa 400 bis 600°C auf gewachsen. Sodann wird die Flußrate des Dotiergases SiH₄ auf die Größenordnung von 0 bis 1 × 10^-4 Volumenprozent bezogen auf die Gesamtmenge der Gase festgelegt und die dritte Schicht 3c des Typs n mit derselben Zusammensetzung und einer Ladungsträgerkonzentration in der Größenordnung von 1 × 10¹⁷ cm^-3 mit einer Dicke in der Größenordnung von 2 µm aufgewach sen. Sodann wird die Flußrate von SiH₄ auf die Größenordnung von 1 × 10^-2 Volumenprozent festgelegt und die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ mit einer Ladungsträgerkonzentration in der Größenordnung von 1 × 10¹⁹ cm^-3 und einer Dicke in der Größen ordnung von 3 µm aufgewachsen. Weiter wird die Flußrate von SiH₄ auf die Größenordnung von 1 × 10^-3 Volumenprozent festge legt und die erste Schicht 3a des Typs n mit einer Ladungs trägerkonzentration in der Größenordnung von 1 × 10¹⁸ cm^-3 und einer Dicke in der Größenordnung von 2 µm aufgewachsen. Dann wird Trimethylindium (TMIn) als Prozeßgas hinzugefügt, um die aktive Schicht 4, die aus einem auf InGaN basierenden zusam mengesetzten Halbleiter hergestellt wird, mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,05 bis 0,3 µm auszubilden.

Sodann wird das Prozeßgas TMIn auf Trimethylaluminium (TMA) geändert und beispielsweise Dimethylzink (DMZn) als Dotiergas eingeleitet. Auf diese Art und Weise werden eine auf AlGaN basierende zusammengesetzte p-Halbleiterschicht mit einer La dungsträgerkonzentration in der Größenordnung von 1 × 10¹⁷ bis 1 × 10¹⁸ cm^-3 und, unter Beenden der Zufuhr von TMA, eine GaN-p-Schicht mit jeweils einer Dicke in der Größenordnung von 0,1 bis 0,5 µm laminiert, woraus die Erzeugung der p-Schicht 5 resultiert.

Danach werden beispielsweise Ni und Au aufgedampft, gefolgt von einem Sintervorgang, um eine diffundierte Schicht aus Me tall mit einer Dicke in der Größenordnung von 2 bis 100 nm auszubilden. Nachfolgend wird ein Teil des stapelförmig auf gebauten Halbleiterschichtabschnitts 10 durch einen reaktiven Ionenätzvorgang mit einem Chlorgas oder dergleichen geätzt, um die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ für die Ausbildung der n-seitigen Elektrode 9 freizulegen. Sodann wird ein Film aus Metall durch Verdampfen im Vakuum oder dergleichen aufge bracht, gefolgt von einem Sintervorgang, um die p-seitige Elektrode 8 und die n-seitige Elektrode 9 auszubilden, wo durch ein Chip entsteht. Auf diese Art und Weise kann demzu folge die in Fig. 1 gezeigte Halbleiter-Lichtemissionsein richtung erhalten werden.

In Übereinstimmung mit der hierin beschriebenen Halbleiter- Lichtemissionseinrichtung wird, während die n-Schicht auf der Seite der emittierenden Schicht (der aktiven Schicht 4 in dem Beispiel gemäß Fig. 1) derart erzeugt wird, daß die erste Schicht 3a des Typs n eine optimale Ladungsträgerkonzentrati on für den Ladungsträger-Einschlußeffekt hat, der Abschnitt, der mit der n-seitigen Elektrode 9 zu versehen ist, derart erzeugt, daß die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ eine hohe La dungsträgerkonzentration aufweist. Demgemäß kann die Elektro de so bereitgestellt werden, daß ein guter ohmscher Kontakt bei gleichzeitig außerordentlich guten Emissionseigenschaften gewährleistet ist. Es wird angemerkt, daß die p-seitige Elek trode über die diffundierte Schicht aus Metall bereitgestellt wird, so daß daher die Ladungsträgerkonzentration der p-Schicht für den ohmschen Kontakt glücklicherweise kein Pro blem darstellt. Als Folge hiervon werden der Kontaktwider stand verringert und eine Halbleiter-Lichtemissionseinrich tung mit geringer Vorwärtsspannung V_f erhalten. Dies ermög licht die Verbesserung des Lichtemissionswirkungsgrads und eine Verringerung der Leistungsversorgungsspannung.

In dem varstehend beschriebenen Beispiel wird die aus der Ti-Al-Legierung bestehende Schicht als n-seitige Elektrode 9 verwendet. Da jedoch der Abschnitt der n-Schicht 3, der mit der n-seitigen Elektrode 9 zu versehen ist, eine hohe La dungsträgerkonzentration aufweist, die die ohmschen Kontakt eigenschaften verbessert, können auch andere Legierungen wie beispielsweise Ti-Au, Ni-Au, Ti-Pt oder Au, Pt und derglei chen verwendet werden.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das den Querschnitt durch einen Chip einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß einem modi fizierten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zeigt. In diesem Beispiel wird die n-seitige Elektrode 9 nicht durch Entfernen eines Teils des Halbleiterschichtabschnitts 10 mittels Ätzen, um die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ freizulegen, bereitge stellt, sondern durch Entfernen eines Teils des Substrats 1 mittels Ätzen, um die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ freizule gen, so daß die n-seitige Elektrode 9 substratseitig bereit gestellt wird. In diesem Fall ist es stärker zu bevorzugen, daß keine dritte Schicht 3c des Typs n vorhanden ist. In dem Fall jedoch, in dem die dritte Schicht 3c des Typs n mit ei ner niedrigen Ladungsträgerkonzentration vorgesehen ist, wird ein Ätzvorgang für die dritte Schicht 3c des Typs n sowie auch für das Substrat 1 durchgeführt, um eine Kontaktöffnung 1a derart bereitzustellen, daß die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ freiliegt. Es wird angemerkt, daß Elemente, die gleich Elementen in Fig. 1 sind, mit denselben Bezugszeichen be zeichnet sind und daher eine Beschreibung derselben weggelas sen wird.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das ein weiteres modifiziertes Aus führungsbeispiel zeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist ei ne aus Al oder dergleichen hergestellte Metallplatte 11 auf der Seite der p-Schicht 5 vorgesehen, die als neues Substrat dient. Außerdem wird ein Saphir-Substrat beim stapelförmigen Anordnen der Halbleiterschichten durch Polieren oder derglei chen entfernt. Die durch das Entfernen freigelegte zweite Schicht 3b des Typs n⁺ ist mit der n-seitigen Elektrode 9 versehen. Auch bei der Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung mit einer derartigen Struktur umfaßt die n-Schicht 3 die er ste Schicht 3a des Typs n, die mit einer Ladungsträgerkonzen tration in Übereinstimmung mit den Emissionseigenschaften auf der Seite der aktiven Schicht 4 ausgebildet ist, und die zweite Schicht 3b des Typs n⁺ mit einer hohen Ladungsträger konzentration auf der Seite, die mit der p-seitigen Elektrode 9 zu versehen ist, wodurch dieselben Wirkungen wie vorstehend beschrieben erhalten werden. Es wird angemerkt, daß Elemente, die gleich Elementen in Fig. 1 sind, mit denselben Bezugszei chen bezeichnet sind und daher eine Beschreibung derselben weggelassen wird.

In jedem der vorstehenden Ausführungsbeispiele liegt die ak tive Schicht 4 zwischen der n-Schicht 3 und der p-Schicht 5 und dient die aktive Schicht 4 als emittierende Schicht, so daß somit eine Doppel-Hetero-Struktur implementiert wird. Je doch ist auch eine Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung mit einer pn-Übergang-Struktur, bei der die n-Schicht in direktem Kontakt mit der p-Schicht steht, auf dieselbe Art und Weise wie vorstehend beschrieben aufgebaut. In diesem Fall ist eine emittierende Schicht an dem Bereich des pn-Übergangs ausge bildet, und ist die n-Schicht derart aufgebaut, daß eine er ste Schicht 3a des Typs n mit einer Ladungsträgerkonzentrati on in Übereinstimmung mit den Emissionseigenschaften auf der Seite des pn-Übergangs ausgebildet wird, während der mit ei ner Elektrode zu versehende Abschnitt zu der zweiten Schicht 3b des Typs n⁺ wird. Das Material für die in jedem der vor stehenden Ausführungsbeispiele laminierten Halbleiterschich ten ist lediglich beispielhaft angegeben und in keiner Weise als beschränkend anzusehen.

In Übereinstimmung mit der Halbleiter-Lichtemissionseinrich tung gemäß den vorstehenden Ausführungsbeispielen wird unter Beibehaltung der Emissionseigenschaften bzw. -kennlinien der ohmsche Kontakt zwischen einer Elektrode und einer Halblei terschicht verbessert, woraus sich eine Halbleiter-Lichtemis sionseinrichtung mit geringer Betriebsspannung und exzellen tem Lichtemissionswirkungsgrad ergibt. Darüber hinaus kann der gute ohmsche Kontakt auf einfache Art und Weise und damit leicht erhalten werden. Dies führt zu einer Wirkung dahinge hend, daß die Beschränkung auf die Werkstoffe für das Metall der n-seitigen Elektrode verringert und dadurch der Bereich, aus dem das Metall für die Elektrode auswählbar ist, erwei tert wird.

Wie vorstehend beschrieben wurde, wird somit ein Halbleiter schichtabschnitt 10 bereitgestellt, bei dem auf Galliumnitrid basierende zusammengesetzte Halbleiterschichten, die eine n-Schicht 3 und eine p-Schicht 5 umfassen, zum Erzeugen einer emittierenden Schicht 4 auf einem Substrat schichtweise ange ordnet sind. Ferner sind eine n-seitige Elektrode 9 und eine p-seitige Elektrode 8 derart vorgesehen, daß diese elektrisch mit der n-Schicht 3 bzw. der p-Schicht 5 des Halbleiter schichtabschnitts 10 verbunden sind. Die n-Schicht 3 umfaßt wenigstens eine erste Schicht 3a des Typs n und eine zweite Schicht 3b des Typs n⁺ derart, daß die Ladungsträgerkonzen tration des mit der n-seitigen Elektrode 9 zu versehenden Ab schnitts höher ist als die Ladungsträgerkonzentration des Ab schnitts, der in Kontakt mit der emittierenden Schicht 4 steht. Demzufolge werden die ohmschen Kontakteigenschaften der n-Schicht 3 und der n-seitigen Elektrode 9 dahingehend verbessert, daß eine vorwärts gerichtete Spannung verringert wird, welches zu einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung mit hohem Lichtemissionswirkungsgrad führt.

Claims

1. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, gekennzeichnet durch:
ein Substrat (1);
einen Halbleiterschichtabschnitt (10), bei dem auf Gal liumnitrid basierende zusammengesetzte Halbleiterschichten (3, 4, 5), die eine n-Schicht (3) und eine p-Schicht (5) um fassen, zum Erzeugen einer emittierenden Schicht (4) auf das Substrat (1) laminiert sind; und
eine n-seitige Elektrode (9) und eine p-seitige Elektro de (8), die derart angeordnet sind, daß sie elektrisch mit der n-Schicht (3) bzw. der p-Schicht (5) des Halbleiter schichtabschnitts (10) verbunden sind; wobei
die n-Schicht (3) derart ausgebildet ist, daß die La dungsträgerkonzentration des mit der n-seitigen Elektrode (9) versehenen Abschnitts höher ist als die Ladungsträgerkonzen tration des Abschnitts, der in Kontakt mit der emittierenden Schicht (4) steht.

2. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die n-seitige Elektrode (9) auf der n-Schicht (3) eines Bereichs mit einer hohen Ladungsträ gerkonzentration, der durch Ätzen eines Teils des Halbleiter schichtabschnitts (10) über der emittierenden Schicht (4) freigelegt wurde, angeordnet ist.

3. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die n-seitige Elektrode (9) der art angeordnet ist, daß sie mit der n-Schicht (3) eines Be reichs mit hoher Ladungsträgerkonzentration, der durch Ätzen wenigstens eines Teils des Substrats (1), auf dem der Halb leiterschichtabschnitt (10) ausgebildet ist, freigelegt wur de, verbunden ist.

4. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die emissionsschichtseitige La dungsträgerkonzentration der n-Schicht (3) in dem Bereich zwischen 1 × 10¹⁸ und 9 × 10¹⁸ cm^-3 liegt, während die Ladungs trägerkonzentration der n-Schicht (3), die mit der n-seitigen Elektrode (9) versehen ist, in dem Bereich zwischen 1 × 10¹⁹ bis 5 × 10¹⁹ cm^-3 liegt.

5. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die emissionsschichtseitige La dungsträgerkonzentration der n-Schicht (3) in dem Bereich zwischen 1 × 10¹⁸ und 3 × 10¹⁸ cm^-3 liegt.

6. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat aus Metall (11) der art angeordnet ist, daß es elektrisch mit der Seite der p-Schicht (5) des Halbleiterschichtabschnitts (10) verbunden ist, um die p-seitige Elektrode (8) zu bilden, während die gesamte Fläche der n-Schicht (3) mit der höheren Ladungsträ gerkonzentration freiliegt und auf dieser die n-seitige Elek trode (9) angeordnet ist.