DE4433867A1 - Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung und Verfahren - Google Patents

Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung und Verfahren

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DE4433867A1
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Hideto Sugawara
Kazuhiko Itaya
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiter- Lichtemissionseinrichtung, insbesondere eine Halbleiter- Lichtemissionseinrichtung, die eine Emission mit kurzer Wellenlänge aufweist.
Vor kurzem wurde beispielsweise für eine Außenanzeige oder ein Verkehrssignal intensiv eine Lumineszenzdiode (LED) erforscht, die einen hohen Emissionswirkungsgrad und eine hohe Leuchtkraft aufweist. Jedoch ist es in einem Bereich kurzer Wellenlänge schwierig, einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Leuchtkraft zu erzielen. Es wurde eine LED erforscht, die ein neues Material als eine aktive Schicht verwendet, die einen breiteren Bandabstand aufweist und mit einem epitaktischen Aufwachsverfahren erzeugt werden kann.
Als Mischkristall ist InGaAlP ein mögliches Material, da ein Gitter von InGaAlP zu einem GaAs-Substrat ausgerichtet werden kann. Der der Energie-Bandabstand von InGaAlP ist weit (K.I. 12. Juli 1994, H.S. 12. Juli 1994) und die Emission von InGaAlP ist ein Direktübergangstyp. Es wird erwartet, daß eine LED unter Verwendung von InGaAlP als eine aktive Schicht eine LED für eine Emission mit kurzer Wellenlänge, beispielsweise für eine Gelbemission oder Grünemission, ist.
Der Lichtemissionswirkungsgrad der LED unter Verwendung von InGaAlP ist in einem Bereich mit kurzer Wellenlänge nicht groß genug. Der Grund hierfür besteht darin, da es zur Erreichung einer Emission mit einer kurzen Wellenlänge erforderlich ist, einen Energie-Bandabstand zu erweitern (K.I. 12. Juli 1994, H.S. 12. Juli 1994). Zur Verbreiterung des Energie-Bandabstands ist es erforderlich, die Al-Menge in dem InGaAlP zu erhöhen. Allerdings verursacht die Erhöhung der Al-Menge die Erzeugung (K.I. 12. Juli 1994, H.S. 12. Juli 1994) ein nicht Abstrahlen des Zentrums in einer Halbleiterschicht. Dies liegt daran, da bei dem Aufwachsen einer Halbleiterschicht aus InGaAlP das Al chemisch reaktiv ist und Sauerstoff in die Schicht hineinzieht. Dieser Sauerstoff wird zu einem nicht-abstrahlenden Zentrum.
Beispielsweise ist der Emissionswirkungsgrad einer gelben LED unter Verwendung von InGaAlP (In0,5(Ga0,7Al0,3)0,5P) ungefähr 1%, aber der Wirkungsgrad einer grünen LED unter Verwendung von InGaAlP (In0,5(Ga0,5Al0,5)0,5P), bei der der Al-Gehalt größer ist als derjenige der gelben LED, ist nur ungefähr 0,3%.
Um den Emissionswirkungsgrad zu verbessern, wird eine Reflexionsschicht, beispielsweise eine Bragg- Reflexionsschicht verwendet. Licht wird von der vorderen und hinteren Oberfläche eines Emissionsbereichs emittiert. Das Licht von der Rückseite trägt zu dem Wirkungsgrad nicht bei. Deshalb ist die Reflexionsschicht an der Rückseite des Emissionsbereichs angeordnet, um so das von der Rückseite emittierte Licht zu reflektieren. Ferner wird eine Stromverteilungsschicht oder Stromblockierungsschicht verwendet, um eine Emission aus einem Bereich unter einer oberen Elektrode, die einen Energieverlust verursacht, zu vermeiden. Diese Merkmale sind in der U.S. Pat. Nr. 5 153 889 beschrieben. Jedoch reichen die von diesen Merkmalen herrührenden Verbesserungen nicht aus.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
  • - eine Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung vorzusehen, die Licht in einem Bereich mit kurzer Wellenlänge, beispielsweise eine gelbe Farbe, eine grüne Farbe oder eine Farbe mit kürzerer Wellenlänge als diese emittieren kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
  • - eine Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung vorzusehen, die Licht in einem Bereich mit kurzer Wellenlänge aussenden kann, ohne den Al-Gehalt von InGaAlP zu erhöhen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
  • - eine Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung vorzusehen, die mit einem hohen Emissionswirkungsgrad Licht in einem Bereich kurzer Wellenlänge aussenden kann.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Halbleiter- Lichtemissionseinrichtung vor, die umfaßt:
einen Emissionsbereich, umfassend eine aktive Schicht, die Licht mit einer kurzen Wellenlänge und Licht mit einer langen Wellenlänge emittiert;
eine Reflexionsschicht, die auf dem Emissionsbereich gebildet ist und für das Licht mit der langen Wellenlänge ein größeres Reflexionsvermögen als das für Licht mit kurzer Wellenlänge aufweist, um so das Licht mit langer Wellenlänge an den Emissionsbereich zu reflektieren und um das Licht mit kurzer Wellenlänge durchzulassen.
Der Emissionsbereich kann erzeugt werden, indem ein gewisses Maß von mechanischer Spannung in die aktive Schicht hinein induziert wird. Ein ausreichender Betrag einer Zugspannung kann ein Emissionsspektrum aufspalten. Dadurch weist das Spektrum Spitzen von Licht mit kurzer Wellenlänge und von Licht mit langer Wellenlänge auf. Eine Wellenlänge von emittiertem Licht von dem Emissionsbereich durch die Reflexionsschicht ist kürzer als diejenige einer Einrichtung, bei der keine mechanische Spannung erzeugt wird.
Die Reflexionsschicht ist eine der Wähleinrichtungen für Licht mit kurzer Wellenlänge, die erlaubt, daß Licht mit kurzer Wellenlänge emittiert wird und das herauskommende Licht mit langer Wellenlänge verringert wird. Die Wähleinrichtung für Licht mit kurzer Wellenlänge umfaßt eine Reflexionseinrichtung oder ein Farbfilter oder dergleichen.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner eine Halbleiter- Lichtemissionseinrichtung vor, die umfaßt:
einen Emissionsbereich mit einer aktiven Schicht aus Halbleitermaterial, in die eine Zugspannung induziert wird, die ausreicht, um ein Emissionsspektrum aufzuspalten; und
eine erste Reflexionseinrichtung und eine zweite Reflexionseinrichtung, die auf beiden Seiten des Emissionsbereichs zur Bildung einer Sandwich-Struktur angeordnet sind.
Ein Reflexionsvermögen der ersten Reflexionseinrichtung für das Licht mit kurzer Wellenlänge ist größer als das für das Licht mit langer Wellenlänge, und ein Reflexionsvermögen der zweiten Reflexionseinrichtung für das Licht mit langer Wellenlänge ist größer als das für das Licht mit kurzer Wellenlänge. Dadurch wird die Intensität des Lichts mit kurzer Wellenlänge selektiv verstärkt und durch die zweite Reflexionseinrichtung emittiert.
Die vorliegende Erfindung sieht auch eine Halbleiter- Lichtemissionseinrichtung vor, die umfaßt:
ein Substrat aus einem Halbleiter eines ersten Leitfähigkeitstyps;
eine erste Reflexionsschicht aus dem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp, die auf dem Substrat gebildet ist;
einen Emissionsbereich, umfassend eine aktive Schicht, die aus einem Halbleiter besteht, auf den eine Zugspannung ausgeübt wird, die ausreicht, um ein Emissionsspektrum aufzuspalten;
eine zweite Reflexionsschicht aus einem Halbleiter eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die über dem Emissionsbereich gebildet ist;
eine erste Elektrode, um dem Emissionsbereich einen Träger des zweiten Leitfähigkeitstyps zuzuführen; und
eine zweite Elektrode, um dem Emissionsbereich einen Träger des ersten Leitfähigkeitstyps zuzuführen,
wobei das Emissionsspektrum Spitzen für das Licht mit kurzer Wellenlänge und für das Licht mit langer Wellenlänge aufweist, ein Reflexionsvermögen der ersten Reflexionsschicht für das Licht mit kurzer Wellenlänge größer ist als das für das Licht mit langer Wellenlänge, und ein Reflexionsvermögen der zweiten Reflexionsschicht für das Licht mit langer Wellenlänge größer als das für das Licht mit kurzer Wellenlänge ist.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner eine Halbleiter- Lichtemissionseinrichtung vor, die umfaßt:
ein Substrat aus n-Typ GaAs;
eine Pufferschicht aus einem n-Typ GaAs-Halbleiter auf dem Substrat;
eine erste Reflexionsschicht aus einem n-Typ Halbleiter, die auf der Pufferschicht gebildet ist;
eine erste Überzugsschicht aus einem n-Typ InAlP-Halbleiter, die auf der ersten Reflexionsschicht gebildet ist;
eine aktive Schicht aus einem nichtdotierten InGaAlP- Halbleiter, die auf der ersten Überzugsschicht gebildet ist und auf die eine Zugspannung ausgeübt wird, die ausreicht, um ein Emissionsspektrum aufzuspalten;
eine zweite Überzugsschicht aus einem p-Typ InAlP-Halbleiter, die auf der aktiven Schicht gebildet ist;
eine Strom-Blockierungsschicht aus einem n-Typ Halbleiter, die in einem Zentralabschnitt auf der zweiten Überzugsschicht gebildet ist;
eine erste Strom-Verteilungsschicht aus einem p-Typ GaAlAs- Halbleiter, die auf der zweiten Überzugsschicht und der Strom-Blockierungsschicht gebildet ist;
eine zweite Reflexionsschicht aus einem p-Typ Halbleiter, die auf der ersten Strom-Verteilungsschicht gebildet ist;
eine zweite Strom-Verteilungsschicht aus einem p-Typ GaAlAs- Halbleiter, die auf der zweiten Reflexionsschicht gebildet ist;
eine Kontaktschicht aus einem p-Typ GaAs-Halbleiter, der auf der zweiten Strom-Verteilungsschicht über der Strom- Blockierungsschicht gebildet ist;
eine erste Elektrode, die auf der Kontaktschicht gebildet ist; und
eine zweite Elektrode, die auf dem Substrat gebildet ist;
wobei das Emissionsspektrum Spitzen bei dem Licht mit kurzer Wellenlänge und bei dem Licht mit langer Wellenlänge aufweist, ein Reflexionsvermögen der ersten Reflexionsschicht für das Licht mit kurzer Wellenlänge größer als das für das Licht mit langer Wellenlänge ist, und ein Reflexionsvermögen der zweiten Reflexionsschicht für das Licht mit langer Wellenlänge größer als das für das Licht mit kurzer Wellenlänge ist.
Ferner sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verkürzung einer Wellenlänge von Licht vor, welches von einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung ausgesendet wird, die einen Emissionsbereich mit einer aktiven Schicht aus einem Halbleitermaterial umfaßt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Einleiten einer Zugspannung in die aktive Schicht, die ausreicht, um ein Emissionsspektrum der aktiven Schicht aufzuspalten, so daß das Spektrum zwei Spitzen bei Licht mit einer kurzen Wellenlänge und bei Licht mit einer langen Wellenlänge aufweist; und
Senden von Licht, welches von dem Emissionsbereich emittiert wird, durch eine Wähleinrichtung für Licht mit kurzer Wellenlänge, um die Intensität des Lichts mit langer Wellenlänge zu reduzieren und um zu ermöglichen, daß das Licht mit kurzer Wellenlänge emittiert wird.
Die vorliegende Erfindung sieht auch eine Halbleiter- Lichtemissionseinrichtung vor, die umfaßt:
einen Emissionsbereich mit einer aktiven Schicht aus einem Halbleitermaterial, in das eine Zugspannung eingeleitet wird, die ausreicht, um ein Emissionsspektrum aufzuspalten, so daß das Spektrum Spitzen bei Licht mit einer kurzen Wellenlänge und bei Licht mit einer langen Wellenlänge aufweist; und
eine erste Reflexionseinrichtung und eine zweite Reflexionseinrichtung, die auf beiden Seiten des Emissionsbereichs in einer Sandwich-Struktur angeordnet sind,
wobei ein Reflexionsvermögen der ersten Reflexionseinrichtung für das Licht mit kurzer Wellenlänge größer als das für das Licht mit langer Wellenlänge ist, und ein Reflexionsvermögen der zweiten Reflexionseinrichtung für das Licht mit langer Wellenlänge größer als das für das Licht mit kurzer Wellenlänge ist, wodurch die Intensität des Lichts mit kurzer Wellenlänge selektiv verstärkt und durch die zweite Reflexionseinrichtung emittiert wird.
Die vorliegende Erfindung sieht auch eine Halbleiter- Lichtemissionseinrichtung vor, die umfaßt:
ein Substrat aus einem Einkristallmaterial mit einer Gitterkonstante von a₀;
einen auf dem Substrat gebildeten Emissionsbereich, umfassend eine aktive Schicht aus einem Halbleitermaterial, welches eine Gitterkonstante aa aufweist, die die Beziehung (aa - a₀)/a₀ -0,01 erfüllt, was einem Emissionsspektrum mit zwei Spitzen bei Licht mit kurzer Wellenlänge und bei Licht mit langer Wellenlänge entspricht; und
eine erste und eine zweite Reflexionsschicht, die sich jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Emissionsbereichs befinden;
wobei ein Reflexionsvermögen der ersten Reflexionsschicht für das Licht mit kurzer Wellenlänge größer als das für das Licht mit langer Wellenlänge ist, und ein Reflexionsvermögen der zweiten Reflexionsschicht für das Licht mit langer Wellenlänge größer als das für das Licht mit kurzer Wellenlänge ist, wodurch das Licht mit kurzer Wellenlänge durch die zweite Reflexionsschicht emittiert wird.
Eine eingehendere Würdigung der vorliegenden Erfindung und viele ihrer offensichtlichen Vorteile ergeben sich unmittelbar durch das verbesserte Verständnis der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende eingehende Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung die ein Emissionsspektrum von In1-xGaxP unter Verwendung eines Substrats aus GaAs zeigt;
Fig. 2 eine Darstellung, die eine Bandabstands- Energie von In1-xGaxP unter Verwendung eines Substrats aus GaAs zeigt;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 eine Darstellung, die das Emissionsspektrum der ersten Ausführungsform ohne Reflexionsschichten zeigt;
Fig. 5 eine Darstellung, die das Reflexionsvermögen der ersten und zweiten Reflexionsschichten der Ausführungsform zeigt;
Fig. 6 eine Darstellung, die das Emissionsspektrum der ersten Ausführungsform zeigt;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 9 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Es ist bekannt, daß ein gewisser Betrag von Zugspannung, die auf eine aktive Schicht ausgeübt wird, die aus einem Verbundhalbleiter, beispielsweise einem III-V-Verbund besteht, eine Erhöhung oder Spitze eines Photo-Lumineszenz- Spektrums veranlaßt, sich in Richtung kurzer Wellenlängen zu verschieben, wie in der Veröffentlichung "C.C. Kuo et al., J. Appl. Phys. 57(12), 15. Juni 1985, S. 5428" oder in der Veröffentlichung D.P. Bour et al., Appl. Phys. Lett. 62(26), 28. Juni 1993, S. 3458 offenbart ist.
Ferner ist auch bekannt, daß ein gewisser Betrag von Zugspannung, die in eine aktive Schicht eingeleitet wird, die unter Spannung stehende (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P/GaxIn1-xP Einzel-Quantentropf(Quantum Well)-Strukturen aufweist, eine Spitze eines Photo-Lumineszenz-Spektrums veranlaßt, sich aufzuspalten, wie beispielsweise in der Veröffentlichung "M. Kondo et al., J. Crystal Growth 107(1991) S. 578 offenbart ist.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben in Erwägung gezogen, daß das Phänomen einer Aufspaltung einer Spitze eines Spektrums verwendet werden kann, um eine Emissionswellenlänge einer Halbleiter- Lichtemissionseinrichtung zu verkürzen. Sie haben eine Einrichtung erfunden, die eine Wähleinrichtung für Licht kurzer Wellenlänge umfaßt, die eine Emission des Lichts mit kurzer Wellenlänge erlaubt und die Intensität des Lichts mit langer Wellenlänge reduziert.
Fig. 1 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Ga-Gehalt in einer aktiven In1-xGaxP-Schicht unter Verwendung eines Substrats aus GaAs und ein Emissionsspektrum. Wenn x = 0,5 ist, dann ist der Wert einer mechanischen Spannung in der aktiven Schicht null und es existiert nur eine Erhöhung oder Spitze um ungefähr 640 nm in dem Emissionsspektrum. Wenn man den Ga-Gehalt erhöht, dann steigt der Wert einer Zugspannung an und die Spitze des Emissionsspektrums verschiebt sich auf die Seite kürzerer Wellenlänge. Jedoch ist der Verschiebebetrag klein, bis eine Aufspaltung der Spitze auftritt. Wenn beispielsweise x = 0,58 ist, dann ist der Betrag einer Zugspannung ungefähr -0,5% und die Spitze des Spektrums liegt bei ungefähr 630 nm.
Wenn x = 0,68 ist, dann ist der Betrag einer Zugspannung ungefähr -1,25% und die Spitze des Spektrums spaltet sich auf. Es existieren zwei Spitzen bei ungefähr 590 nm und ungefähr 620 nm. Der Verschiebebetrag von 640 nm (x = 0,5) bis 590 nm (x = 0,68) ist sehr groß.
In der vorliegenden Beschreibung wird ein Spannungsbetrag durch die folgende Formel ausgedrückt:
[(aa-a₀)/a₀] * 100 (%)
aa: eine Gitterkonstante einer aktiven Schicht ohne Spannung;
a₀: eine Gitterkonstante eines Substrats.
Wenn eine Zugspannung ausgeübt wird, dann ist der Spannungsbetrag negativ. Er ist ein berechneter Wert, d. h. ein geplanter Wert. Man nimmt an, daß das Aufspaltungsphänomen durch eine Bandaufspaltung bewirkt werden kann, weil in der Dickenrichtung die Negativspannungstransformation auftreten kann und ein Transformationsbetrag ungefähr zweimal so groß wie der Wert des Spannungsbetrags sein kann.
Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Spannungsbetrag in In1-xGaxP und einer Bandabstands-Energie. Eine Erhöhung des Betrags einer Zugspannung verursacht die Aufspaltung eines Valenzbandes in ein Band eines schweren Lochs, welches eine große effektive Masse aufweist, und in ein Band eines leichten Lochs, welches eine kleine effektive Masse aufweist. Die Bandabstands-Energie zwischen dem Valenzband des schweren Lochs und eines Leitungsbands wird groß. Die Rekombination zwischen dem Band des schweren Lochs und des Leitungsbands kann zu einer Emission mit kurzer Wellenlänge beitragen.
Die Emission bei 590 nm (gelbes Licht), die die Emission zwischen dem Valenzband mit schweren Löchern und dem Leitungsband von In1-xGaxP (x = 0,68) ist, gleicht derjenigen von In0,5(Ga1-xAlx)0,5P (x = 0,3) mit keiner Spannung. Durch Einleiten eines gewissen Spannungsbetrags in eine aktive Schicht ist es möglich, Licht mit einer kurzen Wellenlänge zu emittieren, ohne den Al-Gehalt zu erhöhen. Infolgedessen steigt die Intensität des Lichts an.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Halbleiter- Lichtemissionseinrichtung einen Emissionsbereich mit einer aus einem Halbleiter bestehenden aktiven Schicht, in der eine Zugspannung enthalten ist, die ausreicht, um ein Emissionsspektrum so aufzuspalten, daß das Spektrum Spitzen bei Licht mit einer kurzen Wellenlänge und Licht bei einer langen Wellenlänge aufweist.
Dieses Phänomen kann auftreten, wenn ein Halbleitermaterial als eine aktive Schicht verwendet wird, welches eine Valenzband-Entartung aufweist, die durch Spannung aufgespalten werden kann. Beispielsweise können III-V- Verbundmaterialien und II-VI-Verbundmaterialien verwendet werden, beispielsweise In1-xGaxAs [0 < x < 1], In1-xGaxP [0 < x < 1], In1-y(Ga1-xAlx)yP [0 x 1, 0 < y < 1] ZnS1-xSex[0 < x < 1].
In dieser Beschreibung wird ein Verbundmaterial, welches wenigstens drei Elemente umfaßt, ohne das Verhältnis dargestellt, beispielsweise als InGaAlP, InGaAs, InGaP, GaAlAs, InGaAsP oder ZnSSe.
Die Spannung kann durch epitaktisches Aufwachsen auf einem Einkristallsubstrat erzeugt werden, welches eine zu der aktiven Schicht unterschiedliche Gitterkonstante aufweist, beispielsweise GaAs oder InP.
Die aktive Schicht weist zwangsweise eine ausreichende Dicke auf, um Träger zu rekombinieren. Allgemein beträgt die Dicke ungefähr 100 bis 600 nm. Jedoch ist die aktive Schicht zwangsweise dünn, um eine Einleitung einer ausreichenden Spannung zu ermöglichen, beispielsweise ungefähr 1% oder mehr (absoluter Wert) und vorzugsweise größer als ungefähr 1,25% (absoluter Wert). In der Praxis kann der obere Grenzwert der Spannung ungefähr -1,5% betragen. Eine Halbleiterschicht mit einer übermäßigen Spannung läßt sich nicht epitaktisch aufwachsen, so daß die Dicke vorzugsweise zwischen 10 und ungefähr 30 nm ist.
Allgemein weist der Emissionsbereich eine Überzugsschicht auf der aktiven Schicht auf, die eine breitere Bandabstands- Energie aufweist, als die der aktiven Schicht, da Träger effektiv in die aktive Schicht injiziert werden. Die Struktur, bei der eine aktive Schicht zwischen einer p-Typ Überzugsschicht und einer n-Typ Überzugsschicht gelegt ist, wird als Doppelheterostruktur bezeichnet. Diese Doppelheterostruktur kann Träger von Elektronen und Löchern in der aktiven Schicht wirksam einschließen.
In der vorliegenden Erfindung kann eine aktive Schicht oder Überzugsschicht aus einer III-V oder II-VI Verbindung aufgebaut sein. Eine Supergitterstruktur oder Multi- Quantumtopf-Struktur (MQW) kann verwendet werden. Die Lichtemissionseinrichtung der vorliegenden Erfindung kann auch ohne die Überzugsschichten aufgebaut werden, obwohl ein Einschluß von Trägern in der aktiven Schicht weniger effektiv sein wird.
In der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Halbleiter- Lichtemissionseinrichtung ferner eine Wähleinrichtung für Licht mit kurzer Wellenlänge. Diese Einrichtung erlaubt die Emission von Licht mit kurzer Wellenlänge und reduziert die Intensität des Lichts mit langer Wellenlänge.
Beispielsweise umfaßt die Wähleinrichtung ein Filter, beispielsweise ein Farbfilter, welches aus Harz gebildet ist. Das Harz kann für die Einrichtung gegossenes Harz sein.
Eine andere Wähleinrichtung umfaßt eine erste Reflexionseinrichtung und eine zweite Reflexionseinrichtung, die angeordnet sind, um in einer Sandwich-Struktur auf beiden Seiten des Emissionsbereichs zu liegen. Ein Reflexionsvermögen der ersten Reflexionseinrichtung für das Licht mit kurzer Wellenlänge ist größer als das für das Licht mit langer Wellenlänge, und ein Reflexionsvermögen der zweiten Reflexionseinrichtung für das Licht mit langer Wellenlänge ist größer als das für das Licht mit kurzer Wellenlänge, wodurch das Licht mit kurzer Wellenlänge selektiv von der Seite der zweiten Reflexionseinrichtung emittiert wird.
Beispielsweise können die ersten und zweiten Reflexionseinrichtungen jeweils eine Mehrfachschicht aus einer Halbleiterstruktur umfassen, d. h. einen Bragg- Reflektor. Ein Bragg-Reflektor umfaßt Halbleiterschichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Ein Bragg-Reflektor kann selektiv Licht mit einer Wellenlänge innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs reflektieren. Dieser Bereich kann durch den Brechungsindex und die Dicke jeder Halbleiterschicht gesteuert werden. Er wird durch die folgende Formel dargestellt:
d = λ/4n
d: eine Dicke jeder Halbleiterschicht;
λ: eine Wellenlänge der Spitze des Reflexionsvermögens;
n: ein Brechungsindex jeder Schicht.
Beispielsweise kann die Kombination von In1-y(Ga1-xAlx)yP [0 x,y 1] und Ga1-xAlxAs [0 x 1], die Kombination aus (In1-xGax) (As1-yPy) [0 x,y 1] und eine II-VI-Verbindung, beispielsweise ZnSSe und ein Supergittermaterial verwendet werden.
Die Wähleinrichtung kann das durch die Spannung erzeugte Licht mit kurzer Wellenlänge wählen, so daß eine reine Farbe für das Licht mit kurzer Wellenlänge erhalten wird. Die Spitzenwellenlänge kann durch den Spannungsbetrag bestimmt werden, oder ergibt sich einfach durch ein Experiment unter Verwendung einer Photo-Lumineszenz. Infolgedessen kann das Reflexionsvermögen in geeigneter Weise bestimmt werden.
Wenn die erste und zweite Reflexionseinrichtung verwendet werden, steigt außerdem die Intensität von Licht mit kurzer Wellenlänge an. Die Intensität des Lichts mit kurzer Wellenlänge kann erhöht werden, indem lediglich die erste Reflexionseinrichtung verwendet wird, die auf einer gegenüberliegenden Seite zu der Lichtemissionsseite, d. h. einer Substratseite angeordnet ist. Jedoch kann die zweite Reflexionseinrichtung, die nahe einer Oberfläche der Einrichtung, d. h. nahe der Lichtemissionsseite angeordnet ist, die Intensität von Licht mit kurzer Wellenlänge mehr erhöhen, als dies im Fall einer Verwendung nur der ersten Reflexionseinrichtung erzielt wird.
Die Erfinder glauben, daß das Licht mit langer Wellenlänge, welches durch die zweite Reflexionseinrichtung auf einer Lichtemissionsseite reflektiert wird, in der aktiven Schicht absorbiert wird und die Energie des Lichts mit langer Wellenlänge kann verwendet werden, um Träger anzuregen, so daß die Intensität des Lichts mit kurzer Wellenlänge ansteigt. Diesbezüglich glaubt man, daß durch das Licht mit langer Wellenlänge eine Art von Photonen-Zurückgewinnung bewirkt wird, die Licht mit einer kurzen Wellenlänge erzeugt. Mit anderen Worten gesagt, die Energie des Lichts mit langer Wellenlänge ist kleiner als die des Lichts mit kurzer Wellenlänge, so daß das Licht mit langer Wellenlänge für die Emission von Licht mit kurzer Wellenlänge nicht effektiv ist, jedoch kann man in Erwägung ziehen, daß die Emission von Licht mit kurzer Wellenlänge durch das Licht mit langer Wellenlänge verursacht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Verwendung von InGaAlP als eine aktive Schicht Licht mit kurzer Wellenlänge erhalten werden, ohne einen Al-Gehalt in einer aktiven Schicht zu erhöhen. In diesem Fall ist eine Anzahl von nicht abstrahlenden Rekombinationszentren reduziert und der Emissionswirkungsgrad wird erhöht.
Die vorliegende Erfindung eignet sich für einen Bereich mit kurzer Wellenlänge, beispielsweise kürzer als 600 nm, vorzugsweise kürzer als 590 nm, da es schwierig ist, einen hohen Wirkungsgrad ohne Spannung zu erzielen.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ein Substrat 11 besteht aus einem mit Si bei 5*10¹⁸ cm-3 dotiertem n-Typ GaAs-Einkristall. Die Ebenenrichtung des Substrats 11 ist von der (100) Ebene um 15° zur [011) Richtung geneigt. Allgemein wird das Substrat, dessen Ebenenrichtung (100) ist oder um 25° oder weniger geneigt ist, d. h. ein Substrat, welches angewinkelt ist, bevorzugt, um einen guten Emissionswirkungsgrad oder eine Verkürzung einer Wellenlänge eines Emissionslichts zu erhalten. Allgemein ist eine Elektrode auf dem Substrat gebildet, so daß die Konzentration des Dotierungsmittels vorzugsweise größer als ungefähr 3*10¹⁸ cm-3 ist.
Eine Pufferschicht 12, die aus einem mit Si bei 5*10¹⁸ cm-3 dotierten n-Typ GaAs besteht, ist auf dem Substrat 11 gebildet. Die Dicke der Pufferschicht 12 ist ungefähr 0,5 µm. Die Pufferschicht 12 ist gebildet, um eine flache Oberfläche mit sehr wenigen Fehlstellen herzustellen, und ihre Dicke ist allgemein ungefähr 0,01 und ungefähr 1,0 µm. Die Konzentration des Dotierungsmittels ist im wesentlichen die gleiche, wie des Substrats. Wenn die Oberfläche des Substrats 11 sehr wenige Fehlstellen aufweist, dann wird die Pufferschicht 12 nicht benötigt.
Eine erste Reflexionsschicht 13 wird auf der Pufferschicht 12 gebildet. Die Spitze des Reflexionsvermögens der ersten Reflexionsschicht 13 wird auf ungefähr 550 nm eingestellt. Es ist möglich, alternierend die erste Reflexionsschicht 13 so zu laminieren, daß sie aus mit Si bei 5*10¹⁷ cm-3 dotierten n-In0,5Al0,5P-Schichten (Brechungsindex n = 4,05, Dicke d = 33,95 nm) und aus mit Si bei 5*10¹⁷ cm-3 dotierten Si- dotierten n-GaAs-Schichten (n = 3,97, d = 34,63 nm) besteht. Eine ausreichende Anzahl von jedem Schichttyp ist 10, was insgesamt 20 Schichten ergibt, die die Reflexionsschicht 13 bilden. Das Reflexionsverhalten kann in eine Sättigung gehen, wenn mehr als 10 Schichten von jedem Typ verwendet werden.
Eine erste Überzugsschicht 14, die aus mit Si bei 5*10¹⁷ cm-3 dotierten n-In0,5Al0,5P besteht, wird auf der ersten Reflexionsschicht 13 gebildet. Eine aktive Schicht 15, die aus undotiertem In0,35(Ga0,9Al0,1)0,65P besteht, wird auf der ersten Überzugsschicht 14 gebildet. Eine zweite Überzugsschicht 16, die aus mit Zn bei 5*10¹⁷ cm-3 dotiertem p-In0,5Al0,5P besteht, wird auf der aktiven Schicht 15 gebildet. Die Bandabstands-Energie der ersten und zweiten Überzugsschichten ist größer als die der aktiven Schicht. Ein Emissionsbereich besteht aus drei dieser Schichten 14, 15 und 16, die eine Doppelheterostruktur bilden.
Die Konzentration eines Dotierungsstoffs in der n-Typ Überzugsschicht 14 beträgt vorzugsweise zwischen ungefähr 2*10¹⁷ cm-3 bis ungefähr 1*10¹⁸ cm-3. Die Konzentration eines Dotierungsstoffs in der p-Typ Überzugsschicht 16 beträgt vorzugsweise ungefähr 5*10¹⁷ cm-3 bis ungefähr 1*10¹⁸ cm-3.
In dieser Ausführungsform ist die Dicke der aktiven Schicht 15 ungefähr 12 nm. Die Dicke der ersten Überzugsschicht 14 ist ungefähr 1 µm und beträgt vorzugsweise zwischen ungefähr 0,5 und ungefähr 1,0 µm. Die Dicke der zweiten Überzugsschicht 16 beträgt ungefähr 1 µm und beträgt vorzugsweise zwischen ungefähr 0,5 bis ungefähr 1,5 µm. Wenn die Dicke der ersten Überzugsschicht 14 m*λ/2 ist [λ: eine Wellenlänge von Licht mit einer kurzen Wellenlänge, m: eine ganze Zahl], dann kann die Intensität des Lichts mit kurzer Wellenlänge erhöht werden.
Eine Stromblockierungsschicht 17, die aus mit Si bei 1*10¹⁸ cm-3 dotiertem In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P besteht, wird auf dem Zentralabschnitt der zweiten Überzugsschicht 16 gebildet. Die Dicke der Strom-Blockierungsschicht 17 beträgt ungefähr 50 nm.
Die Strom-Blockierungsschicht 17 wird nicht immer benötigt, jedoch ist sie zur Verbesserung des Emissionswirkungsgrads vorteilhaft. Das Emissionslicht von dem Zentralabschnitt des Emissionsbereichs kann von der Einrichtung nicht emittiert werden, da das Licht von einer oberen Elektrode, die eine nachstehend noch beschriebene erste Elektrode 22 ist, reflektiert wird. Infolgedessen ist die Emission von dem Zentralabschnitt des Emissionsbereichs nutzlos und stellt einen Energieverlust dar. Die Strom-Blockierungsschicht schneidet den in den Zentralabschnitt des Emissionsbereichs zu injizierenden Strom ab, wodurch der Emissionswirkungsgrad verbessert wird.
Jedoch kann in dem Zentralabschnitt des Emissionsbereichs unter der Strom-Blockierungsschicht ein gewisser Emissionsbetrag auftreten, da von einem Seitenabschnitt, benachbart zum Zentralabschnitt Träger an den Zentralabschnitt geliefert werden können. Um das Licht von dem Zentralabschnitt des Emissionsbereichs zu verwenden, ist deshalb die Strom-Blockierungsschicht vorzugsweise für das emittierte Licht transparent.
Zur Stromblockierung kann die Strom-Blockierungsschicht aus einem Halbleitermaterial eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps relativ zu der zweiten Überzugsschicht, oder einem Isolator bestehen. Wenn die Strom- Blockierungsschicht aus Halbleitermaterial besteht, wird eine Sperrspannung (reverse bias) zwischen die Strom- Blockierungsschicht und die zweite Überzugsschicht angelegt. Um bei der Anwendung der Sperrspannung einen Durchbruch zu vermeiden, ist die Dotierungskonzentration der Strom- Blockierungsschicht vorzugsweise größer als 10¹⁸ cm-3. Die Dicke der Strom-Blockierungsschicht beträgt vorzugsweise ungefähr 20 bis ungefähr 150 nm. Es existiert eine Stufe zwischen der Kante der Strom-Blockierungsschicht und der Oberfläche der zweiten Überzugsschicht 16. Eine übermäßige Dicke der Strom-Blockierungsschicht kann Schwierigkeiten bei der Aufbringung der nächsten auf die Strom- Blockierungsschicht und die zweite Überzugsschicht verursachen.
Eine erste Strom-Verteilungsschicht 18, die aus mit Zn bei 2*10¹⁸ cm-3 dotiertem p-(Ga0,2Al0,8)As besteht, wird auf der zweiten Überzugsschicht 16 und der Strom-Blockierungsschicht 17 gebildet. Die Dicke der Strom-Verteilungsschicht 18 ist ungefähr 1 µm.
Die erste Strom-Verteilungsschicht 18 wird nicht immer benötigt, jedoch ist sie wirksam, um eine flache Oberfläche zu erzielen, wenn die Strom-Blockierungsschicht 17 gebildet ist. Die Dicke der Strom-Verteilungsschicht 18 beträgt vorzugsweise ungefähr 0,5 bis 2 µm. Die Strom- Verteilungsschicht ist für das emittierte Licht transparent.
Eine zweite Reflexionsschicht 19 wird auf der Strom- Verteilungsschicht 18 gebildet. Die Spitze des Reflexionsvermögens der zweiten Reflexionsschicht ist auf ungefähr 600 nm eingestellt. Es ist möglich, die zweite Reflexionsschicht 19 so alternierend zu laminieren, daß sie aus mit Zn bei 1*10¹⁸ cm-3 dotierten p-AlAs-Schichten (Brechungsindex n = 3,10, Dicke d = 48,39 nm) und aus mit Zn bei 1*10¹⁸ cm-3 dotierten p-(Ga0,6Al0,4)As-Schichten (n = 3,67, d = 40,87 nm) besteht, um so die Reflexionsschicht 19 zu bilden. Die Anzahl jedes Schichttyps ist 30, so daß sich insgesamt 60 Schichten ergeben, die die Reflexionsschicht 19 bilden. Das Reflexionsverhalten kann in eine Sättigung gehen, wenn mehr als 30 Schichten von jedem Typ verwendet werden.
Eine zweite Strom-Verteilungsschicht 20, die aus mit Zn bei 2*10¹⁸ cm-3 dotiertem p-(Ga0,2Al0,8)As besteht, wird auf der zweiten Reflexionsschicht 19 gebildet. Die Dicke der Strom- Verteilungsschicht 20 beträgt ungefähr 7 µm.
Die zweite Strom-Verteilungsschicht 20 besitzt die Wirkung, den Strom von einer Elektrode, die nur auf dem Zentralabschnitt der Strom-Verteilungsschicht gebildet ist, zu verteilen. Die Dicke der Strom-Verteilungsschicht 20 beträgt vorzugsweise ungefähr 3 µm bis ungefähr 15 µm. Die Strom-Verteilungsschicht 20 ist für emittiertes Licht transparent, insbesondere für Licht mit kurzer Wellenlänge. Für eine wirksame Stromverteilung wird eine hohe Leitfähigkeit benötigt, die größer als der Emissionsbereich oder die zweite Reflexionsschicht ist. Deshalb ist die Dotierungskonzentration der Schicht 20 vorzugsweise größer als ungefähr 2*10¹⁸ cm-3.
Eine Kontaktschicht 21, die aus mit Zn bei 5*10¹⁸ cm-3 dotiertem p-GaAs besteht, wird auf der zweiten Strom- Verteilungsschicht 20 gebildet. Eine erste Elektrode 22, die aus einer AuZn-Legierung bestehen kann, wird auf der Kontaktschicht 21 gebildet. Die Kontaktschicht 21 ist nützlich, um einen Ohm′schen Kontakt herzustellen. Wenn ein Ohm′scher Kontakt ohne eine Kontaktschicht hergestellt werden kann, wird die Kontaktschicht nicht benötigt. Beispielsweise ist ein Verfahren zur Herstellung eines Ohm′schen Kontakts bekannt, bei dem ein Metall einer Elektrode mit einem Halbleiter legiert wird.
Eine zweite Elektrode 23, die aus einer AuGe-Legierung bestehen kann, wird auf der entgegengesetzten Seite des Substrats 11 gebildet. Die zweite Elektrode 23 und das Substrat 11 bilden einen Ohm′schen Kontakt.
Diese Schichten lassen sich auf dem Substrat 11 mit Hilfe eines Prozesses, beispielsweise einer MOCVD-Ablagerung (Metallorganisch-chemischen Aufdampfung) eines MBE-Verfahrens (Molekularstrahlepitaxie) oder eines MEE-Verfahrens (Migrations-verstärkte Epitaxie) epitaktisch aufwachsen. Die Strom-Blockierungsschicht 18 und die Kontaktschicht 21 können mit Ätzprozessen hergestellt werden. Es existiert im wesentlichen keine Spannung in diesen Schichten, außer in der aktiven Schicht 15, da zwischen jeder Schicht und dem Substrat in der Gitterkonstanten im wesentlichen keine Differenz besteht. Die Differenz zwischen der Strom- Verteilungsschicht 18, 20 und dem Substrat ist ungefähr 0,2% und die Differenz der anderen ist ungefähr ± 0,1%.
In dieser Ausführungsform beträgt der Wert einer Zugspannung in der aktiven Schicht 15 ungefähr -1,25%. Dies ist ausreichend, um die Spitze des Emissionsspektrums der aktiven Schicht aufzuspalten. Um die Wirkungen einer Spannung zu zeigen, ist in Fig. 4 ein Emissionsspektrum ohne die ersten und zweiten Reflexionsschichten gezeigt. Das Spektrum weist zwei Spitzen bei ungefähr 550 nm und ungefähr 600 nm auf. Dies ist der Effekt der Zugspannung.
Fig. 5 zeigt das Reflexionsvermögen der ersten und zweiten Reflexionsschichten dieser Ausführungsform. Die erste Reflexionsschicht 13 an der Substratseite der aktiven Schicht kann das Licht von 600 nm transmittieren, reflektiert aber das Licht mit 550 nm. Die zweite Reflexionsschicht 19 auf der Substratseite der aktiven Schicht kann das Licht mit 550 nm transmittieren, reflektiert aber das Licht mit 600 nm. Das von der aktiven Schicht 15 emittierte Licht mit 600 nm wird durch die zweite Reflexionsschicht 19 so reflektiert, daß das Licht an die aktive Schicht 15 zurückläuft. Das von der aktiven Schicht 15 an die Substratseite emittierte Licht mit 550 nm wird durch die erste Reflexionsschicht an die aktive Schicht 15 und die Oberflächenseite reflektiert.
Fig. 6 zeigt das Emissionsspektrum dieser Ausführungsform. Die ersten und zweiten Reflexionsschichten bewirken eine Erhöhung der Lichtintensität bei 550 nm und eine Verkleinerung der Lichtintensität bei 600 nm.
Wenn nur die erste Reflexionsschicht vorgesehen ist, ist die Lichtintensität bei 550 nm ungefähr 2,5mal so groß wie die Lichtintensität ohne die ersten und zweiten Reflexionsschichten. Wenn allerdings die ersten und zweiten Reflexionsschichten vorgesehen sind, wird die Intensität ungefähr fünfmal so groß wie die Intensität ohne die ersten und zweiten Reflexionsschichten. Man nimmt an, daß diese Verbesserung durch die voranstehend erwähnte Photonen- Wiederaufbereitung verursacht wird. Ferner wird angenommen, daß ein Anstieg der Lichtintensität bei 550 nm erzielt werden kann, indem nur die zweite Reflexionsschicht vorgesehen ist.
Wenn ein Sperrstrom 20 mA ist, dann ist die Lichtintensität bei 550 nm ohne die ersten und zweiten Reflexionsschichten 2 cd. Die Intensität wird mit nur der ersten Reflexionsschicht 5 cd und mit den ersten und zweiten Reflexionsschichten 10 cd.
Eine Einrichtung mit einer aktiven Schicht aus In0,5(Ga0,55Al0,45)0,5P ohne Spannung kann grünes Licht bei 550 nm emittieren, aber die Intensität ist nur ungefähr 2 cd.
Deshalb wird festgestellt, daß die auf die aktive Schicht ausgeübte Spannung die Wirkung besitzt, die Intensität einer Emission mit kurzer Wellenlänge zu erhöhen, und ferner daß die zweite Reflexionsschicht eine große Wirkung besitzt, um die Intensität von Licht mit kürzerer Wellenlänge eines aufgespaltenen Spektrums zu erhöhen.
In der ersten Ausführungsform kann sich der Wirkungsgrad einer Emission mit der Dicke der ersten Überzugsschicht 14 verändern. Die Dicke beträgt vorzugsweise ungefähr m*λ/2 [m: ganze Zahl, λ: Wellenlänge]. λ ist vorzugsweise die Wellenlänge der Spitze auf der Seite mit kürzerer Wellenlänge des aufgespaltenen Spektrums, so daß die Selektivität des Lichts mit kurzer Wellenlänge verbessert ist.
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In der ersten Ausführungsform wird die Strom- Blockierungsschicht 17 nicht an der in Fig. 3 gezeigten Position benötigt. In der zweiten Ausführungsform wird die Position der Strom-Blockierungsschicht 17 so verändert, daß sie auf der zweiten Reflexionsschicht 19 ist. Die erste Strom-Verteilungsschicht 18 wird gebildet, so daß sie eine flache Oberfläche wie in der ersten Ausführungsform aufweist. Da die Strom-Blockierungsschicht 17 auf die zweite Reflexionsschicht bewegt wird, wird die erste Strom- Verteilungsschicht 18 überflüssig erforderlich, so daß die erste Strom-Verteilungsschicht 18 in der zweiten Ausführungsform nicht vorgesehen ist. Die Beschreibung der übrigen Schichten ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform und erübrigt sich.
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In der ersten Ausführungsform wird die Strom- Blockierungsschicht 17 nicht benötigt. Die dritte Ausführungsform weist die Strom-Blockierungsschicht 17 nicht auf. Die Beschreibung des Rests der dritten Ausführungsform ist ansonsten die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.
In der ersten Ausführungsform werden die ersten und zweiten Reflexionsschichten als die Wähleinrichtung für Licht mit kurzer Wellenlänge verwendet. Jedoch kann als die Einrichtung ein gegossenes Harz verwendet werden. Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Halbleiter- Lichtemissionseinrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In dieser Ausführungsform umfaßt ein Halbleiterchip 101, eine unter Spannung stehende aktive Schicht, die auf einer Zuleitung 102 angebracht und mit einem farbigen Harz 103, beispielsweise Epoxydharz oder dergleichen, das das Austreten von Licht mit kurzer Wellenlänge ermöglicht und das Licht mit langer Wellenlänge abschneidet, vergossen ist.
Natürlich sind angesichts der obigen Lehre vielerlei Modifikationen und Abänderungen der vorliegenden Erfindung möglich. Es versteht sich deshalb von selbst, daß die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche anders als insbesondere hier beschrieben ausgeführt werden kann.

Claims (18)

1. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, umfassend:
ein Substrat (11) aus n-Typ GaAs;
eine Pufferschicht (12) aus einem n-Typ GaAs-Halbleiter auf dem Substrat (11);
eine erste Reflexionsschicht (13) aus einem n-Typ- Halbleiter, die auf der Pufferschicht (12) gebildet ist;
eine erste Überzugsschicht aus einem n-Typ InAlP- Halbleiter, die auf der ersten Reflexionsschicht (13) gebildet ist;
eine aktive Schicht (15) aus einem nicht dotierten InGaAlP-Halbleiter, die auf der ersten Überzugsschicht (14) gebildet ist und auf die eine Zugspannung ausgeübt wird, die ausreicht, um ein Emissionsspektrum der aktiven Schicht (15) aufzuspalten;
eine zweite Überzugsschicht (16) aus einem p-Typ InAlP- Halbleiter, die auf der aktiven Schicht (15) gebildet ist;
eine Strom-Blockierungsschicht (17) aus einem n-Typ- Halbleiter, die auf einem Zentralabschnitt der zweiten Überzugsschicht (16) gebildet ist;
eine erste Strom-Verteilungsschicht aus einem p-Typ GaAlAs-Halbleiter, die auf der zweiten Überzugsschicht (16) und der Strom-Blockierungsschicht (17) gebildet ist;
eine zweite Reflexionsschicht (19), die aus einem p-Typ- Halbleiter besteht und auf der ersten Strom- Verteilungsschicht (18) gebildet ist;
eine zweite Strom-Verteilungsschicht (20) aus einem p- Typ GaAlAs-Halbleiter, die auf der zweiten Reflexionsschicht (19) gebildet ist;
eine Kontaktschicht (21) aus einem p-Typ GaAs- Halbleiter, die auf der zweiten Strom-Verteilungsschicht (20) über der Strom-Blockierungsschicht (17) gebildet ist;
eine erste Elektrode (22), die auf der Kontaktschicht (21) gebildet ist; und
eine zweite Elektrode (23), die auf dem Substrat (11) gebildet ist
wobei das Emissionsspektrum zwei Spitzen (550 nm; 600 nm) bei Licht mit kurzer Wellenlänge und Licht mit langer Wellenlänge aufweist, ein Reflexionsvermögen der ersten Reflexionsschicht (13) für Licht kurzer Wellenlänge größer als das für das Licht mit langer Wellenlänge ist, und ein Reflexionsvermögen der zweiten Reflexionsschicht (19) für Licht mit langer Wellenlänge größer als das für Licht mit kurzer Wellenlänge ist.
2. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gitterkonstante (aa) der aktiven Schicht (15) die Beziehung (aa - a₀)/a₀ -0,01 erfüllt [a₀: eine Gitterkonstante des Substrats (11)].
3. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, umfassend:
ein Substrat (11) aus einem Halbleiter eines ersten Leitfähigkeitstyps (n);
eine erste Reflexionsschicht (13) aus dem Halbleiter des ersten Leitfähigkeitstyps (n), die auf dem Substrat (11) gebildet ist;
einen Emissionsbereich (14, 15, 16; 17, 18), umfassend eine aktive Schicht (15) aus einem Halbleiter, auf den Zugspannung ausgeübt wird, die ausreicht, um ein Emissionsspektrum aufzuspalten;
eine zweite Reflexionsschicht (19) aus einem Halbleiter eines zweiten Leitfähigkeitstyps (p), die auf dem Emissionsbereich (14, 15, 16; 17, 18) gebildet ist;
eine erste Elektrode (21, 22), um dem Emissionsbereich (14, 15, 16; 17, 18) einen Träger des zweiten Leitfähigkeitstyps (p) zuzuführen; und
eine zweiten Elektrode (23), um dem Emissionsbereich (14, 15, 16; 17, 18) eine Träger des ersten Leitfähigkeitstyps (n) zuzuführen;
wobei das Emissionsspektrum zwei Spitzen (550 nm; 600 nm) bei Licht mit einer kurzen Wellenlänge und bei Licht mit einer langen Wellenlänge aufweist, ein Reflexionsvermögen der ersten Reflexionsschicht (13) für das Licht mit kurzer Wellenlänge größer als das für das Licht mit langer Wellenlänge ist, und ein Reflexionsvermögen der zweiten Reflexionsschicht (19) für das Licht mit langer Wellenlänge größer als das für das Licht mit kurzer Wellenlänge ist.
4. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reflexionsschicht (13) und die zweite Reflexionsschicht (19) zu dem Substrat (11) ausgerichtet sind, und eine Gitterkonstante (aa) der aktiven Schicht (15) die Beziehung (aa - a₀)/a₀ -0,01 erfüllt [a₀: eine Gitterkonstante des Substrats (11)].
5. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend eine auf der zweiten Reflexionsschicht (19) gebildete Strom-Verteilungsschicht (20), die eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die des Emissionsbereichs (14, 15, 16; 17, 18) aufweist, wobei die erste Elektrode (21, 22) auf der Strom- Verteilungsschicht (20) gebildet ist.
6. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des Lichts mit kurzer Wellenlänge kürzer als ungefähr 600 nm ist.
7. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, umfassend:
einen Emissionsbereich (14, 15, 16; 17, 18) mit einer aktiven Schicht (15) aus einem Halbleitermaterial, auf das eine Zugspannung ausgeübt wird, die ausreicht, um ein Emissionsspektrum aufzuspalten, so daß das Spektrum Spitzen (550 nm; 600 nm) bei Licht mit einer kurzen Wellenlänge und bei Licht mit einer langen Wellenlänge aufweist; und
eine erste Reflexionseinrichtung (13) und eine zweite Reflexionseinrichtung (19), die auf beiden Seiten des Emissionsbereichs (14, 15, 16; 17, 18) in Sandwich- Struktur angeordnet sind, wobei ein Reflexionsvermögen der ersten Reflexionseinrichtung (13) für das Licht mit kurzer Wellenlänge größer als das für das Licht mit langer Wellenlänge ist, und ein Reflexionsvermögen der zweiten Reflexionseinrichtung (19) für das Licht mit langer Wellenlänge größer als das für das Licht mit kurzer Wellenlänge ist, wodurch die Intensität des Lichts mit kurzer Wellenlänge selektiv verstärkt und durch die zweite Reflexionseinrichtung (19) emittiert wird.
8. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, umfassend:
einen Emissionsbereich (14, 15, 16; 17, 18) umfassend eine aktive Schicht (15) aus einem Halbleitermaterial, auf die Zugspannung ausgeübt wird, die ausreicht, um ein Emissionsspektrum aufzuspalten, so daß das Spektrum Spitzen (550 nm; 600 nm) bei Licht mit einer kurzen Wellenlänge und bei Licht mit einer langen Wellenlänge aufweist; und
eine Wähleinrichtung (13, 19) für Licht mit kurzer Wellenlänge, um zu ermöglichen, daß das Licht mit kurzer Wellenlänge von der Einrichtung emittiert und die Intensität des Lichts mit langer Wellenlänge reduziert wird.
9. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wähleinrichtung (13, 19) für Licht mit kurzer Wellenlänge eine Reflexionsschicht (19) umfaßt, die für das Licht mit kurzer Wellenlänge durchlässiger als für das Licht mit langer Wellenlänge ist.
10. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wähleinrichtung (13, 19) für Licht mit kurzer Wellenlänge ein farbiges vergossenes Harz umfaßt.
11. Verfahren zur Verkürzung einer Wellenlänge von emittiertem Licht von einer Halbleiter- Lichtemissionseinrichtung, die einen Emissionsbereich (14, 15, 16; 17, 18) mit einer aktiven Schicht (15) aus einem Halbleitermaterial umfaßt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Einleiten einer Zugspannung auf die aktive Schicht (15), die ausreicht, um ein Emissionsspektrum der aktiven Schicht (15) aufzuspalten, so daß das Spektrum zwei Spitzen (550 nm, 600 nm) bei Licht mit kurzer Wellenlänge und bei Licht mit langer Wellenlänge aufweist; und
Senden von Licht, welches von dem Emissionsbereich (14, 15, 16; 17, 18) emittiert wird, durch eine Wähleinrichtung (19) für Licht mit kurzer Wellenlänge, um die Intensität von Licht mit langer Wellenlänge herabzusetzen und um zu ermöglichen, daß das Licht mit kurzer Wellenlänge emittiert wird.
12. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, umfassend:
einen Emissionsbereich (14, 15, 16), umfassend eine aktive Schicht (15), die Licht mit kurzer Wellenlänge und Licht mit langer Wellenlänge emittiert;
eine Reflexionsschicht (19), die auf dem Emissionsbereich (14, 15, 16; 17, 18) gebildet ist und
ein Reflexionsvermögen für das Licht mit langer Wellenlänge aufweist, welches größer ist als das für das Licht mit kurzer Wellenlänge, um so das Licht mit langer Wellenlänge an den Emissionsbereich (14, 15, 16; 17, 18) zu reflektieren und das Licht mit kurzer Wellenlänge zu transmittieren.
13. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, umfassend:
einen Emissionsbereich (14, 15, 16) mit einer aktiven Schicht (15), die Licht mit kurzer Wellenlänge und Licht mit langer Wellenlänge aussendet;
eine erste Reflexionsschicht (13) mit einem Reflexionsvermögen für das Licht mit kurzer Wellenlänge, welches größer ist als das für das Licht mit langer Wellenlänge; und
eine zweite Reflexionsschicht (19) mit einem Reflexionsvermögen für das Licht mit langer Wellenlänge, welches größer ist als das für das Licht mit kurzer Wellenlänge;
wobei der Emissionsbereich (14, 15, 16; 17, 18) zwischen den ersten und zweiten Reflexionsschichten (13, 19) angeordnet ist, so daß das Licht mit kurzer Wellenlänge durch die zweite Reflexionsschicht (19) emittiert wird.
14. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zugspannung auf die aktive Schicht (15) ausgeübt wird.
15. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung, umfassend:
ein Substrat (11) aus einem Einkristallmaterial mit einer Gitterkonstanten von a₀;
einen Emissionsbereich (14, 15, 16; 17, 18), der auf dem Substrat (11) gebildet ist und eine aktive Schicht (15) aus einem Halbleitermaterial umfaßt, welches eine Gitterkonstante von aa aufweist, die die Beziehung (aa - a₀)/a₀ -0,01 erfüllt, was einem Emissionsspektrum mit zwei Spitzen (550 nm, 600 nm) von Licht mit kurzer Wellenlänge und Licht mit langer Wellenlänge entspricht; und
eine erste und eine zweite Reflexionsschicht (13, 19), die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Emissionsbereichs (14, 15, 16; 17, 18) angeordnet sind;
wobei ein Reflexionsvermögen der ersten Reflexionsschicht (13) für das Licht mit kurzer Wellenlänge größer als das für das Licht mit langer Wellenlänge ist, und ein Reflexionsvermögen der zweiten Reflexionsschicht (19) für das Licht mit langer Wellenlänge größer als das für das Licht mit kurzer Wellenlänge ist, wodurch das Licht mit langer Wellenlänge durch die zweite Reflexionsschicht (19) emittiert wird.
16. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reflexionsschicht (13) zwischen dem Substrat (11) und dem Emissionsbereich (14, 15, 16; 17, 18) gebildet ist.
17. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Reflexionsschicht (19) auf dem Emissionsbereich (14, 15, 16; 17, 18) gebildet ist.
18. Halbleiter-Lichtemissionseinrichtung nach Anspruch 15, ferner umfassend eine Strom-Verteilungsschicht (20), die eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die des Emissionsbereichs (14, 15, 16; 17, 18) aufweist und auf der zweiten Reflexionsschicht (19) gebildet ist, eine erste Elektrode (21, 22), die in einem Zentralabschnitt der Strom-Verteilungsschicht (20) gebildet ist und eine zweite Elektrode (21), die auf dem Substrat (11) gebildet ist.
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