DE2028572A1 - Semiconductor material for the emission of - visible pumped electroluminescence - Google Patents
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Abstract
Description
Halbleiterstoffe und Halbleitervorrichtungen, sowie Verfahren zu deren Herstellung Priorität: 11. Juni 1969, U.S.A. 832 276 Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Halbleiterstoffe und -vorrichtungen mit III - V Verbindungen und insbesondere solche Stoffe und Vorrichtungen, die zur Erzeugung einer sichtbaren Injektionselektroluminiszenz verwendbar sind. Semiconductor materials and devices, and methods too their manufacture priority: June 11, 1969, U.S.A. 832 276 The present invention relates generally to III-V compound semiconductor materials and devices and in particular those substances and devices that are used to generate a visible Injection electroluminescence can be used.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein verbessertes Verfahren, das zur Herstellung von Halbleiterstoffen und -vorrichtungen verwandt werden kann, die eine beträchtlich verringerte Fehlanpassung der Gitterkonstante aufweisen.The present invention further relates to an improved method, which can be used to manufacture semiconductor materials and devices, which have a significantly reduced lattice constant mismatch.
Die zur Zeit am besten bekannten Halbleiterstoffe und -vorrichtungen mit der höchsten Lichtausbeute in der Nähe der Kantenemission werden aus dem Dreistofflegierungssystem GaAs1-xPx hergestellt. Mit dem Ausdruck "in der Na.he der Kantenemission" soll die Emission umfaßt werden, die sich durch stahlende Wiedervereinigung von Elektronen und Löchern über den Energiebandabstand des Halbleitermaterials ergibt, ebenso wie die strahlende Wiedervereinigung von Elektronen und Löchern, die aus hiodrigen Fehlstellen stammen und/oder in diesen enden. Die relative innere Quantenausbeute #q, in des GaAs 1-xPx Legierungssystems bezogen auf #q, in von GaAs (die im folgendem als normierte innere Quantenausbeute bezeichnet werden soll, die photopische (photoie) Leuchtdichte Y10, # bezogen auf ihren maximalen Wert (die im folgenden als normierte photopische Leuchtdichte bezeichnet werden soll) und deren Produkt 9 (das im folgenden als normierte Leuchtdichtenausbeute bezeichnet werden soll) , sind in Fige 1 als Funktion der Zusammensetzung, des Energiebandabstandes und der Wellenlänge des emittierten Lichtes aufgetragen. Sowohl #q, als auch ## sind für drei Verhältnisse (1, 10 und 100) der Elektronenwiedervereinigungslebendauer #X der Überschlßladungsträger in den indirekten Leitungsbandminima zu der Elektrodenwiedervereingungslebensdauer ## der Überschußladungsträger in dem direkten Leitungsbandminimum aufgetragen.The best known semiconductor materials and devices today with the highest luminous efficacy in the vicinity of the edge emission are made of the three-component alloy system GaAs1-xPx manufactured. With the expression "in the vicinity of the edge emission" the Emission are covered by the steel reunification of electrons and holes across the energy band gap of the semiconductor material, as well as the radiant reunion of electrons and holes resulting from periodic voids originate and / or end in these. The relative inner quantum yield #q, in des GaAs 1-xPx alloy system based on #q, in of GaAs (which in the following is standardized as inner quantum yield should be referred to, the photopic (photoie) luminance Y10, # based on its maximum value (the following as normalized photopic luminance is to be designated) and its product 9 (hereinafter should be referred to as normalized luminance yield), are shown in Fig. 1 as Function of the composition, the energy band gap and the wavelength of the emitted Applied light. Both #q and ## are for three ratios (1, 10 and 100) the electron reunification lifetime #X of the excess carriers in the indirect conduction band minima to the electrode reconnection life ## the excess charge carriers plotted in the direct conduction band minimum.
Dieses Verhältnis wird im folgenden als das Wiedervereinim gungslebensdauerverhältnis bezeichnet. Dieses Verhältnis vergrößert sich mit der kristallinen Reinheit und der kristallinen Vollkommenheit des Legierungssystems, und es reicht herkömmlicherweise von einem Wert 1 bis 10, obgleich in naher Zukunft Werte von etwa 100 möglich sein dürften.This ratio is hereinafter referred to as the reunion life ratio designated. This ratio increases with the crystalline purity and the crystalline perfection of the alloy system, and conventionally it suffices from a value of 1 to 10, although values of around 100 may be possible in the near future should.
Es wird in diesem Zusammenhang auf die USA-Patentschrift 3 398 310 verwiesen.Reference is made in this connection to U.S. Patent 3,398,310 referenced.
Wie aus Fig0 1 hervorgeht , beginnt die normierte innere Quantenausbeute #q, in des Dreistofflegierungssystems GaAs1 mit zunehmenden Werten von x bei Wellenlängen im Bereich von ungefähr 7500 bis 660 Å beträchtlich abzusinken, wenn das Wiedervereingungslebensdauerverhältnis ansteigt.As can be seen from Fig0 1, the normalized internal quantum yield begins #q, in the ternary alloy system GaAs1 with increasing values of x at wavelengths decrease considerably in the range of about 7500 to 660 Å when the reunification lifetime ratio increases.
Diese Wellenlängen sind wesentlich länger als die Wellenlänge der maximalen photopischen Leuchtdichte für das menschliche Auge (die ungefähr bei 5500 Å liegt). Daraus ist ersichtlich, daß für die Wiedervereinigungslebensdauerverhältnisse 1,10 und 100 normierte Leuctdichteausbeuten ## von größer als 0,01 nur oberhalb eines begrenzten Spektralbereiches einschließlih der Wellenlängen von ungefür 6000 bis 5700 Å erhalten werden können. Da das Wiederreinigungslebensdauerverhältnis eines GaAs1-xPx Legierungssystems zur Zeit zwischen 1 und 10 liegt, ist ersichtsich, daß die höchste normierte Lichtausbeute ## zur Zeit nicht größer als ungefähr 0,08 ist und von einer direkten Zusammensetzung bei einer Wellenlänge von ungefähr 6500 Å erhalten wird (wobei der Ausdruck direkte Zusammensetzung" als eine Zusammensetzung definiert wird, die unter dem Direkt-Indirekt-Ubergangspunkt liegt). Wie in der Zeichnung angedeutet ist, mag in der Zukunft far das Wiedervereinigungslebensdauerverhältnis 100 eine normierte Lichtausbeute # von 0,2 von einer indirekten Zusammensetzung bei einer Wellenlänge von ungefähr 6250 Å erhalten werden, (wobei unter dem Ausdruck indirekte Zusammensetzung" eine Zusammensetzung verstanden wird, die über dem Direkt-Indirekt-Übergangspunkt liegt). Darüberhinaus kann zur Zeit eine höhere normierte Lichtausbeute 7 # bei einer so kurzen Wellenlänge wie 6000 Å mit einigen indirekten Zusammensetzungen mit einem Wiedervereingungslebensdauerverhältnis größer als 1 (zum Beispiel 10) erhalten werden, als sie bei einer längeren Wellenlänge von irgendeiner direkten Zusammensetzung erhalten werden kann, die ein Wiedervereinigungslebensdauerverhältnis aufweist, das um eine Größenordnung kleiner (zum Beispiel 1) ist. Diese hohe, mit indirekten Zusammenwetzungen des GaAs1-xPx Legierungssystems erhaltene Leistung kann hauptsächlich aufgrund zweier tatsachen erklärt werden, die im einzelnen näher in der USA-Patentschrift 3 398 310 ausgeführt sind. Als erstes besitzen die indirekten Zusammensetzungen größere Energiebandabstände ls die direkten Zusammensetzungen dieses Legierungssystems. Zweitens beginnt der wirksame, strahlende, direkte Wiedervereinigungsmechanismus bei indirekten Zusammensetzungen in der Nähe des Direkt-Indirekt-Übergangspunktes (der im folgenden einfach als Übergangspunkt bezeichnet werden soll) erfolgreich mit dem ineffektiven, strahlungslosen, indirekten Wiedervereinigungsmechanismus in Wettbewerb zu treten, da die kristalline Reinheit und die kristalline Fehlerfreiheit des Systems soweit verbessert ist, daß das Wiedervereingungslebensdauerverhältnis größer als 1 ist. Es wird jedoch zur Zeit noch angenommen, daß man selbst in Zukunft mit elektrolumineszierenden Halbleitermaterialien und -vorrichtungen, die aus einem GaAs1-xPx Legierungssystem hergestellt sind, lediglich eine Emission von rotem oder orange Licht mit einer Lichtausbeute von nicht mehr als 0,2 Lumen pro Ampere erhalten kann.These wavelengths are much longer than the wavelength of the maximum photopic luminance to the human eye (which is approximately 5500 Å lies). From this it can be seen that for the reunion life ratios 1.10 and 100 normalized luminance yields ## of greater than 0.01 only above of a limited spectral range including wavelengths of about 6000 to 5700 Å can be obtained. As the re-cleaning life ratio of a GaAs1-xPx alloy system is currently between 1 and 10, it can be seen that the highest standardized light output ## for Time not bigger than about 0.08 and of direct composition at one wavelength of approximately 6500 Å (where the term direct composition "is used as a composition is defined that is under the direct-indirect transition point lies). As indicated in the drawing, may in the future be the reunion lifetime ratio 100 a normalized luminous efficacy # of 0.2 from an indirect composition at a wavelength of approximately 6250 Å, (where under the expression indirect composition "means a composition that is above the direct-indirect transition point lies). In addition, a higher standardized light yield 7 # can currently be achieved as short a wavelength as 6000 Å with some indirect compositions with a reunification lifetime ratio greater than 1 (e.g. 10) than they can be obtained at a longer wavelength from any direct Composition can be obtained that has a reunion life ratio which is an order of magnitude smaller (for example 1). This high, with indirect compositions of the GaAs1-xPx alloy system can mainly be explained on the basis of two facts, which are explained in more detail in U.S. Patent 3,398,310. First, have the indirect Compositions larger energy band gaps than the direct compositions this alloy system. Second, the effective, radiant, direct reunification mechanism begins for indirect compositions near the direct-indirect transition point (which will be referred to simply as the transition point in the following) successfully with the ineffective, radiationless, indirect reunification mechanism to compete because of the crystalline purity and the crystalline freedom from defects of the system is improved to such an extent that the reunification life ratio is greater than 1. However, it is currently still believed that one will even in the future with electroluminescent Semiconductor materials and devices, made from a GaAs1-xPx alloy system, only one emission of red or orange light with a luminous efficiency not exceeding 0.2 lumens per amp.
Demgemäß bezweckt die vorliegende Erfindung hauptsächlich, verbesserte, in der Nähe der Kante lumineszierende Halbleitermaterialien und -vorrichtungen anzugeben, mit denen man gelbes und grünes Licht mit einer höheren Lichtausbeute erhalten kann als es bisher mit einem Dreistoffsystem aus GaAs1-xPx möglich ist.Accordingly, the primary aim of the present invention is to provide improved, specify luminescent semiconductor materials and devices near the edge, with which one can get yellow and green light with a higher luminous efficacy than was previously possible with a three-component system made of GaAs1-xPx.
Die Erfindung strebt weiterhin ein verbessertes Halbleitermaterial an, das zur Herstellung von Transistoren, Schottky-Sperrschicht dioden, optischen Modulatoren und Detektoren, elektrolumineszierenden Injektionslichtquellen, Photodetektoren und anderen solchen Vorrichtungen verwandt, werden kann.The invention also seeks an improved semiconductor material on, which is used for the manufacture of transistors, Schottky barrier diodes, optical Modulators and detectors, electroluminescent injection light sources, photodetectors and other such devices.
Die aus dem Dreistoffsystem GaAs1-xPx hergestellten Halbleitermaterialien und -vorrichtungen werden im allgemeinen dadurch hergestellt, daß eine Schicht aus einer ausgewählten Zusammensetzung in der Nähe oder an dem Übergangspunkt des Systems epitaxial auf einer GaAs-Unterlage wachsen gelassen wird. Die Fehlanpassung in der Gitterkonstanten zwischen GaAs und der Übregangszusammensetzung des GaAs1-xPx Legierungssystems beträgt ungefähr 1,62 . Durch diese Fehlanpassung in der Gitterkonstanten zusammen mit dem Gradienten der Zusammensetzung, der während des Wachstums der epitaxialen Schicht der ausgewählten Zusammensetzung erzeugt wird, werden an der Grenzfläche zwischen der Unterlage und der epitaxialen Schicht Fehlstellen erzeugt. Bei einer so großen Fehlanpassung der Gitterkonstanten von 1t62 % besteht eine große Wahrscheinlichkeit dafür daß einige dieser Fehlstellen in die epitaxiale Schicht hineinwandern. Durch diese Fehlstellen in der epitaxialen Schicht werden Wiedervereinigungszentren gebildet, die mit denen für die gewünschte Emission in der Nähe der Kante in Wettbewerb treten. Dadurch werden auch p-n-Übergänge geschaffen, die später in die epitaxiale Schicht hineindiffundieren, so daß eine zackige, bzw. wellige Diffusionsfront gebildet wird. Durch diese Faktoren wird die Injektion und die Lichtausbeute der erhaltenen Halbleitermaterialien und -vorrichtungen herabgesetzt.The semiconductor materials made from the three-component system GaAs1-xPx and devices are generally made by having a layer of of a selected composition near or at the transition point of the system is grown epitaxially on a GaAs support. The mismatch in the Lattice constants between GaAs and the transition composition of the GaAs1-xPx alloy system is approximately 1.62. Due to this mismatch in the lattice constant with the gradient of composition that occurs during the growth of the epitaxial Layer of the selected composition will be created at the interface Defects generated between the substrate and the epitaxial layer. At a There is a high probability that the lattice constant mismatch is so large as 1t62% for some of these defects to migrate into the epitaxial layer. By these Defects in the epitaxial layer become reunification centers formed that compete with those for the desired emission near the edge step. This also creates p-n junctions, which later become epitaxial Diffuse in the layer so that a jagged or wavy diffusion front is formed will. Due to these factors, the injection and the light output of the obtained Semiconductor materials and devices degraded.
Demgemäß soll gemäß der erfindung auch ein Verfahren angegeben werden, um eine Halbleiterlegierungsverbindung in epitaxialem Wachstum auf einer Unterlage mit einer wesentlich herabgesetzten Fehlanpassung der Gitterkonstanten zwischen der Unterlage und der epitaxial gewachsenen Legierungsverbindung wachsen zu lassen, um die Zahl der Fehlstellen so klein wie möglich zu halten, die an der Grenzfläche zwischen der Unterlage und der Legierungsverbindung erzeugt werden.Accordingly, a method should also be specified according to the invention, around a semiconductor alloy compound in epitaxial growth on a substrate with a substantially reduced lattice constant mismatch between to grow the substrate and the epitaxially grown alloy compound, in order to keep the number of defects as small as possible at the interface are generated between the substrate and the alloy compound.
Dies wird gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dadurch erreicht, daß eine ausgewählte Zusammensetzung des Vierstofflegierungssystems GayIn1 yAs1 mit mit Werten für x und y größer als 0,005 und kleiner als 0,995 oder einem Wert für x = 1,0 und einem Wert für y von 0,45 bis 0,80 auf einer Unterlage epitaxial wachsen gelassen wird, die eine Gitterkonstante besitzt, die im wesentlichen gleich der Gi.tterkonstanten der ausgewählten Zusammensetzung des Systems ist. Die ausgewählte Zusammensetzung des Systems wird wachsen gelassen, indem sie im wesentlichen einer Fläche des Systems mit gleicher Gitterkonstante bis zu dem Bereich der ausgewählten Zusammensetzung folgt, so daß auf der Unterlage eine Schicht aus einer abgestuften Zusammensetzung und auf der Schicht aus dieser abgestuften Zusammensetzung eine gleichförmige Schicht der auserwählten Zusanirnensetzung gebildet wird. Aus dem sich orgebenden-Haltleitermaterial kann dadurch eine elektrolumineszierende Inketionsdiode, die eine hohe Lichtausbeute aufweist, hergestellt werden, daß in die gleichförmige Schicht aus der ausgewählten Zusammensetzung ein p-n-Übergang eindiffundiert wird und daß an der Unterlage und der gleichförmigen Schicht aus der ausgewählten Zusammensetzung auf einander gegenüberliegenden Seiten des p-n-Übergangs elektrische Anschlüsse ausgebildet werden.This is accomplished in accordance with preferred embodiments of the invention achieves that a selected composition of the four-component alloy system GayIn1 yAs1 with with values for x and y greater than 0.005 and less than 0.995 or one Value for x = 1.0 and a value for y from 0.45 to 0.80 on a base epitaxial is grown which has a lattice constant that is substantially the same is the Gi.tter constant of the selected composition of the system. The selected The composition of the system is made to grow by essentially one Area of the system with the same lattice constant up to the area of the selected Composition follows so that on the base a layer of a graduated Composition and on the layer of this graded composition one uniform layer of select composition is formed. From the existing semiconductor material can thereby make an electroluminescent Inketion diode, which has a high luminous efficacy, can be produced that in the uniform layer of the selected composition has a p-n junction is diffused in and that on the substrate and the uniform layer of the selected composition on opposite sides of the p-n junction electrical connections are formed.
Im folgenden soll die Erfindung näher anhand von in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsformen er läutert werden. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1, wie bereits oben ausgeführt wurde, eine Darstellung, in der die innere Quantenausbeute #q, in des Dreistofflegierungssystems GaAs1-xPx, die normierte photopische Leuchtdichte Y1ß, # und deren Produkt ## (die normierte Lichtausbeute) als Funktion der Zusammensetzung, des Energiebandabstandes und der Wellenlänge des emittierten Lichtes für drei Werte (1, 10 und 100) des Wiedervereingungslebensdauerverhältnisses ##/## aufgetragen sind. Die relative innere Quantenausbeute #q, in des GaAs1-xPx Legierungssystems und jedes anderen hierin beschriebenen Begierungssystems ist immer bezogen bzw. normiert auf #q, in von GaAs, da gezeigt worden ist, daß GaAs bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff eine innere Quantenausbeute von ungefähr 100 % besitzt.In the following, the invention will be described in more detail with reference to in the drawing Preferred embodiments shown, he will be explained. In the drawing show: Fig. 1, as already stated above, a representation in which the inner quantum yield #q, in of the ternary alloy system GaAs1-xPx, the normalized photopic luminance Y1ß, # and its product ## (the normalized luminous efficiency) as a function of the composition, the energy band gap and the wavelength of the emitted light for three values (1, 10 and 100) of the reunification lifetime ratio ## / ## are applied. The relative inner quantum yield #q, in of the GaAs1-xPx Alloy system and any other desire system described herein is always related or normalized to #q, in of GaAs, since it has been shown that GaAs in the Temperature of liquid nitrogen has an internal quantum yield of about 100 % owns.
Fig. 2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Vierstofflegierungssystems GAyIn1-yA1-xPx, in der einige der Flächen gleichen Bandabstandes des Systems und ihre Beziehung zu der Übergangsfläche des Systems dargestellt sind. Es wird ein Parameter p für eine dritte Dimension verwendt, um die Frequenz der vier möglichen Bindungsarten, nämlich Ga-As, Ga-1), In-As und In-P durch die Formel darzustellten: p = ####################################### Die Verwendung dieses Parameters p einer dritten Dimension ist wichtig, um zwischen Vierstofflegierungen zu unterscheiden, die identische chemische Zusammensetzungen aufweisen, jedoch verschiedene Verhältnisse dieser vier möglichen Bindungsarten und damit verschiedene physikalische Parameter.Fig. 2 shows a three-dimensional representation of the four-component alloy system GAyIn1-yA1-xPx, in which some of the surfaces have the same band gap of the system and their relationship to the interface of the system are shown. It will be a Parameter p used for a third dimension is the frequency of the four possible Bond types, namely Ga-As, Ga-1), In-As and In-P represented by the formula: p = ###################################### The use of this parameter p a third dimension is important to differentiate between four-component alloys, which have identical chemical compositions but different ratios these four possible types of bond and thus different physical parameters.
wie etwa E # , EX, EL, besitzen. Zum Beispiel können Vierstoffzusammensetzungen, die Werte von x und y = 0,5 besitzen, theoretisch mit Werten für p hergestellt werden, die von 0,0 für die Bindungsstruktur (Ga-As)0,5(In-P)0,5 bis 1,0 für die Bindungsstruktur (Ga-P)0,5 (In-As)0,5 reichen.such as E #, EX, EL, have. For example, four-component compositions, have the values of x and y = 0.5, are theoretically produced with values for p, that of 0.0 for the bond structure (Ga-As) 0.5 (In-P) 0.5 to 1.0 for the bond structure (Ga-P) 0.5 (In-As) 0.5 range.
Dies ist durch die Linie angedeutet, die zwischen den x, y und p Koordinaten (0,5, 0,5, 0) und (0,5, 0,5, 1) verläuft.This is indicated by the line running between the x, y and p coordinates (0.5, 0.5, 0) and (0.5, 0.5, 1) runs.
Gemäß einem anderen Beispiel können Vierstoffzusammensetzungen, die einen Wert für x = 0,75 und einen Wert für y = 0,25 aufweisen, mit Werten für p gebildet werden, die von 0,0 für die Bindungsstruktur (Ga-As)0,25(In-P)0,75 bis 0,5 für die Bindungsstruktur (Ga-P)0,25 (In-As)0,25 (In-P)0,5 reichen. Dies ist durch die Linie angedeutet, die sich zwischen den x, y und p Koordinaten (0,75, 0,25, O) und (0,75, 0,25, 0,5) erstreckt. Obgleich nicht alle theoretisch möglichen Werte von p auftreten werden, tritt eine beträchtliche Änderung für verschiedene Verfahren eines Nichtgleichgewichtswachstums auf.According to another example, four component compositions that have a value for x = 0.75 and a value for y = 0.25, with values for p ranging from 0.0 for the bond structure (Ga-As) 0.25 to (In-P) 0.75 0.5 for the bond structure (Ga-P) 0.25 (In-As) 0.25 (In-P) 0.5 is enough. This is indicated by the line that runs between the x, y and p coordinates (0.75, 0.25, O) and (0.75, 0.25, 0.5). Although not all theoretically possible Values of p will occur, a considerable change occurs for different ones Methods of non-equilibrium growth.
Fig. 3 zeigt eine zweidimensionale Darstellung des Vierstofflegierungssystems GayIn1-yAs1-xPx r in der die optimalen Zusammensetzungen für eine hohe Lichtausbeute dargestellt sind.3 shows a two-dimensional representation of the four-component alloy system GayIn1-yAs1-xPx r in which the optimal compositions for a high light output are shown.
Fig. 4, 5 und 6 zeigen Darstellungen, in denen die Enerfiebandabstandswerte für das direkte Leitungsbandminimum E und für die indirekten Leitungsbandminima EX und EL als Funktion der Zusammensetzung für das Vierstofflegierungssystem. GayIn1-yAs1-xPx dargestellt sind, wobei y gleich 1, bzw. y gleich x, bzw. x gleich 1 ist.FIGS. 4, 5 and 6 show representations in which the energy band gap values for the direct conduction band minimum E and for the indirect conduction band minima EX and EL as Function of the composition for the four-component alloy system. GayIn1-yAs1-xPx are shown, where y equals 1, and y equals x, and x equals 1 is.
Die Figuren 7 und 8 sind Darstellungen, in denen die normierte innere Quantenausbeute #q, in des Vierstofflegierungssystems GayIn1-yAs1-xPx , wobei x = y, bzwO x = 1, die normierte photopische Leuchtdichte Y10 # und deren Produkt # (die normierte Lichtausbeute) als Funktionen der Zusammensetzung, des Energiebandabstandes und der Wellenlänge des emittierten Lichtes für drei Werte (1, 10 und 100) des Wiedervereinigungslebensdauerverhältnisses #X dargestellt sind.Figures 7 and 8 are representations in which the normalized inner Quantum yield #q, in of the four-component alloy system GayIn1-yAs1-xPx, where x = y, or O x = 1, the normalized photopic luminance Y10 # and its product # (the normalized light output) as a function of the composition, the energy band gap and the wavelength of the emitted light for three values (1, 10 and 100) of the reunion lifetime ratio #X are shown.
Fig. 9 ist eine andere dreidimensionale Darstellung des Vierstofflegierungssystems GayIn1-yAs1-xPx, in der einige der Flächen gleicher Gitterkonstante des Systems und ihrer Beziehung zu der Überkreuzungs- bzw. Übergangsfläche des Systems dargestellt sind. Es wird wieder der eine dritte Dimension bildende Parameter p verwandt, um zwischen Vierstofflegierungszusammensetzungen zu unterscheiden, die identische chemische Zusammensetzungen, jedoch verschiedene Verhältnisse der vier möglichen Bindungsarten und damit verschiedene physikalische Parameter, wie etwa E#. Ex und EL, besitzen.Fig. 9 is another three-dimensional representation of the four-component alloy system GayIn1-yAs1-xPx, in which some of the areas of the same lattice constant of the system and their relationship to the crossover area of the system are. The parameter p, which forms a third dimension, is used again to distinguish between four-component alloy compositions, the identical chemical Compositions, but different ratios of the four possible types of bond and thus various physical parameters, such as E #. Ex and EL, own.
Fig. 10 ist eine Schnittdarstellung einer elektrolumineszierenden Injektionsdiode, die aus dem Vierstofflegierungesystem GayIn1-yAs1-xPx der Fig. 2 bis 3 und 5 bis 9 hergestellt ist.Fig. 10 is a sectional view of an electroluminescent Injection diode made from the four-component alloy system GayIn1-yAs1-xPx of Fig. 2 to 3 and 5 to 9 is made.
Fig. 2 zeigt eine tetraedrische Darstellung des Vierstofflegierungssystems GayIn1-yAs1-xPx. Die Energiebandabstande zwischen den direkten und indirekten Leitungsbandminima und dem Valenzbandmaximum sind für einige Bereiche dieses Vierstofflegierungssystems durch die leicht schraffierten Plächen gleichen Bandabstandes, die von 0,50 bis 2,00 eV reichen, dargestellt. Aus einer Betrachtung dieser Flächen oder Umrißkurven gleichen Bandabstandes geht hervor, daß sowohl die Kante 14 des Dreistoffsystems InAs1-xPx (wo y = 0 ist) als auch die Kante 16 des Dreistoffsystems GayIn1-yAs (wo x = 0 ist) des Vierstofflegierungssystems niedrigere direkte Energiebandabstände aufweist als die Kante 18 des Dreistofflegierungssystems GaAS1-xPx (worin y = 1 ist), das bereits anhand der Fig. 1 betrachtet wurde. Die Kanten 14 und 16 der Dreistoffsysteme InAs1-xPx und GayIn1-yAs sind deshalb weniger erfolgversprechend als Halbleitermaterialien mit hoher Lichtausbeute e in der Nähe der Kantenemission als die Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx. Dies scheint auch für die Kante 22 des Dreistoffsystems GayIn1-yP (bei dem x = 1 ist) für solche Zusammensetzungen zu gelten, deren Wert für y unter dem Wert des Überkreuzungspunktes der Kante 22 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx (bei ungefähr x = 0,45) liegt, da der Wert füx y, bei dem die Fläche gleichen Bandabstandes für den Wert 1,50 eV die Kante 23 des Dreistoffsystems GayIn1-yP schneidet, größer als der entsprechende Wert von x ist, bei dem diese die Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx schneidet.Fig. 2 shows a tetrahedral representation of the four-component alloy system GayIn1-yAs1-xPx. The energy band gaps between the direct and indirect conduction band minima and the valence band maximum are for some areas this four-component alloy system due to the slightly hatched areas with the same band gap, which range from 0.50 to 2.00 eV are shown. From a consideration of these areas or contour curves the same band gap it can be seen that both the edge 14 of the three-component system InAs1-xPx (where y = 0) as well as the edge 16 of the three-component system GayIn1-yAs (where x = 0) the four-component alloy system has lower direct energy band gaps as the edge 18 of the ternary alloy system GaAS1-xPx (where y = 1 is), which has already been considered with reference to FIG. 1. The edges 14 and 16 of the ternary systems InAs1-xPx and GayIn1-yAs are therefore less promising than semiconductor materials with high luminous efficacy e in the vicinity of the edge emission than the edge 18 of the three-substance system GaAs1-xPx. This also seems to be the case for the edge 22 of the three-component system GayIn1-yP (at where x = 1) to apply to those compositions whose value for y is below the Value of the crossover point of the edge 22 of the three-component system GaAs1-xPx (at approx x = 0.45) because the value füx y, at which the area of the same band gap for the value 1.50 eV intersects the edge 23 of the three-component system GayIn1-yP, greater than is the corresponding value of x at which this is the edge 18 of the three-substance system GaAs1-xPx cuts.
Aus Fig. 2 ist gleichfalls zu ersehen, daß die Fläche gleichen Bandabstandes für 2,00 eV, die einer Wellenlänge von ungefähr 6250 Å entspricht, die Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx oberhalb der Überkreuzungsfläche 12 schneidet, während sie andere Bereiche, wie etwa die Kante 20 des Vierstoffsystems GaXIn1-xAs1-xPx (bei dem X = y ist) und die Kante 22 des Dreistoffsystems GayIn1yP unterhalb der Überkreuzungsfläche schneidet. Dies zeigt an, daß einige bezeichnende Bereiche des Vierstofflegierungssystems GayIn1-yAs1-xPx direkte Energiebandabstände besitzen, die größer als solche sindy die bisher entlang der Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx erhalten wurden.From Fig. 2 it can also be seen that the area of the same band gap for 2.00 eV, which corresponds to a wavelength of approximately 6250 Å, edge 18 of the three-substance system GaAs1-xPx intersects above the crossover surface 12, while they other areas, such as the edge 20 of the four-component system GaXIn1-xAs1-xPx (where X = y) and the edge 22 of the three-component system GayIn1yP below the Crossover face intersects. This indicates that some significant areas of the Four-component alloy system GayIn1-yAs1-xPx have direct energy band gaps, the larger than those are the ones so far along the edge 18 of the Ternary system GaAs1-xPx were obtained.
Aus Fig. 3 geht hervor, daß die meisten der Legierungszusammensetzungen in den Bereichen des Vierstofflegierungssystems GayIn1-yAs1-xPx, in denen x und y Werte größer als 0,005 und kleiner als 0,995 haben, und in denen x = 1 ist und y Werte größer als 0,45 aufweist, direkte Zusammensetzungen sind , und daß viele dieser Legierungszusammensetzungen direkte Energiebandabstände besitzen, die vergleichbar oder höher als solche der Legierungszusammensetzungen entlang der Kante 18 des herkömmlichen Dreistoffsystems GaAs1-xPx sind. Die Legierungszusammensetzungen mit dem größten direkten Energiebandabstand und mit der potentiell höchsten Lichtausbeute liegen in dem schraffierten Bereich 24, und sie enthalten die Vierstofflegierungen GayIn1-yAs1-xPx die Werte von x und y größer als 0,400 und kleiner als 0,995 besitzen, und die Dreistofflegierungen GayIn1-yP, deren Werte für y zwischen 0,45 und 0,80 liegen. Der schraffierte Bereich 24 wird begrenzt durch die Lichtausbeute= Grenzlinie 26 und die direkte Energiebandabstandskante 28, die einer Wellenlänge von 6500 Å entspricht. Die Lichtausbeute-Grenzklinie 26 folgt annähernd der Überkreuzungshöhenlinie 30 und gibt die indirekten Zusammensetzungen anp jenseits derer der wirksame , strahlende, direkte Wiedervereinigungsmechanismus nicht länger erfolgreich mit dem unwirksamen, strhlungslosen, indirekten Wiedervereinigungsmechanismus konkurrieren kann Einige der direkten Legierungszusammensetzungen in dem schraffierten Bereich 24, insbesondere solche zwischen den Kanten 20 und 22 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx und dem Dreistoffsystem GayIn1-yP, haben direkte Energiebandabstände, die von 2,1 bis 2,3 eV und entsprechend von Wellenlängen von 6000 bis 5500 Å erreichen. Diese direkten Energiebandabstände sind wesentlich größer als die irgendeiner direkte Legierungszusammensetzung entlang der Kante 1'3 des herkömmlichen Dreistoffsystems GaAs1-xPx. Sie sind sogar größer als die indirekten Energiebandabstände vieler indirekter Legierungszusammenstzungen in der Nähe des Überkreuzungpunktes der Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1 xPx. Zum Beispiel geht aus einem Vergleich der Fig.From Fig. 3 it can be seen that most of the alloy compositions in the areas of the four-component alloy system GayIn1-yAs1-xPx, in which x and y have values greater than 0.005 and less than 0.995, and in which x = 1 and y has values greater than 0.45, are direct compositions, and that many these alloy compositions have direct energy band gaps that are comparable or higher than those of the alloy compositions along the edge 18 of the conventional one Three-substance systems GaAs1-xPx. The alloy compositions with the largest direct energy band gap and with the potentially highest luminous efficacy in the hatched area 24, and they contain the four-component alloys GayIn1-yAs1-xPx have the values of x and y greater than 0.400 and less than 0.995, and the ternary alloys GayIn1-yP, whose values for y are between 0.45 and 0.80. The hatched area 24 is limited by the light yield = borderline 26 and the direct energy band gap edge 28, which corresponds to a wavelength of 6500 Å. The light yield limit line 26 approximately follows the crossover contour line 30 and gives the indirect compositions anp beyond which the effective, radiant, direct reunification mechanism no longer successful with the ineffective, radiationless, indirect reunification mechanism may compete with some of the direct alloy compositions in the hatched Area 24, in particular those between the edges 20 and 22 of the four-substance system GaxIn1-xAs1-xPx and the three-component system GayIn1-yP, have direct energy band gaps, which reach from 2.1 to 2.3 eV and correspondingly from wavelengths of 6000 to 5500 Å. These direct energy band gaps are much larger than any direct Alloy composition along edge 1'3 of the conventional three-component system GaAs1-xPx. They are even larger than the indirect energy band gaps of many indirect ones Alloy compositions near the crossover point of the edge 18 of the Three-component system GaAs1 xPx. For example, a comparison of Fig.
4 und 5, in denen die Orte der Energiebandstände für die ieitungsbandminiiiia E bYX und BL entlang der Kanten 18 und 20 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx und des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx als Funktion zunehmender Werte von x aufgetragen sind, hervor, daß der Energiebandabstand an dem Überkreuzungspunkt der Kante 20 des Vierstoffsystems GayIn1-xAs1-xPx (ungefähr 2,25 eV bei x ungefähr 0,75) beträchtlich höher als der Energiebandabstand an dem Überkreuzungspunkt der Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx (ungefähr 2,00 eV bei x ungefähr 0,45) ist. Wenn man in gleicher Weise die Fig. 4 mit der Fig. 6 vergleicht, in denen die Orte der Energiebandabstände für die Leitungsbandiminima E#, Ex und EL entlang der Kante 22 des Dreistoffsystems GayIn1-yP als Funktion steigender Werte von y aufgetragen sind, ersieht man, daß der Energiebandabstand an dem Überkreuzungspunkt der Kante 22 des Dreistoffsystems GayIn1-yP (ungefähr 2,25 eV bei y ungefähr 0,6 für den fest ausgezogenen Ort von EX oder ungefähr 2,30 eV bei y ungefähr 0,7 für den gestrichelt gezeichenten Ort von Ex) gleichfalls bedeutend höher liegt als der Energiebandabstand an dem Überkreuzungspunkt der Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx. Die in durchgezogener Linie dargestellten Orte, die die indirekten Leitungsbandminima E und EL darstellen, beruhen auf den Berechnungen von M.L.4 and 5, in which the locations of the energy bands for the power band miniiiia E bYX and BL along the edges 18 and 20 of the three-component system GaAs1-xPx and des Four-substance system GaxIn1-xAs1-xPx plotted as a function of increasing values of x show that the energy band gap at the crossover point of the edge 20 of the four-component system GayIn1-xAs1-xPx (approximately 2.25 eV at x approximately 0.75) higher than the energy band gap at the crossover point of the edge 18 of the ternary GaAs1-xPx (about 2.00 eV at x about 0.45). If you in the same way 4 compares with FIG. 6, in which the locations of the energy band gaps for the conduction band minima E #, Ex and EL along the edge 22 of the three-component system GayIn1-yP are plotted as a function of increasing values of y, it can be seen that is the energy band gap at the crossover point of the edge 22 of the ternary system GayIn1-yP (about 2.25 eV at y about 0.6 for the solidly drawn location of EX or about 2.30 eV at y about 0.7 for the dashed location von Ex) is also significantly higher than the energy band gap at the crossover point the edge 18 of the three-component system GaAs1-xPx. The ones shown in solid line Locations representing the indirect conduction band minima E and EL are based on the Calculations by M.L.
Cohen und T.K. Bergstresser aus 141 Physical Review 789 (1966), während die gestrichelt gezeichneten Liniender Orte, die diese indirekten Leitungsbandminima darstellen, auf den Jüngeren Berechungen von F. Herman und anderen beruhen, die in einem Aufsatz "Electronic Structure of of Tetrahedrally-Bonden Semiconductors" in Band 8 eines Buches mit dem Titel METHODS IN COMPUTATIONAL PHYSICS im September 1968 veröffentlicht wurden.Cohen and T.K. Bergstresser from 141 Physical Review 789 (1966), while the dashed lines of the locations that these indirect conduction band minima are based on the younger calculations by F. Herman and others who in an essay "Electronic Structure of of tetrahedral bonds Semiconductors "in Volume 8 of a book entitled METHODS IN COMPUTATIONAL PHYSICS released in September 1968.
Wenn man weiterhin die Fig. 4 mit den Fig0 5 und 6 vergleicht, ersieht man, daß die Neigungen der Linien der Orte der indirekten Leitungsbandminima EX entlang der Kanten 20 und 22 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx und des Dreistoffsystems GayIn1-yP an der Überkreuzungsfläche weniger positiv sind als die Steigung der Linie des entsprechenden Ortes entlang der Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx. Diese Steigungen betragen ungefähr 0,20 eV pro Prozent Abnahme an In und As entlang der Kante 20 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx und ungefähr 0,13 oder 0,18 eV pro Prozent Abnahme an In entlang der Kante 22 des Dreistoffsystems GayIn1-yP (je nachdem, ob die Berechnungen von Cohen-Bergstresser oder von Herman und anderen verwandt werden) im Vergleich zu ungefähr 0,59 eV pro Prozent Abnahme an As entlang der Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx.If you continue to compare Fig. 4 with Figs. 5 and 6, see one that the slopes of the lines of the locations of the indirect conduction band minima EX along the edges 20 and 22 of the four-component system GaxIn1-xAs1-xPx and the three-component system GayIn1-yP are less positive at the crossover surface than the slope of the line of the corresponding location along the edge 18 of the three-component system GaAs1-xPx. These Slopes are approximately 0.20 eV per percent decrease in In and As along the Edge 20 of the four-component system GaxIn1-xAs1-xPx and about 0.13 or 0.18 eV per Percent decrease in In along the edge 22 of the three-component system GayIn1-yP (depending on whether related to the calculations by Cohen-Bergstresser or by Herman and others compared to about 0.59 eV per percent decrease in As along the edge 18 of the three-component system GaAs1-xPx.
Es ist gleichfalls ersichtlich, daß die Steigungen der Linien der Orte des direkten Leitungsbandminimums E# entlang der Kanten 20 und 22 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx und des Dreistoffsystems GayIn1 yP an der t.berkreuzungsfläche positiver als die Steigung der Linie des entsprechenden Ortes entlang der Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx sind0 Diese Steigungen betragen ungefähr 2 eV pro Prozent Abnahme an In und As entlang der Kante 20 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs 1-xPx und ungefähr 1,24 eV pro Prozent Abnahme an In entlang der Kante 22 des Dreistoffsystems GayIn1-yP im Vergleich zu ungefähr 1 eV pro Prozent Abnahme an As entlang der Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1 eine Das Verhältnis der Steigung der Linie des Ortes des direkten Leitungsbandminimums E# zu der Steigung der Linie des Ortes der indirekten Leitungsbandminima Ex beträgt deshalb an dem Überkreuzungspunkt der Kante 20 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx etwa 10 und an dem Überkreuzungspunkt der Kante 22 des Dreistoffsystems GayIn1-yP ungefähr 9,5 oder mehr (je nachdem ob die Berechnungen von Cohen-Bergstresser oder die Berechnungen von Herman und anderen verwandt werden) im Vergleich zu einem Wert von lediglich ungefähr 2,56 an dem Überkreuzungspunkt der Kante 13 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx.It can also be seen that the slopes of the lines of Locations of the direct conduction band minimum E # along the edges 20 and 22 of the four-component system GaxIn1-xAs1-xPx and the three-component system GayIn1 yP are more positive at the crossover area as the slope of the line of the corresponding location along the edge 18 of the ternary system GaAs1-xPx are0 These slopes are approximately 2 eV per percent decrease in In and As along the edge 20 of the four-component system GaxIn1-xAs 1-xPx and about 1.24 eV per percent decrease in In along the edge 22 of the three-component system GayIn1-yP compared to about 1 eV per percent decrease in As along edge 18 des Ternary system GaAs1 a The ratio of the slope of the line of the location of the direct conduction band minimum E # to the slope of the line of the location of the indirect The conduction band minima is therefore Ex at the crossover point the Edge 20 of the four-component system GaxIn1-xAs1-xPx about 10 and at the crossover point of the edge 22 of the three-component system GayIn1-yP approximately 9.5 or more (depending on whether the calculations of Cohen-Bergstresser or the calculations of Herman and others can be used) compared to a value of only about 2.56 at the crossover point the edge 13 of the three-component system GaAs1-xPx.
Dementsprechend weist jede der Kanten 20 und 22 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx und des Dreistoffsystems GayIn1-yP eine bedeutend höhere Überschlußleitungsträgerdichte in seinem direkten Leitungsbandminimum E# für zunehmende Werte des Zusamensetzungsparameters x bzw. y in der Nähe oder bis zu der Überkreuzungsfläche auf als die Kante 18 des herkömmlichen Dreistoffsystems GaAs1-xPx innerhalb ihres direkten Leitungsbandminimums E# für entsprechende Werte des Zusammensetzungsparameters x in der Nähe oder bis zu der Überkreuzungsfläche. Dies ist besonders ausgeprägt in dem Fall der Kante 22 des Dreistoffsystems GayIn1yP für die Berechnungen von Herman und anderen, bei denen das indirekte Leitungsbandminimum EL vollständig außerhalb des Weges der anderen Beitungsbänder in der Nähe und an der Überkreuzungsfläche liegt. Gleichzeitig verringert sich jedoch die Überschlußladungsträgerdichte in dem direkten Leitungsbandrninimum E# jeder der Kanten 20 und 22 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx und des Dreistoffsystems GayIn1-yP drastischer für zunehmende Werte des Zusammensetzungsparameters x bzw. y über der tJberkreuzungsfläche als die Überschlußladungsträgerdichte in dem direkten Leitungsbandminimum E r der Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx für entsprechende Werte des Zusammensetzungsparameters x oberhalb der Überkreuzungsfläche.Accordingly, each of the edges 20 and 22 of the four-component system GaxIn1-xAs1-xPx and the three-component system GayIn1-yP have a significantly higher excess lead carrier density in its direct conduction band minimum E # for increasing values of the composition parameter x or y near or up to the crossover surface as the edge 18 of the conventional three-component system GaAs1-xPx within their direct conduction band minimum E # for corresponding values of the composition parameter x close to or up to to the crossover area. This is particularly pronounced in the case of the edge 22 of the three-component system GayIn1yP for the calculations of Herman and others, at which the indirect conduction band minimum EL is completely outside the path of the other Is located near and at the crossover area. At the same time decreased however, the excess carrier density is in the direct conduction band minimum E # each of the edges 20 and 22 of the four-component system GaxIn1-xAs1-xPx and the three-component system GayIn1-yP more drastic for increasing values of the composition parameter x resp. y over the crossover area as the excess carrier density in the direct Conduction band minimum E r of the edge 18 of the three-component system GaAs1-xPx for corresponding Values of the composition parameter x above the crossover area.
Die obigen Vergleiche der Kanten 20 und 22 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx und des Dreistoffsystems GayIn1-yP mit der Kante 18 des herkömmlichen Dreistoffsystems GaAs 1-xPx wurden ausgeführt, indem die Leitungsbandminima EX, EL und E r dieser Kanten als linear veränderlich mit wachsenden Werten des Zusammensetzungsparameters x oder y angenommen wurden. Es wurde jedoch festgestellt, daß das direkte Leitungsbandminimum E # der Kante 18 von GaAs1-xPx eine nicht lineare Abhängigkeit von der Zusammensetzung bei höheren Werten von x aufweist, was allgemein durch die gestrichelt gezeichnete abweichende Kurve in der Nähe des Endes des Ortes des direkten Leitungsbandminimums E # in Fig. 4 angedeutet wurde0 Somit ist es wahrscheinlich, daß das indirekte Leitungsbandminimum E # jeder der Kanten 20 und 22 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx und des Dreistoffsystems GayIn1-yP gleichfalls eine nicht lineare Abhängigkeit von der Zusammensetzung bei höheren Werten des Zusammensetsungsparameters x bzw. y aufweisen. Diese Wahrscheinlichkeit ist gleichfalls allgemein durch gestrichelt gezeichnete Abweichungen in der Nähe der Enden der Orte des direkten Leitungsbandminimum EP in den Fig 5 und 6 angedeutet0 Es wird angenommen, daß solche Abweichungen wahrscheinlich eher bei höheren als bei niedrigeren Leitungsbandabständen und E # Ladungsträgerdichten in der Nähe oder an den Überkreuzungspunkten der Kanten 20 und 22 des Vier stoffsystems GaIn1 As1-xPx und des Dreistoffsystems GayIn1-yP auftreten.The above comparisons of edges 20 and 22 of the four-component system GaxIn1-xAs1-xPx and the ternary system GayIn1-yP with the edge 18 of the conventional ternary system GaAs 1-xPx were made using the conduction band minima EX, EL and E r of these edges as linearly variable with increasing values of the composition parameter x or y were assumed. It was found, however, that the direct conduction band minimum E # of the edge 18 of GaAs1-xPx shows a non-linear dependence on the composition at higher values of x, which is generally indicated by the dashed line deviating curve near the end of the location of the direct conduction band minimum E # was indicated in Fig. 4. Thus, it is likely that the indirect conduction band minimum E # each of the edges 20 and 22 of the four-component system GaxIn1-xAs1-xPx and the three-component system GayIn1-yP also has a non-linear dependence on the composition have higher values of the composition parameter x and y, respectively. This probability is also generally close by deviations shown in dashed lines of the ends of the locations of the direct conduction band minimum EP indicated in FIGS. 5 and 6 It is believed that such deviations are more likely to occur at higher than at lower conduction band gaps and E # carrier densities near or at the crossing points of the edges 20 and 22 of the four material system GaIn1 As1-xPx and the three-component system GayIn1-yP occur.
Zusammengefaßt ergibt sich, daß jede der Kanten 20 und 22 des Vierstoffsystems GaxIn1-xPx und des Dreistoffsystems GayIn1-yP jeweils einen höheren Energiebandabstand, der dem Werte nach einer Wellenlänge entspricht die näher zu der Wellenlänge zur für das menschliche Auge maximalen photopischen Leuchtichte hin liegt, und eine höhere Überschußladungsträgerdichte in seinem direkten Leitungsbandminimum E # in der Nähe oder an dem Überkreuzungspunkt aufweist als die kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx in der Nähe oder an seinem Überkreuzungspunkt. Es ist deshalb eine wesentlich höhere normierte Lichtausbeute ## von den Kanten 20 und 22 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx und des Sreiffsystems GayIn1-yP in der Nähe oder an den Überkreuzungspunkten für jedes der Wiedervereinigungslebensdauer verhältnisse 1, 10 und 100 zu erwarten, als sie mit Zusammensetzungen der Kante 18 des herkömmlichen Dreistoffsystems GaAs1-xPx in der Nähe oder an dem Überkreuzungspunkt für dieselben Wiedervereinigungslebensdauerverhältnisse erhalten werden kann.In summary, it can be seen that each of the edges 20 and 22 of the four-component system GaxIn1-xPx and the three-component system GayIn1-yP each have a higher energy band gap, which corresponds to the value after a wavelength which is closer to the wavelength to for the human eye maximum photopic luminous light lies, and one higher excess carrier density in its direct conduction band minimum E # in near or at the crossover point than the edge 18 of the three-component system GaAs1-xPx near or at its crossover point. It is therefore an essential one higher normalized light output ## from the edges 20 and 22 of the four-substance system GaxIn1-xAs1-xPx and des Sreiffsystems GayIn1-yP near or at the crossover points for each of the reunion life ratios 1, 10 and 100 are to be expected when compared with compositions of the edge 18 of the conventional Ternary system GaAs1-xPx in the vicinity or at the crossover point for the same Reunion life ratios can be obtained.
Aus einem Vergleich der Fig. 1 und 7 für die Wiedervereinigungslebensdauerverhältnisse 1, 10 und 100 ergibt sich, daß die normierte innere Quantenausbeute # q,in der Kante 20 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx merklich mit zunehmenden Werten von x bei Wellenlängen (im Bereich von ungefähr 6250 bis 6000 i), die wesentlich näher zu der Wellenlänge (ungefähr 5500 i) der für das menschliche Auge maximalen photopischen Leuchtdichte liegen, abzunehmen beginnt im Gegensatz zu der normierten inneren Quantenausbeute der Kante 18 des herkömmlichen Dreistoffsystems GaAs1-xPx. Somit können für dieselben Wiedervereinigtrngslebensdauerverhältnisse von sowohl den direkten als auch den indirekten Zusammensetzungen der Kante 20 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx normierte Lichtausbeuten ## größer als 0,01 über einen breiteren Spektralbereich (einschließlich Wellenlängen von ungefähr 7000bis 5300 i) erhalten werden, als der Spektralbereich, über den solche Lichtausbeuten von. der Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1 xPX erhalten werden können. Darüber hinaus können von der Kante 20 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx wesentlich höhere normierte Lichtausbeuten (bei so hohen Werten von ungefähr 0,5 bis 0,75 bei so kurzen Wellenlängen wie von ungefähr 6000 bis 5800 Å bei zunehmendem Wiedervereinigungslebensdauerverhältnis von 1 bis 100) für jedes Wiedervereinigungslebendauerverhältnis 1, 10 und 100 erhalten werden, als sie an der Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx für irgendeines dieser Wiedervereinigungslebens dauerverhältnisse erhalten werden können.From a comparison of Figures 1 and 7 for the reunion life ratios 1, 10 and 100 it results that the normalized inner quantum yield # q, in the edge 20 of the four-component system GaxIn1-xAs1-xPx noticeably with increasing values of x Wavelengths (ranging from approximately 6250 to 6000 i) that are much closer to the wavelength (about 5500 i) the maximum photopic for the human eye Luminance begins to decrease in contrast to the normalized internal quantum yield the edge 18 of the conventional three-component system GaAs1-xPx. Thus, for the same Reunion life ratios of both the direct and the indirect compositions of the edge 20 of the four-component system GaxIn1-xAs1-xPx normalized Luminous efficacies ## greater than 0.01 over a broader spectral range (including Wavelengths from about 7000 to 5300 i) are obtained as the spectral range, about the such luminous efficacy of. the edge 18 of the three-component system GaAs1 xPX can be obtained. In addition, from the edge 20 of the four-component system GaxIn1-xAs1-xPx significantly higher standardized light yields (with such high values from about 0.5 to 0.75 at wavelengths as short as about 6000 to 5800 Å with increasing reunion lifetime ratio from 1 to 100) for each Reunion lifetime ratios 1, 10 and 100 are obtained as they are at the edge 18 of the three-component system GaAs1-xPx for any of these reunification lives permanent relationships can be obtained.
Bei einem ähnlichen Vergleich der Fig 1 und 8 für die Wiedervereinigungslebensdauerverhältnisse 1, 10 und 100 ersieht man, daß die normierte innere Quantenausbeute # q,in der Kante 22 des Dreistoffsystems GayIn1 yP gleichfalls merklich mit zunehmenden Werten von y bei Wellenlängen (im Bereich von ungefähr 6200 bis 5800 Å), die wesentlich näher zu der Wellenlänge hin liegen, die fürdas menschliche Auge die maximale photopische Leuchtdichte besitzt, abzunehmen beginnt im Gegensatz zu der normierten inneren Quantenausbeute an der Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx. Dementsprechend können für dieselben Wiedervereinigungslebensdauerverhältnisse von den direkten und einigen indirekten Zusammensetzungen an der Kante 22 des Dreistoffsystems GaIn1-yP über einen breiteren Spektralbereich (einschließlich der Wellenlängen von ungefähr 7000 bis 5200 i) normierte Liohtausbeuten größer als 0,01 erhalten werden als der Spektralbereich, in dem solche Lichtausbeuten von der Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx erhalten werden können. In ähnlicher Weise können gleichfalls für jedes Wiedervereinigungslebensdauerverhältnis 1, 10 und 100 von der Kante 22 des Dreistoffsystems GayIn1-yP wesentlich höhere normierte Lichtausbeuten #α (im Bereich von ungefähr 0,65 bis 0,9 bei so kurzen Wellenlängen wie von ungefähr 6000 bis 5700 Å, wen das Wiedervereinigungslebensdauerverhältnis von 1 bis 100 ansteigt,) erhalten werden, als sie an der Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx für irgendeines dieser Wiedervereinigungslebensdauerverhältnisse erhalten werden können.Comparing Figures 1 and 8 similarly for the reunion life ratios 1, 10 and 100 one can see that the normalized inner quantum yield # q, in the edge 22 of the three-component system GayIn1 yP is also noticeable with increasing values of y at wavelengths (in the range of approximately 6200 to 5800 Å) that are much closer towards the wavelength which is the maximum photopic for the human eye Luminance possesses, begins to decrease in contrast to the normalized inner Quantum yield at edge 18 of the three-component system GaAs1-xPx. Accordingly can for the same reunion lifetime ratios from direct and some indirect compositions at the edge 22 of the three-substance system GaIn1-yP over a wider spectral range (including wavelengths of approximately 7000 to 5200 i) standardized Lioht yields greater than 0.01 are obtained than that Spectral range in which such light yields from the edge 18 of the three-substance system GaAs1-xPx can be obtained. Similarly, you can do the same for each Reunion lifetime ratios 1, 10 and 100 from edge 22 of the ternary system GayIn1-yP much higher standardized light yields # α (in the range of approx 0.65 to 0.9 at wavelengths as short as about 6000 to 5700 Å if that Reunion lifetime ratio increases from 1 to 100,) can be obtained, than they are at edge 18 of the ternary GaAs1-xPx for any of these reunion life ratios can be obtained.
Aufgrund der breiten Spektralbereiche mit hoher normierte Lichtausbeute ## @ die an den Kanten 20 und 22 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx und des Dreistoffsystems GayIn1-yP erhalten werden, muß geschlossen werden, daß ein ähnlich hoher Wirkungsgrad von vielen der anderen Legierungszusammensetzungen in dem schraffierten Bereich 24 des Vier-Stofflegierungssystems GayIn1-yAs1-xPx in Fig. 3 erhalten worden kann. Dies gilt besonders für solche direkten und indirekten Vierstofflegierungen in der Nähe oder an der Überkreuzungshöhenlinie 30, auf der Energiebandabstände entsprechend Wellenlängen von ungefähr 6000 Å oder kürzer liegen.Due to the wide spectral ranges with a high standardized light yield ## @ those at the edges 20 and 22 of the four-component system GaxIn1-xAs1-xPx and the three-component system GayIn1-yP obtained, it must be concluded that a similarly high efficiency of many of the other alloy compositions in the hatched area 24 of the four-material alloy system GayIn1-yAs1-xPx in FIG. 3 can be obtained. This is especially true for such direct ones and indirect four-component alloys near or at the crossover contour line 30, on the energy band gaps corresponding to wavelengths of about 6000 Å or shorter.
Aus vielen dieser Legierungszusammensetzungen können elektrolumineszierende Halbleitermaterialien und -vorrichtungen hergestellt werden, die gelbes und grünes Licht mit einer so hohen Lichtausbeute wie 0,1 bis 0,95 Lumen pro Ampere ausstrahlen können. Dies stellt eine beträchtliche Verbesserung der Lichtausbeute gegenüber dem höchsten Wirkungsgrad dar, der zur Zeit von elektrolumineszierenden Halbleitermaterialien und -vorrichtungen derselben Geometrie, die aus dem herkömmlichen Dreistofflegierungssystem GaAs1-xPx hergestellt sind, erhalten oder in naher Zukunft erwartet werden kann.Many of these alloy compositions can be electroluminescent Semiconductor materials and devices are manufactured that are yellow and green Emit light with a luminous efficacy as high as 0.1 to 0.95 lumens per ampere can. This contrasts with a considerable improvement in the light output the highest level of efficiency currently available from electroluminescent semiconductor materials and devices of the same geometry derived from the conventional ternary alloy system GaAs1-xPx are manufactured, maintained or can be expected in the near future.
In Fig. 9 ist eine andere tetraedrische Darstellung des Vierstofflegierungssystems GayIn1-yAs1-xPx gezeigt, in der die Gitterkonstanten für einige Bereiche des Systems durch ähnlich schraffierte Flächen gleicher Gitterkonstante, deren Wert im Bereich von 5,5 bis 6,0 liegt, dargestellt sind.9 is another tetrahedral representation of the four-component alloy system GayIn1-yAs1-xPx is shown in which the lattice constants for some areas of the system by similarly hatched areas with the same grid constant, their value in the range from 5.5 to 6.0 are shown.
Die stark schraffierte Fläche der gleichen Gitterkonstante (5,685) ist am besten angepaßt an die Gitterkonstante (5,654) von GaAs, das allgemein als Material für eine Unterlage bei der Herstellung von elektrolumineszierenden Halbleitermaterialien und -vorrichtungen verwandt wird. Die stark schraffierte Fläche gleicher Gitterkonstante (5,685) liegt gleichfalls wesentlich näher an der anders schraffierten Überkreuzungsfläche 12 entlang von Vierstoffbereichen,wie etwa der Kante 20 von GaxIn1-xAs1-xPx, und (obgleich weniger) entlang der Kante 22 des Dreistoffsystems GayIn1-yP als entlang der Kante 18 des herkömmlichen Dreistoffsystems GaAs1-xPx. . Somit weist jede der Kanten 20 und 22 des Vierstoffsystems GaxIn1 -xAs si XPx und des Dreistoffsystems GayIn1-yP in bezug auf eine GaAs Unterlage eine wesentlich kleinere Fehlanpassung in bezug auf die Gitterkonstante in der liahe oder an ihrem Übergangspunkt aui' als die Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs ~xPx. Diese Fehlanpassung beträgt an dem Überkreuzungspunkt der Kante 22 des Dreistoffsystems GayIn1-yP lediglich ungefähr 0,64% und sie ist an dem Überkreuzungspunkt der Kante 20 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx noch wesentlich geringer im Vergleich zu einer Fehlanpassung von 1,62% an dem Überkreuzungspunkt der Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx. Selbst in Bezug auf andere mögliche Unterlagsstoffe, wie etwa die Legierungszusammensetzungen 14 bzw. 16 aus InAs1-xPx und GayIn1-yAs, ergibt sich, daß jede Kanten 20 und 22 des Vierstoffsystems Gasen xAs1-xPx und des Dreistoffsystems GayIn1-yP eine geringere Fehlanpassung in bezug auf die Gitterkonstante in der Nähe oder an ihrem Überkreuzungspunkt aufweist als die Kante 18 des Dreistoffsystems GaAs1-xPx.The heavily hatched area of the same lattice constant (5,685) is best matched to the lattice constant (5,654) of GaAs, commonly known as Material for a base in the manufacture of electroluminescent semiconductor materials and devices is used. The heavily hatched area of the same lattice constant (5,685) is also much closer to the differently hatched crossover area 12 along four-fabric areas such as edge 20 of GaxIn1-xAs1-xPx, and (although less) along the edge 22 of the three-component system GayIn1-yP than along it the edge 18 of the conventional three-component system GaAs1-xPx. . Thus each of the Edges 20 and 22 of the four-component system GaxIn1 -xAs si XPx and of the three-component system GayIn1-yP is a much smaller mismatch with respect to a GaAs base with respect to the lattice constant in the liahe or at its transition point aui ' than the edge 18 of the three-component system GaAs ~ xPx. These Mismatch is only at the crossing point of the edge 22 of the three-component system GayIn1-yP about 0.64% and it is at the crossover point of the edge 20 of the four-fabric system GaxIn1-xAs1-xPx still significantly lower compared to a mismatch of 1.62% at the crossing point of the edge 18 of the three-component system GaAs1-xPx. Self in relation to other possible underlay materials, such as the alloy compositions 14 and 16, respectively, from InAs1-xPx and GayIn1-yAs, it follows that each edge 20 and 22 the four-component system gases xAs1-xPx and the three-component system GayIn1-yP are less Mismatch with respect to the lattice constant near or at its crossover point has than the edge 18 of the three-component system GaAs1-xPx.
Ans einer Betrachtung der Fig. 9 ist ersichtlich, daß ausgewählte Vierstofflegierungszusammensetzungen GayIn1-yAs1-xPx auf GaAs1 -xPx Unterlagen mit geeigneter Zusammensetzung im wesentlichen ohne eine Fehlanpassung in der Gitterkonstanten wachsen gelassen werden können. Zum Beispiel kann eine Vierstofflegierung mit einer potentiell hohen Lichtausbeute GayIn1-yAs1-xPx, mit Werten für x und y, die denen an dem Schnittpunkt der Fläche 34 gleicher Gitterkonstante und der Überkreuzungsfläche 12 gleich sind, auf einer GaAs1-xPx Uft-erlage 36, die einen Wert für x besitzt, der gleich dem Wert an dem Schnittpunkt derselben Fläche gleicher Gitterkonstante und der kante 18 des Dreifstoffsystems GaAs1-xPx ist, im weso-lichen ohne eine Fehlanpassung in der Gitterkonstanten epitaxial wachsen gelassen werden Dies wird dadurch erreicht, daß man während des epitaxialen Wachstums dieser Legierungszusammensetzung auf der Unterlage der Fläche 34 gleicher Gitterkonstante von der ausgewählten Unterlage 36 zu der ausgewählten Vierstofflegierung 32 GayIn1-yAs1-xPx folgt. Dieses Verfahren kann in ähnlicher Weise bei dem epitaxialen Wachstum anderer legierungszusammensetzungen des Vierstoffsystems GayIn1-yAs1-xPx auf GaAs oder anderen Unterlagen mit der kleinsten möglichen Fehlanpassung in der Gitterkonstanten angewandt werden. Als weiteres Beispiel kann zum Beispiel eine Legierungszusammensetzung 38 GaxIn1-xAs1-xPx mit einer potentiellen hohen ijichtausbeute und mit einem Wert für x, der gleich dem Wert an dem Schnittpunkt der Überkreuzungsfläche 12 und der Kante 20 des Vierstoffsystems GaxIn1-xAs1-xPx ist, epitaxial auf einer GaAs Unterlage mit einer minimalen Fehlanpassung in der Gitterkonstanten dadurch wachsen gelassen werden, daß man im wesentlichen der stark schraffierten Fläche gleicher Gitters konstante (5,685) folgt, wie es durch die gestrichelt gleich nete Linie 40 angezeigt ist.From a consideration of FIG. 9 it can be seen that selected Four-component alloy compositions GayIn1-yAs1-xPx on GaAs1 -xPx substrates with of suitable composition substantially without a mismatch in the lattice constant can be allowed to grow. For example, a four-component alloy with a potentially high luminous efficacy GayIn1-yAs1-xPx, with values for x and y corresponding to those at the intersection of the surface 34 of equal lattice constant and the crossover surface 12 are the same on a GaAs1-xPx Uft layer 36, which has a value for x, which is equal to the value at the intersection of the same area of the same lattice constant and the edge 18 of the three-component system is GaAs1-xPx, essentially without a mismatch in which lattice constants are grown epitaxially This is achieved by that during the epitaxial growth of this alloy composition on the Underlay the surface 34 of the same lattice constant from the selected underlay 36 for the selected four-component alloy 32 GayIn1-yAs1-xPx follows. This method can similarly be used in the epitaxial growth of other alloy compositions of the four-component system GayIn1-yAs1-xPx GaAs or other documents with the smallest possible mismatch in the lattice constant can be applied. As another example, for example, alloy composition 38 may be GaxIn1-xAs1-xPx with a potentially high yield and with a value for x that is equal to the value at the intersection of the crossover surface 12 and the edge 20 of the four-component system GaxIn1-xAs1-xPx is epitaxial on a GaAs backing with minimal mismatch in the lattice constant can be grown by essentially the strongly hatched area of the same lattice constant (5,685) follows, as it does is indicated by the dashed line 40 equal to.
Anhand der Fig. 9 wird somit deutlich, daß Schichten aus dem Vierstofflegierungssystem GayIn1-yAs1-xPx und dem Dreistoffsystem GayIn1-yP in der Nähe oder an der Überkreuzungsfläche 12 epitaxial auf einer GaAs Unterlage -oder anderen derartigen Unterlagsmaterialien mit einer im wesentlichen kleineren Fehlanpassung der Gitterkonstanten gezogen werden können, als es sur Zeit mit epitaxial gewachsenen Schichten des Dreistofflegierungssystems GaAs1-xPx in der Nähe oder an der Überkreuzungsfläche auf denselben Unterlagsmaterialien erreicht werden kann. Durch diese Verringerung in der Fehlanpassung der Gitterkonstanten zwischen der Unterlage und der darauf epitaxial gewachsenen Schicht wird die Wahrscheinlichkeit verringert, daß Fehlstellen, die an der Grenzfläche zwischen der Unterlage und der epitaxial gewachsenen Schicht erzeugt worden sind, in die epitaxial gewachsene Schicht wandern und ihre Injektion und ihre Lichtausbeute herabsetzen.Based on FIG. 9 it is thus clear that layers made from the four-component alloy system GayIn1-yAs1-xPx and the three-component system GayIn1-yP near or at the crossover area 12 epitaxially on a GaAs underlay or other such underlay materials can be drawn with a substantially smaller lattice constant mismatch can, as it was at the time, with epitaxially grown layers of the ternary alloy system GaAs1-xPx near or at the crossover area on the same backing materials can be reached. By this reduction in the mismatch of the lattice constants between the substrate and the epitaxially grown layer on it, the probability becomes reduces that defects that occur at the interface between the substrate and the epitaxially grown layer have been produced into the epitaxially grown layer wander and decrease their injection and light output.
AuSgrund der oben angegebenen Faktoren können verbesserte Transistoren, Schottky-Sperrschichtdioden, Mikrowellenraumoszillatoren, optische Modulatoren und Detektoren, elektrolumineszierende Lichtquellen und andere derartige Vorrichtungen aus vielen Zusammensetzungen des Vierstofflegierungssystems GayIn1-yAs1-xPx , die Werte für x und y von größer als 0,005 und von kleiner als 0,995 oder einen Wert für x = 1,0 und Werte für y im Bereich von 0,45 bis 0,80 besitzen, hergestellt werden. Die in dem schraffierten Bereich der Fig. 3 und in der Nähe oder auf der Überkreuzungshöhenrippe 30 liegenden Vierstofflegierungen GayIn1-yAs1-xPx und Dreistofflegierungen GayIn1-yP sind wegen ihres breiten Spektralbereiches mit hoher normierter Lichtausbeute # # und ihrer verringerten Fehlanpassung in der Gitterkonstanten in bezug auf GaAs und andere solche Unterlagematerialien besonders geeignet für die Herstellung von elektrolumineszierenden Materialien und Vorrichtungen. Zum Beispiel kann eine elektrolumineszierende Injektionsdiode, etwa eine solche, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist, durch epitaxiales Wachsen einer n-leitenden Schicht 42 des Vierstofflegierungssystems GayIn1-yAs1-xPx auf einer n+-leitenden Unterlage 44 aus GaAs hergestellt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß man im wesentlichen einer Fläche gleicher Gitterkonstanten des Vierstofflegierungssystems GayIn1-yAs1-xPx zu einer ausgewählten Vierstoffzusammensetzung GayIn1-yAs1-xPx oder einer Dreistoffzusammensetzung GayIn1-yP in dem schraffierten Bereich der Fig. 3 folgt, so daß auf der Unterlage 44 ein n-leitender Bereich 46 mit abgestufter Zusammensetzung gebildet wird und daß ein n-leitender Bereich 48 gleichförmig aus der ausgewählten Zusammensetzung auf dem Bereich 46 mit abgestufter Zusammensetzung ausgebildet wird.Due to the factors listed above, improved transistors, Schottky barrier diodes, microwave room oscillators, optical modulators, and Detectors, electroluminescent light sources, and other such devices from many compositions of the four-component alloy system GayIn1-yAs1-xPx , the values for x and y greater than 0.005 and less than 0.995, or one Have value for x = 1.0 and values for y in the range from 0.45 to 0.80 will. Those in the hatched area of Fig. 3 and in the vicinity or on the Crossover height rib 30 lying four-material alloys GayIn1-yAs1-xPx and three-material alloys Because of their broad spectral range, GayIn1-yP have a high standardized light yield # # and their reduced lattice constant mismatch with respect to GaAs and other such backing materials particularly suitable for the manufacture of electroluminescent materials and devices. For example, an electroluminescent Injection diode such as that shown in Fig. 10 by epitaxial Growing an n-conductive layer 42 of the four-component alloy system GayIn1-yAs1-xPx on an n + -conductive base 44 made of GaAs. This is because of this achieves that one has essentially an area of the same lattice constants of the four-component alloy system GayIn1-yAs1-xPx to a selected four-component composition GayIn1-yAs1-xPx or a ternary composition GayIn1-yP in the hatched area of FIG. 3 follows, so that on the base 44 an n-type region 46 with graded composition is formed and that an n-type region 48 uniformly from the selected Composition is formed on the graded composition area 46.
Für das epitaxiale Wachsen der Schicht 42 auf der Unterlage 4.4 können herkömmliche mit offener Röhre arbeitende Dampftransporttechniken verwandt werden. Mit diesen Techniken ist es möglich, die Konzentration jeder Komponente des Vierstofflegierungssystems $GayIn1-yAs1-xPx mit Hilfe von von außen einstellbaren Parametern zu verändern und das Zusammensetzungs-!)iofii es abgestuften Bereiches 46 und die abschließende Zusammensetzung des gleichförmigen Bereiches 48 genau zu steuern. Die Schicht 42 kann gleichfalls epitaxial auf der Unterlage 44 dadurch wachsen gelassen werden, daß das verbesserte Dampfphasenverfahren und der verbesserte Reaktor verwendet werden, wie sie in der USA-Patentanmeldung Serial Number 775 396, eingereicht am 13. November 1968 auf den Namen des Anmelders,beschrieben worden sind. Dies wird dadurch erreicht, daß eine Gallium (Ga)-Quelle und eine Indium (In)-Quelle, die in getrennten Schiffchen in getrennten Kammern angeordnet sind, die auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 750 bis 1 000 Grad Celsius aufgeheizt werden, verwandt werden. Es werden getrennte Bemessungsventile und Strömungsmesser verwandt, um Ströme aus einem Transportmittel, wie etwa Wasserstoffchlorid (HCl) abwärts in diese Kammern und über die Gallium-und Indium-Quelle steuerbar einzuspritzen.For the epitaxial growth of the layer 42 on the base 4.4 can conventional open tube vapor transport techniques can be used. With these techniques it is possible to control the concentration of each component of the four-component alloy system $ GayIn1-yAs1-xPx with the help of externally adjustable parameters and the composition -!) iofii es graded area 46 and the final composition of the uniform region 48 exactly steer. Layer 42 can also be grown epitaxially on the substrate 44 by that the improved vapor phase process and reactor are used, as described in U.S. Patent Application Serial Number 775,396, filed Nov. 13 1968 in the name of the applicant. This is achieved by that a gallium (Ga) source and an indium (In) source, which are in separate boats are arranged in separate chambers, which are at a temperature in the range of approximately 750 to 1,000 degrees Celsius can be used. It will be separate Metering valves and flow meters related to flows from a means of transport, such as hydrogen chloride (HCl) down into these chambers and over the gallium and Inject controllable indium source.
Die hierbei gebildeten Reaktionsprodukte fließen abwärts in eine Mischkammer, die auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 750 bis 950 Grad Celsius aufgeheizt ist. Es werden gleichfalls getrennte Bemessungsventile und Strömungsmesser verwandt, um Ströme aus Arsen (As) und Phosphor (P), wie etwa Arsin (AsH3) und Phosphin (PH3), und einen n-leitenden Zusatz, wie etwa Wasserstoffselenid (H2Se) abwärts durch eine einzige Leitung, die die Kammern für die Gallium- und die Indium-Quelle umgeht, in die Mischkammer steuerbar einzuspritzen.The reaction products formed in this way flow downwards into a mixing chamber, which are heated to a temperature in the range of approximately 750 to 950 degrees Celsius is. Separate dimensioning valves and flow meters are also used, to streams of arsenic (As) and phosphorus (P), such as arsine (AsH3) and phosphine (PH3), and an n-type additive such as hydrogen selenide (H2Se) down through a only line that bypasses the chambers for the gallium and indium source, to be controllably injected into the mixing chamber.
Die Reaktionsprodukte aus den Gallium- und Indium-Kammern werden in der Mischkammer mit den Gasen dieser letzteren Quellen und dem n-Zusatz aus dieser Leitung vereinigt. Diese Mischung aus Gasen fließt sodann abwärts in eine Ziehkammer, die auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 700 bis 900 Grad Celsius aufgeheizt ist, und über die Galliumarsenid (GaAs) Unterlage 44, wodurch eine n-leitende Schicht 42 auf der Unterlage 44 mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1 bis 50µm/Std. gebildet wird. Die BemessunüJsventile und die Strömungsmesser sind so eingestellt, daß sie die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Flußmengen und -zeiten des Transportgases, der Quellengase und des n-leitenden Zusatzgases steuern, um den ausgewählten abgestuften und den gleich förmigen Bereich der Schicht 42 wachsen zu lassen. So wird zum Beispiel ein n-leitender abgestufter Bereich 46 von ungefähr 25µm m Dicke mit einem Zusammensetzungsprofil, das im wesentlichen gleich dem durch die gestrichelte Linie 40 in Fig. 9 angedeuteten Profil ist, auf einer GaAs-Unterlage 44 von ungefähr 125 bis 500µm m Dicke gezogen. In ähnlicher Weise wird ein n-leitender Bereich 48 von ungefähr 2 bis 50µ m Dicke mit einer gleichförmigen Vierstoffzusammensetzung, etwa der Zusammensetzung, die in Fig. 9 bei 38 angedeutet ist, auf dem abgestuften Bereich 46 wachsen gelassen.The reaction products from the gallium and indium chambers are in the mixing chamber with the gases from these latter sources and the n-addition from them Management united. This mixture of gases then flows down into a draw chamber, which are heated to a temperature in the range of approximately 700 to 900 degrees Celsius is, and over the gallium arsenide (GaAs) backing 44, creating an n-type layer 42 on the pad 44 at a speed of about 1 to 50 µm / hour. educated will. The metering valves and the flow meters are set so that they the flow rate or flow rates and times of the transport gas, the Source gases and the n-type make-up gas control to the selected graded and the same to let the shaped area of the layer 42 grow. For example, an n-type graded area 46 becomes approximately 25 µm Thickness with a compositional profile substantially equal to that by the dashed line 40 in Fig. 9 is indicated on a GaAs pad 44 drawn from about 125 to 500 µm thick. Similarly it becomes an n-type Area 48 from approximately 2 to 50 µm thick with a uniform four-component composition, approximately the composition indicated in Fig. 9 at 38 on the graduated Area 46 grown.
Auf dem n-leitenden Bereich 48 wird eine p-leitende Schicht 50 gebildet, die gleichförmig aus derselben Vierstoffzusammensetzung wie in dem gleichförmigen, n-leitenden Bereich 48 besteht. Diese --leitende Schicht 50 kann epitaxial wachsen gelassen werden unter Verwendung der herkömmlichen, mit offener Röhre arbeitenden Dampftransporttechniken oder unter Verwendung des verbesserten Dampfphasenverfahrens und des Reaktors, wie sie oben in Zusammenhang mit der Schicht 42 beschrieben wurden. In dem letzteren Falle werden steuerbare Ströme derselben transport und Quellen- bzw. . Ausgangegase in die Quellen- und Mischkammern des Reaktors mit Hilfe derselben Bemessungsventile, Strömungsmesser und derselben Leitung eingespritzt. Jedoch werden ein getrenntes Bemesungsventil und ein getrennter Strömungemesser verwandt, um einen steuerbaren Strom eines p-leitenden Zusatzes, wie etwa Diäthylzink [(C2H5)2Zn], durch die Leitung und in die Mischkammer an Stelle des n-leitenden Zusatzes von Wasserstoffselenid (H2Se) einzuspritzen. Die Bemessungsventile und die Strömungsmesser des Reaktors sind so eingestellt, daß sie die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Flußmengen und die Zeiten des Transportgases, der Quellangase und des p-leitenden Zusatzgases steuern, so daß eine gleichförmige p-leitende Schicht 50 von ungefähr 0,5 bis 10µm Dicke mit derselben Vierstoffzusamensetzung wie der gleichförmige n-leitende Bereich 48 @@@@@ial auf dem n-leitenden Bereich 48 wäck@@@. Anders sein kann die p-leitende Schicht 50 zu einem n-leitenden Bereich 98 dadurch ausgebildet werden, daß herkömmliche Diffusionstechniken angewandt werden, um irgendeines der Elemente aus der Gruppe II des Periodensystems, wie etwa Zink oder Cadmium, in den n-leitenden Bereich 48 einzudiffundieren. In diesem Falle muß jedoch der n-leitende Bereich 48 zuerst bis zu einer Dicke wachsen, die im wesentlichen gleich der gewunschten zusammengenommenen Dicke des n-leitenden Bereiches 48 und der p-leitenden Schicht 50 ist, um die p-leitende Schicht 50 in den n-leitenden Bereich 48 eindiffundieren zu können. In jedem Falle besteht die Tendenz, wenn man die p-leitende Schicht 50 dünnen als den n-leitenden Bereich 48 macht (ungefähr 0,5 bis 10µm m im Vergleich zu ungefähr 25Jtm),die bedeutend höhere Selbstabsorption der Photonen in der Nähe der Kante bei p-leitenden III-V-Halbleitermaterialien mit einer direkten Energiebandabstandtopologie als bei n-leitenden III-V-Halbleitermaterialien derselben Topoligie auszugleichen.A p-conductive layer 50 is formed on the n-conductive region 48, which consist of the same four-component composition as in the uniform, n-type region 48 exists. This conductive layer 50 can grow epitaxially can be left using the conventional open tube Vapor transport techniques or using the improved vapor phase process and the reactor as described above in connection with layer 42. In the latter case, controllable flows of the same transport and source respectively. . Output gases into the source and mixing chambers of the reactor with the aid of the same Metering valves, flow meters and the same line injected. However will a separate metering valve and a separate flow meter related to a controllable current of a p-type additive, such as diethyl zinc [(C2H5) 2Zn], through the line and into the mixing chamber in place of the n-type addition of Inject hydrogen selenide (H2Se). The metering valves and the flow meters of the reactor are set so that they the flow rate or flow rates and the times of the transport gas, the source gases and the p-type additional gas control so that a uniform p-type layer 50 of approximately 0.5 to 10 µm Thickness with the same four-component composition as the uniform n-type area 48 @@@@@ ial on the n-conductor area 48 wäck @@@. Be different can the p-conductive layer 50 can be formed into an n-conductive region 98 by that conventional diffusion techniques are used around any of the elements from group II of the periodic table, such as zinc or cadmium, to the n-type Diffuse area 48. In this case, however, the n-type region must 48 first grow to a thickness substantially equal to that desired combined thickness of the n-type region 48 and the p-type layer 50 is in order to diffuse the p-conductive layer 50 into the n-conductive region 48 to be able to. In any case, if the p-type layer 50 thinner than the n-type region 48 (approximately 0.5 to 10 µm in comparison to about 25Jtm), the significantly higher self-absorption of the photons in the vicinity the edge in p-type III-V semiconductor materials with a direct energy bandgap topology than to compensate for n-type III-V semiconductor materials of the same topology.
Auf der unteren Fläche der n+-leitenden GaAs-Unterlage 44 wird eine Gold-Zinn-Legierungs(AuSn)-Kathode 52 mit einer Dicke von ungefähr 0,2 bis 1µm ausgebildet und auf der oberen Fläche der p-leitenden Schicht 50 wird eine kammartige Aluminiumanode 54 mit einer Dicke von ungefähr 0,2 bis 1µm hergestellt. Die die Kathode und die Anode bildenden niederohmigen, nichtgleichrichtenden Elektroden 52 und 54 können nach herkömmlichen Metallaufbring- und Ätzverfahren hergestellt werden. Zwischen die Kathode und die Anode 52 und 54 wird eine Sapnnungsquelle 56 mit einer Vorspannung lD geschaltet, um den p-n-Übergang, der zwischen der p-leitenden Schich-t 50 und dem n-leitenden Bereich 48 ausgebildet ist, in Vorwärtsrichtung vorzuspannen. Der in Vorwärtsrichtung vorgespannte p-n-Übergang emittiert zwischen den Zähnen der kammartigen Anode 54 Licht, das allgemein mit 58 bezeichnet ist. Da der p-n-Übergang in einer Vierstoffzusammensetzung des $GayIn1-yAs1-xPx Legierungssystems in der Nähe der Überkreuzungsfläche 12 ausgebildet ist, wie sie in Fig. 9 mit 38 bezeichnet ist, kann dieses Licht in dem gelben oder grünen Teil des sichtbaren Spektrums mit einer solch hohen Lichtausbeute von 0,1 bis 0,95 Lumen pro Ampere emittiert werden.On the lower surface of the n + -type GaAs pad 44, a Gold-tin alloy (AuSn) cathode 52 is formed with a thickness of approximately 0.2 to 1 µm and on the top surface of the p-type layer 50 there is a comb-like aluminum anode 54 with a thickness of approximately 0.2 to 1 µm. The the cathode and the Low-resistance, non-rectifying electrodes 52 and 54 forming the anode can can be manufactured using conventional metal deposition and etching processes. Between the cathode and anode 52 and 54 becomes a voltage source 56 with a bias ID switched to the p-n junction between the p-type layer 50 and the n-type region 48 is configured to be forward biased. Of the forward-biased p-n junction emitted between the teeth of the comb-like anode 54 light, which is indicated generally at 58. Because the p-n junction in a four-component composition of the $ GayIn1-yAs1-xPx alloy system in the Is formed near the crossover surface 12, as shown in FIG. 9 with 38 designated this light can be in the yellow or green part of the visible spectrum with such a high light output of 0.1 to 0.95 lumens per ampere can be emitted.
Die oben beschriebene elektrolumineszierende Injektionsdiode kann zum Beispiel in einer Mesa-Anordnung hergestellt werden, um zum Beispiel als einzelne Lichtquelle oder als eine Licht quelle in einer Anordnung von elektrolumineszierenden Injektionsdioden in einer Festkörperanordnung zu dienen. Als beispielsweise Ausführungsform wurde lediglich die Herstellung einer elektrolumineszierenden Injektionsdiode aus einem Vierstoffsystem Ga In 1-yAs1-xPx in der Nähe der Überkreuzungsfläche 12 beschrieben. Natürlich-könn.en ebensogut viele andere nützliche Halbleitermaterialien und -vorrichtungen auch aus Zusammensetzungen des Vierstofflegierungssystems $GayIn1-yAs1-xPx hergestellt werden, bei denen x und y Werte größer als 0,005 und kleiner als 0,995 aufweisen, oder bei denen x einen Wert von 1,0 und y einen Wert im Bereich von 0,4-5 bis 0,80 aufweist.The electroluminescent injection diode described above can for example in a mesa arrangement, for example as a single Light source or as a light source in an array of electroluminescent To serve injection diodes in a solid state arrangement. As an example embodiment was merely the production of an electroluminescent injection diode a four-component system Ga In 1-yAs1-xPx in the vicinity of the crossover area 12. Of course, many other useful semiconductor materials and devices may as well also made from compositions of the four-component alloy system $ GayIn1-yAs1-xPx where x and y have values greater than 0.005 and less than 0.995, or where x has a value of 1.0 and y has a value in the range from 0.4-5 to 0.80 having.
- Patentansprüche -- patent claims -
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US83227669A | 1969-06-11 | 1969-06-11 |
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ID=25261197
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19702028572 Pending DE2028572A1 (en) | 1969-06-11 | 1970-06-10 | Semiconductor material for the emission of - visible pumped electroluminescence |
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| Country | Link |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0014116A1 (en) * | 1979-01-26 | 1980-08-06 | Thomson-Csf | Heterojunction semiconductor device |
-
1970
- 1970-06-10 DE DE19702028572 patent/DE2028572A1/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0014116A1 (en) * | 1979-01-26 | 1980-08-06 | Thomson-Csf | Heterojunction semiconductor device |
| FR2447612A1 (en) * | 1979-01-26 | 1980-08-22 | Thomson Csf | HETEROJUNCTION SEMICONDUCTOR COMPONENT |
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