DE4330756A1

DE4330756A1 - Light-emitting component of II-VI semiconductor material

Info

Publication number: DE4330756A1
Application number: DE19934330756
Authority: DE
Inventors: Gottfried Prof Landwehr; Andreas Waag
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-09-10
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 1995-03-16

Abstract

LED or laser diode on a substrate (1) of II-VI semiconductor material, having at least one active layer (2) and a barrier layer (3) of binary or ternary II-VI semiconductor material, in particular CdMgTe with high magnesium content for emission in the blue spectral range, and with matching of the layer thicknesses and lattice constants to the substrate, in such a way that the structure of the crystal lattice of the substrate is imposed on these grown layers. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein lichtemittierendes Bau element, insbesondere Leuchtdioden und Laserdioden, aus Halb leitermaterial aus Elementen der Gruppen II und VI des Peri odensystems.The present invention relates to a light emitting structure element, especially light emitting diodes and laser diodes, from half conductor material from elements of groups II and VI of Peri odensystems.

II-VI-Halbleitermaterial wie z. B. CdMgTe wird für optoelek tronische Halbleiterbauelemente zunehmend interessant, wenn es darum geht, den gesamten Strahlungsbereich bis zum Ultravio letten abzudecken. In einer Veröffentlichung von A. Waag e.a. in Journal of Crystal Growth 131, 607-611 (1993) ist die Her stellung von CdMgTe-Schichten beschrieben, bei denen der Mg-An teil bis zu 0,68 betrug. In der JP 1 157 576 (englischer Ab stract) ist eine LED im II-VI-Halbleitermaterial beschrieben.II-VI semiconductor material such as B. CdMgTe is for optoelek tronic semiconductor devices are becoming increasingly interesting when it is about the entire radiation area up to the Ultravio cover latvians. In a publication by A. Waag e.a. in Journal of Crystal Growth 131, 607-611 (1993) Position of CdMgTe layers described, in which the Mg-An was up to 0.68. JP 1 157 576 (English Ab stract) an LED is described in the II-VI semiconductor material.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein lichtemittie rendes Bauelement anzugeben, das bei hoher Effizienz für Strah lungserzeugung im gesamten sichtbaren Bereich bis zum Ultravio letten hin eingesetzt werden kann und das die Verwendung von gegenüber herkömmlichen Bauelementen neuen Materialien ermög licht.The object of the present invention is to emit a light Specifying component that is highly efficient for beam Generation in the entire visible range up to the Ultravio Latvian can be used and that the use of new materials compared to conventional components light.

Diese Aufgabe wird mit dem Bauelement mit den Merkmalen des An spruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This task is performed with the component with the characteristics of the To Proverb 1 solved. Further configurations result from the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen LED oder Laserdiode kommen drei ver schiedene Materialzusammensetzungen von II-VI-Elementen zum Einsatz. Auf ein Substrat oder die oberste Schicht oder Pufferschicht auf einem Substrat ist die jeweilige strahlungs erzeugende Schichtfolge (z. B. LED oder Laserdiode) aufgewach sen (z. B. mittels MBE). Die Zusammensetzung dieses Substrates oder dieser obersten Substratschicht ist binäres oder ternäres Material mit mindestens einem Anteil eines Elementes der zweiten Gruppe des Periodensystems und einem Anteil eines Ele ments der sechsten Gruppe, wobei die Gitterkonstante dieses Ma terials von der Gitterkonstanten von CdTe höchstens um 5% ver schieden ist. Die lichterzeugende Heterostruktur wird durch Materialien der Zusammensetzung a_xb_1-xc gebildet, wobei a ein Element der Gruppe IIa, b ein Element der Gruppe IIb und c ein Element der Gruppe VIb des Periodensystems ist und der Anteil x größer als 0 ist. Die Bezeichnung "Gruppe" schließt hier und in den Ansprüchen jeweils alle Elemente mit ein, die zu der Gruppe gehören und eine niedrigere Ordnungszahl haben als die Elemente des betreffenden mit a bzw. b bezeichneten Zweiges dieser Gruppe. Die Gruppe VIb umfaßt also die Elemente O, S, Cr, Se, Mo, Te, W und Po. Für eine Verwendung bei der erfindungsgemäßen Diode kommen speziell jeweils folgende Elemente in Betracht:In the LED or laser diode according to the invention, three different material compositions of II-VI elements are used. The respective radiation-generating layer sequence (e.g. LED or laser diode) has been grown on a substrate or the top layer or buffer layer on a substrate (e.g. by means of MBE). The composition of this substrate or this uppermost substrate layer is binary or ternary material with at least a portion of an element of the second group of the periodic table and a portion of an element of the sixth group, the lattice constant of this material differing from the lattice constant of CdTe by at most 5% is divorced. The light-generating heterostructure is formed by materials of the composition a _x b _1-x c, where a is an element from group IIa, b is an element from group IIb and c is an element from group VIb of the periodic table and the proportion x is greater than 0. The term "group" includes here and in the claims all elements that belong to the group and have a lower atomic number than the elements of the relevant branch designated a or b of this group. Group VIb thus comprises the elements O, S, Cr, Se, Mo, Te, W and Po. The following elements are particularly suitable for use in the diode according to the invention:

Gruppe IIa mit Be, Mg, Ca, Ba, Sr;
Gruppe IIb mit Zn, Cd, Hg;
Gruppe VI mit S, Se, Te.Group IIa with Be, Mg, Ca, Ba, Sr;
Group IIb with Zn, Cd, Hg;
Group VI with S, Se, Te.

Aus der aufgezählten Reihe von Elementen der Gruppe IIa kommen Mg und Ca in die engere Wahl, insbesondere wenn die lichtemit tierende Schicht wie in den Ausführungsbeispielen Cd und Te enthält. Mg und Ca besitzen Atomradien passender Größe. Ba, Sr und Hg sind z. B. wegen schlechter Handhabbarkeit bei der Her stellung der Bauelemente weniger vorteilhaft.Coming from the listed series of elements from group IIa Mg and Ca are shortlisted, especially if the light-emitting layer as in the exemplary embodiments Cd and Te contains. Mg and Ca have suitable sized atomic radii. Ba, Sr and Hg are e.g. B. because of poor manageability in the Her position of the components less advantageous.

Als II-VI-Material für das Substrat eignet sich insbesondere binäres oder ternäres Material wie CdTe, CdZnTe, HgCdTe oder CdTeSe. Diese Materialien können jeweils auf einen dickeren Substratkörper aus Silizium oder GaAs aufgewachsen sein. In den Ansprüchen ist unter "Substrat" jeweils die Schicht aus II-VI- Halbleitermaterial, auf die die lichterzeugende Struktur aufgewachsen ist, zu verstehen.Particularly suitable as II-VI material for the substrate binary or ternary material such as CdTe, CdZnTe, HgCdTe or CdTeSe. These materials can each be thicker Substrate body made of silicon or GaAs. In the Claims under "substrate" is the layer from II-VI Semiconductor material on which the light-generating structure grew up to understand.

Es folgt eine Beschreibung der erfindungsgemäßen Dioden anhand der Fig. 1 bis 6.The diodes according to the invention are described with reference to FIGS. 1 to 6.

Fig. 1 zeigt eine LED im Querschnitt. Fig. 1 shows an LED in cross section.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer Laser diode. Fig. 2 shows a perspective sectional view of a laser diode.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem die Bandlückenenergie als Funktion der Gitterkonstante für verschiedene III-V- und II-VI-Halbleitermaterialien aufgetragen ist. FIG. 3 shows a diagram in which the bandgap energy is plotted as a function of the lattice constant for various III-V and II-VI semiconductor materials.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Bandlückenenergie und die Gitterkonstante für verschiedene Cd_1-xMg_xTe-Zusammenset zungen angegeben ist. Fig. 4 shows a diagram in which the band gap energy and the lattice constant are given for different Cd _1-x Mg _x Te compositions.

Fig. 5 zeigt das Emissionsspektrum einer Laserstruktur als Funktion der Gesamtenergie pro Puls bei einer Temperatur von 77 K. Dabei handelt es sich um eine SCQW-Laserstruk tur im CdMgTe-System, die optisch gepumpt wurde; Kurve a: oberhalb, Kurve b: unterhalb der Laserschwelle. Fig. 5 shows the emission spectrum of a laser structure as a function of the total energy per pulse at a temperature of 77 K. This is a SCQW laser structure in the CdMgTe system, which was pumped optically; Curve a: above, curve b: below the laser threshold.

Fig. 6 zeigt ein Röntgenbeugungsdiagramm (sog. rocking curves) für auf CdTe aufgewachsene Cd_1-xMg_xTe-Schichten unter schiedlicher Mg-Anteile x und Gitterkonstanten a₀. FIG. 6 shows an X-ray diffraction diagram (so-called rocking curves) for CdTe-grown Cd _1-x Mg _x Te layers with different Mg components x and lattice constants a₀.

Die LED der Fig. 1 besteht aus einer Schichtfolge, die auf das Substrat 1 aus II-VI-Material, vorzugsweise CdTe, CdZnTe, HgCd- Te oder CdSeTe oder eine Mischung dieser Materialien, aufge wachsen ist. Wie erwähnt genügt es, wenn der obere Schichtan teil des Substrates, z. B. eine Pufferschicht, aus diesem Mate rial mit einer gegenüber CdTe um höchstens 5% abweichenden Gitterkonstanten besteht. Die strahlungserzeugende Schichtfolge wird durch eine aktive Schicht 2 und Begrenzungsschichten 3, 7 unterschiedlichen Vorzeichens der Leitfähigkeit gebildet. Die untere Begrenzungsschicht 7 kann ggf. weggelassen sein. Diese drei Schichten bestehen aus Material der chemischen Zusammen setzung A_xB_1-xC, wobei A ein Element der Gruppe IIa (insbesondere Be, Mg, Ca, Ba, Sr), B ein Element der Gruppe IIb (insbesondere Zn, Cd, Hg) und C ein Element der Gruppe VIb (insbesondere S, Se, Te) ist und wobei x < 0 ist. Die Begren zungsschicht 3 ist z. B. p-leitend dotiert. Die aktive Schicht 2 kann undotiert oder n-leitend oder p-leitend dotiert sein, und das übrige Halbleitermaterial ist n-leitend dotiert, so daß ein p-Kontakt 4 auf der Oberseite der Begrenzungsschicht 3 mit einer Öffnung für den Lichtaustritt und ein n-Kontakt 5 auf der Unterseite des leitfähigen Substrates 1 aufgebracht sein können. Die Kontakte können aber auch anders angeordnet sein, insbesondere beide Kontakte auf der Oberseite des Bauelementes bei geeigneter Dotierung leitfähiger Schichten zur Stromin jektion in den Bereich des pn-Überganges. Für n-Dotierung kom men Elemente der Gruppe VIIb und IIIb (z. B. Br), für p-Dotie rung Elemente der Gruppen Vb und Ia (z. B. As) in Frage. Typi sche Materialien sind z. B. CdZnTe für das Substrat 1, CdMgTe unterschiedlicher Zusammensetzung für die aktive Schicht 2 und die Begrenzungsschichten 3, 7 wobei der Bandabstand des Materiales der Begrenzungsschichten 3, 7 für Durchlässigkeit des erzeugten Lichtes nicht kleiner sein darf als die Bandlücke des Materials der aktiven Schicht 2. Der obere Kontakt 4 ist z. B. Gold, der Substratkontakt 5 z. B. Indium. Typische Schicht dicken sind z. B. 100-500 µm für das Substrat 1; 0,1-3 µm für die Begrenzungsschicht 7; 0,1-3 µm für die aktive Schicht 2 und 0,1-3 µm für die Begrenzungsschicht 3. Aus dem Diagramm der Fig. 3 ergibt sich, daß bei Verwendung eines Substrates 1 aus ZnCdTe eine Anpassung der lateralen Gitterkonstanten der Heterostruktur aus MgCdTe an dieses Material des Substrates möglich ist. Die Materialzusammensetzungen können dabei so ge wählt sein, daß die laterale Gitterkonstante der Heterostruktur an die laterale Gitterkonstante des Substratmateriales angepaßt ist (voll verspannte Schichtfolge) oder daß die Gitter konstanten der einzelnen Schichten variieren. Es wird dabei aber sichergestellt, daß die Gitterkonstanten der für die ak tive Schicht und die Begrenzungsschicht 3 vorgesehenen Zusam mensetzungen sich höchstens so viel von der Gitterkonstante des Substrates 1 bzw. der (falls vorhanden) Begrenzungsschicht 7 unterscheiden, wie für gute Funktionsweise des Bauelementes erforderlich ist. Auf diese Weise erreicht man unter Einsatz z. B. von MBE oder einem anderen Verfahren, das zur Herstellung dünner Schichten geeignet ist, bei der Herstellung Hetero strukturen in diesem Materialsystem, bei dem auch Materialzu sammensetzungen des Cd_1-xMg_xTe mit x < 0,5 stabil sind. Die betreffenden Schichten sind so dünn aufgewachsen, daß die Zinkblende-Struktur des Substrats sich diesen Schichten ein prägt. Diese für die Strahlungserzeugung vorgesehenen Schichten besitzen daher im wesentlichen Zinkblende-Struktur und nicht die beim MgTe normalerweise auftretende Wurtzit-Struktur. Trotz der hygroskopischen Eigenschaft des MgTe lassen sich so licht emittierende Bauelemente herstellen, die bei einem Mg-Anteil von z. B. 80% (Cd_0,2Mg_0,8Te) stabil arbeiten.The LED of FIG. 1 consists of a layer sequence that is these materials grown on the substrate 1 made of II-VI material, preferably CdTe, CdZnTe, or Te HgCd- CdSeTe or a mixture set. As mentioned, it is sufficient if the upper layer of part of the substrate, for. B. a buffer layer, consists of this material with a lattice constant which differs from CdTe by at most 5%. The radiation-generating layer sequence is formed by an active layer 2 and boundary layers 3 , 7 of different signs of the conductivity. The lower boundary layer 7 can optionally be omitted. These three layers consist of material of the chemical composition A _x B _1-x C, where A is a group IIa element (in particular Be, Mg, Ca, Ba, Sr), B is a group IIb element (in particular Zn, Cd, Hg) and C is a group VIb element (in particular S, Se, Te) and where x <0. The boundary layer 3 is z. B. doped p-type. The active layer 2 can be undoped or doped n-type or p-type, and the rest of the semiconductor material is doped n-type, so that a p-type contact 4 on the top of the delimitation layer 3 with an opening for the light exit and an n- Contact 5 can be applied to the underside of the conductive substrate 1 . However, the contacts can also be arranged differently, in particular both contacts on the top of the component with suitable doping of conductive layers for current injection into the region of the pn junction. For n-doping, elements from groups VIIb and IIIb (e.g. Br) are possible, for p-doping elements from groups Vb and Ia (e.g. As). Typical materials are e.g. B. CdZnTe for the substrate 1 , CdMgTe of different composition for the active layer 2 and the boundary layers 3 , 7 wherein the band gap of the material of the boundary layers 3 , 7 for transmission of the generated light must not be less than the band gap of the material of the active layer 2 . The upper contact 4 is z. B. gold, the substrate contact 5 z. B. Indium. Typical layer thicknesses are e.g. B. 100-500 microns for the substrate 1 ; 0.1-3 µm for the boundary layer 7 ; 0.1-3 µm for the active layer 2 and 0.1-3 µm for the boundary layer 3 . From the diagram in FIG. 3 it follows that when using a substrate 1 made of ZnCdTe, an adaptation of the lateral lattice constants of the heterostructure made of MgCdTe to this material of the substrate is possible. The material compositions can be selected so that the lateral lattice constant of the heterostructure is adapted to the lateral lattice constant of the substrate material (fully strained layer sequence) or that the lattice constants of the individual layers vary. It is ensured, however, that the lattice constants of the compositions provided for the active layer and the boundary layer 3 differ at most as much from the lattice constant of the substrate 1 or (if present) the boundary layer 7 as is necessary for the good functioning of the component is. In this way you can use z. B. MBE or another method that is suitable for the production of thin layers in the manufacture of heterostructures in this material system, in which material compositions of Cd _1-x Mg _x Te are stable with x <0.5. The layers in question are grown so thin that the zincblende structure of the substrate is characterized by these layers. These layers intended for the generation of radiation therefore have essentially a zinc blende structure and not the wurtzite structure normally occurring in MgTe. Despite the hygroscopic property of the MgTe, light-emitting components can be produced that have a Mg content of e.g. B. 80% (Cd _0.2 Mg _0.8 Te) work stably.

Fig. 2 zeigt einen entsprechenden Aufbau für eine Laserstruk tur, hier insbesondere eine SCH-Struktur (separate confine ment). Auf dem Substrat 1 sind eine Pufferschicht 11, eine ak tive Schicht 2 sowie innere Begrenzungsschichten 3, 6 und äuße re Begrenzungsschichten 9, 10 für optisches und elektrisches Confinement für die aktive Schicht 2 vorhanden. Die obere Be grenzungsschicht 9 wird zusätzlich durch eine Deckschicht 8 abgedeckt. Pufferschicht 11 und Deckschicht 8 können weggelas sen sein. Bei einer Doppelheterostruktur-Laserdiode mit den erfindungsgemäßen Materialkombinationen ist es möglich, die Bandlücke der lichtemittierenden Schicht (aktive Schicht) der art einzustellen, daß Laserdioden mit einer Lichtemission im gesamten sichtbaren Spektralbereich bis ins Ultraviolette hinein hergestellt werden können. Die Pufferschicht 11 (sofern vorhanden) und die Deckschicht 8 (sofern vorhanden), die z. B. als Kontaktschicht hoch dotiert sein kann, sind hier Material der Zusammensetzung A_xB_1-xC, wobei A ein Element der Gruppe IIa, B aus der Gruppe IIb und C aus der Gruppe VIb ist und wo bei x < 0 ist. Die aktive Schicht 2 ist hier undotiert, kann aber auch n- oder p-leitend dotiert sein. Die inneren Begren zungsschichten 3, 6 und die äußeren Begrenzungsschichten 9, 10 sind jeweils aus demselben Material der Zusammensetzung A_xB_1-xC mit A aus der Gruppe IIa, B aus der Gruppe IIb und C aus der Gruppe VIb, wobei der Anteil x (x < 0) so gewählt ist, daß die Energiebandlücke der inneren Begrenzungsschichten 3, 6 größer ist als die Energiebandlücke der aktiven Schicht 2 und die Energiebandlücke der äußeren Begrenzungsschichten 9, 10 größer ist als die Energiebandlücke der inneren Begrenzungsschichten 3, 6. Falls wie in dem Beispiel der Fig. 2 gezeichnet die Kon takte 4, 5 auf Ober- und Unterseite des Bauelementes angebracht sind, sind alle Schichten oberhalb der aktiven Schicht 2 für elektrische Leitung des einen Leitfähigkeitstyps dotiert und alle unterhalb der aktiven Schicht 2 befindlichen Schichtanteile für elektrische Leitung des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps dotiert. Bei einem bevorzugten Ausführungs beispiel sind z. B. folgende Materialzusammensetzungen möglich: Das Substrat 1 ist n-CdZnTe, die Pufferschicht 11 n-CdTe, die aktive Schicht 2 Cd_1-xMg_xTe mit x = 0,4, die inneren Begren zungsschichten 3, 6 n- bzw. p-Cd_1-xMg_xTe mit x = 0,6, die äu ßeren Begrenzungsschichten 9, 10 n- bzw. p-Cd_1-xMg_xTe mit x = 0,7 und die Deckschicht 8 p-CdTe. Die aktive Schicht 2 kann insbesondere als Quantum-well-Struktur oder Multiple-Quantum- Well-Struktur ausgebildet sein. Die Begrenzungsschichten 3, 6, 9, 10 können ebenfalls aus Schichtfolgen mit alternierenden Energiebandabständen ausgebildet sein. Als Materialien kommen für diese Quantum-Well-Strukturen z. B. abwechselnd binäre und ternäre Zusammensetzungen in Frage (z. B. CdMgTe/CdTe-Struk turen). Der Schichtaufbau des beschriebenen Ausführungsbei spiels ist besonders vorteilhaft. Auf separate confinement kann aber verzichtet werden, so daß beidseitig der aktiven Schicht nur je eine Begrenzungsschicht als Confinement vorhanden ist. In der einfachsten Ausführungsform sind nur das Substrat 1 und die Schichten 2, 3 und 6 sowie die Kontakte 4, 5 vorhanden. Fig. 2 shows a corresponding structure for a laser structure, here in particular an SCH structure (separate confine ment). On the substrate 1 there is a buffer layer 11 , an active layer 2 and inner boundary layers 3 , 6 and outer boundary layers 9 , 10 for optical and electrical confinement for the active layer 2 . Be the upper boundary layer 9 is also covered by a cover layer 8 . Buffer layer 11 and cover layer 8 can be removed. In the case of a double heterostructure laser diode with the material combinations according to the invention, it is possible to set the band gap of the light-emitting layer (active layer) in such a way that laser diodes with light emission in the entire visible spectral range down to the ultraviolet can be produced. The buffer layer 11 (if present) and the cover layer 8 (if present), the z. B. can be highly doped as a contact layer, here are materials of the composition A _x B _1-x C, where A is an element from group IIa, B from group IIb and C from group VIb and where x <0. The active layer 2 is undoped here, but can also be doped n- or p-type. The inner boundary layers 3 , 6 and the outer boundary layers 9 , 10 are each made of the same material of the composition A _x B _1-x C with A from group IIa, B from group IIb and C from group VIb, the proportion x (x <0) is selected such that the energy band gap of the inner boundary layers 3 , 6 is greater than the energy band gap of the active layer 2 and the energy band gap of the outer boundary layers 9 , 10 is greater than the energy band gap of the inner boundary layers 3 , 6 . If, as in the example of FIG. 2, the contacts 4 , 5 are attached to the top and bottom of the component, all layers above the active layer 2 are doped for electrical conduction of the one conductivity type and all layer portions located below the active layer 2 doped for electrical conduction of the opposite conductivity type. In a preferred embodiment example. B. the following material compositions are possible: the substrate 1 is n-CdZnTe, the buffer layer 11 n-CdTe, the active layer 2 Cd _1-x Mg _x Te with x = 0.4, the inner boundary layers 3 , 6 n- or p-Cd _1-x Mg _x Te with x = 0.6, the outer boundary layers 9 , 10 n- or p-Cd _1-x Mg _x Te with x = 0.7 and the top layer 8 p-CdTe. The active layer 2 can in particular be designed as a quantum well structure or multiple quantum well structure. The boundary layers 3 , 6 , 9 , 10 can also be formed from layer sequences with alternating energy band gaps. The materials used for these quantum well structures are e.g. B. alternating binary and ternary compositions in question (z. B. CdMgTe / CdTe structures). The layer structure of the game described is particularly advantageous. However, separate confinement can be dispensed with, so that there is only one confinement layer on each side of the active layer as confinement. In the simplest embodiment, only the substrate 1 and the layers 2 , 3 and 6 and the contacts 4 , 5 are present.

Die Laserdiode ist typischerweise z. B. ein Quader der Kanten länge z. B. 200 µm. Die Schichtdicken sind z. B.: 100-200 µm für das Substrat 1; 0,5-3 µm für die Pufferschicht 11; 0,3-3 µm für jede der Begrenzungsschichten 3, 6, 9, 10; 10-200 nm für die aktive Schicht 2 und 0,1-3 µm für die Deckschicht 8. Der obere Kontakt 4 ist z. B. streifenförmig mit z. B. 10-20 µm Breite. Durch Verwendung der entsprechenden Zusammensetzung (mit in dem beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel z. B. hohem Magnesium-Anteil) ist es möglich, die Bandlücke der aktiven Schicht derart einzustellen, daß die erfindungsgemäße Laserdiode Licht im gesamten sichtbaren bis in den ultravio letten Spektralbereich hinein emittieren kann. Es ist dabei wieder im Materialsystem CdMgTe erforderlich, die Schichten der Doppelheterostruktur bei überwiegendem Magnesium-Anteil überwiegend in Zinkblende-Struktur auszubilden und die Git terkonstanten der aufgewachsenen Schichten durch geeignete Wahl der Zusammensetzungen so an das Substratmaterial anzupassen, daß die Unterschiede der lateralen Gitterkonstanten für gute Funktionsfähigkeit des Bauelementes hinreichend klein sind. Es ist auch hierbei eine voll verspannte Schichtfolge bei vollständiger Anpassung der lateralen Gitterkonstanten der aufgewachsenen Schichten an die laterale Gitterkonstante des Substrates möglich.The laser diode is typically e.g. B. a cuboid of the edges length z. B. 200 microns. The layer thicknesses are e.g. E.g .: 100-200 µm for substrate 1 ; 0.5-3 µm for the buffer layer 11 ; 0.3-3 µm for each of the boundary layers 3 , 6 , 9 , 10 ; 10-200 nm for the active layer 2 and 0.1-3 µm for the cover layer 8 . The upper contact 4 is z. B. striped with z. B. 10-20 microns wide. By using the appropriate composition (with a high magnesium content, for example, in the special embodiment described), it is possible to adjust the band gap of the active layer in such a way that the laser diode according to the invention can emit light in the entire visible range down to the ultraviolet spectral range . It is again necessary in the material system CdMgTe to form the layers of the double heterostructure with a predominantly magnesium content predominantly in a zinc blende structure and to adapt the lattice constants of the grown layers to the substrate material by suitable choice of compositions such that the differences in the lateral lattice constants are good Functionality of the component are sufficiently small. Here too, a fully strained layer sequence is possible with complete adaptation of the lateral lattice constant of the grown layers to the lateral lattice constant of the substrate.

Wesentlicher Gesichtspunkt bei der vorliegenden Erfindung ist es, daß durch eine Anpassung der Zusammensetzungen der unter sten Schicht (Oberseite des Substrates) und der aufgewachsenen Schichten mit der aktiven Schicht oder der Schichtfolge des pn- Überganges eine Kristallgitterstruktur erzielt wird, die für eine ausreichende Stabilität der lichterzeugenden Schicht struktur auch bei einer Materialzusammensetzung für Lichtemis sion im kurzwelligen Bereich sorgt. In dem beschriebenen Aus führungsbeispiel wird z. B. die Zinkblendestruktur des CdTe beim Aufwachsen der ternären Materialien z. B. mittels MBE dem CdMgTe eingeprägt. Wie dem Diagramm der Fig. 3 zu entnehmen ist, kann für Lichtemission im kurzwelligen Bereich ein ZnCdTe- Substrat der für die Gitterkonstante geeigneten Zusammensetzung gewählt werden, so daß die MgCdTe-Schichten innerhalb der Toleranzen gitterangepaßt aufgewachsen werden können.An essential aspect of the present invention is that by adapting the compositions of the bottom layer (top side of the substrate) and the grown layers with the active layer or the layer sequence of the pn junction, a crystal lattice structure is achieved which ensures sufficient stability of the light-generating layer structure ensures light emission in the short-wave range even with a material composition. In the exemplary embodiment described, z. B. the zinc blende structure of the CdTe when growing the ternary materials z. B. the CdMgTe impressed by MBE. As can be seen from the diagram in FIG. 3, a ZnCdTe substrate of the composition suitable for the lattice constant can be selected for light emission in the short-wave region, so that the MgCdTe layers can be grown within the tolerances in a lattice-adapted manner.

Aus dem Diagramm in Fig. 4 läßt sich ablesen, wie bei variie renden Mg/Cd-Anteilen die Bandlückenenergie und die Gitterkon stante des MgCdTe variieren. Bei hohem Magnesium-Anteil erhält man Emission im blauen Spektralbereich. Die Gitterkonstante läßt sich bei geeigneter Zusammensetzung der erfindungsgemäß verwendeten Substrate so anpassen, daß bei überwiegender Aus bildung der Zinkblendestruktur eine Emission im blauen Bereich bei ausreichender Stabilität der Laserdiode möglich ist. In Fig. 5 ist anhand des Emissionsspektrums eines CdMgTe-Lasers belegt, daß in dem erfindungsgemäßen Materialsystem stimulierte Strahlungsemission erreicht werden kann und daher dieses Mate rialsystem für Laserstrukturen einsetzbar ist.From the diagram in Fig. 4 it can be seen how the bandgap energy and the lattice constant of MgCdTe vary with varying Mg / Cd fractions. With a high magnesium content, emission in the blue spectral range is obtained. With a suitable composition of the substrates used according to the invention, the lattice constant can be adjusted so that, with the predominant formation of the zinc screen structure, an emission in the blue region is possible with sufficient stability of the laser diode. In Fig. 5 is based on the emission spectrum of a CdMgTe laser that stimulated radiation emission can be achieved in the material system according to the invention and therefore this material system can be used for laser structures.

Fig. 6 zeigt ein Diagramm, das demonstriert, daß im Fall von CdMgTe-Schichten auf einem CdTe-Substrat die Zinkblende-Struk tur des CdTe den (dünnen) CdMgTe-Schichten eingeprägt wird. Der höhere Peak stammt vom Kristallgitter des Substrates, der nied rigere Peak vom Kristallgitter der Cd_1-xMg_xTe-Schichten mit x = 0,1, x = 0,4 bzw. x = 0,63. Die hohe Güte der Resonanzkurve (schmaler, scharf ausgeprägter Peak) beweist das Vorhandensein der Zinkblende-Struktur. Fig. 6 shows a diagram which demonstrates that in the case of CdMgTe layers on a CdTe substrate, the zinc blende structure of the CdTe is impressed on the (thin) CdMgTe layers. The higher peak comes from the crystal lattice of the substrate, the lower peak from the crystal lattice of the Cd _1-x Mg _x Te layers with x = 0.1, x = 0.4 and x = 0.63. The high quality of the resonance curve (narrow, sharply pronounced peak) proves the presence of the zincblende structure.

Im Hinblick auf das Diagramm der Fig. 3 ist noch zu erwähnen, daß bei Aufwachsen einer CdMgTe-Struktur auf ein CdZnTe- Substrat, dessen Gitterkonstante der von CdMgTe mit gleichem Magnesium- und Cadmium-Anteil entspricht, die Gitterkonstante des CdMgTe von der des Substrates nur um maximal ca. 0,25% ab weicht, wenn die Bandlückenenergie durch den gesamten sichtba ren Spektralbereich hindurch variiert wird. Dies ermöglicht es, CdMgTe-Schichten hoher struktureller Qualität mit unterschied lichem Mg-Gehalt auf demselben Substrat und in demselben Bau element herzustellen.With regard to the diagram in FIG. 3, it should also be mentioned that when a CdMgTe structure is grown on a CdZnTe substrate whose lattice constant corresponds to that of CdMgTe with the same magnesium and cadmium content, the lattice constant of CdMgTe from that of the substrate deviates only by a maximum of approx. 0.25% if the bandgap energy is varied across the entire visible spectral range. This makes it possible to produce CdMgTe layers of high structural quality with different Mg content on the same substrate and in the same component.

Das erfindungsgemäße Bauelement läßt sich insbesondere als La serdiode mit einer Doppelheterostruktur aus Cd_1-xMg_xTe mit x < 0,68 realisieren. Vorteilhaft ist dann insbesondere die Gitteranpassung an ein Substrat aus CdZnTe. Ebenso lassen sich Lumineszenzdioden mit Magnesium-Anteil oberhalb 0,68 herstel len.The component according to the invention can be realized in particular as a laser diode with a double heterostructure made of Cd _1-x Mg _x Te with x <0.68. The lattice adaptation to a substrate made of CdZnTe is then particularly advantageous. Luminescent diodes with a magnesium content above 0.68 can also be produced.

Claims

1. Light-emitting semiconductor component on a substrate ( 1 ) made of a semiconductor material with at least a portion of an element of group II of the periodic table and a portion of an element of group VI of the periodic table and with a lattice constant that differs from the lattice constant of CdTe by at most 5% is different
with an active layer ( 2 ) made of a material with the chemical composition A _x B _1-x C, where A is an element from group IIa, B is an element from group IIb and C is an element from group VIb of the periodic table and x <0 ,
with at least one boundary layer ( 3 ) made of a material of the composition A _x B _1-x C, where A is an element from group IIa, B is an element from group IIb and C is an element from group VIb of the periodic table, and wherein the energy band gap of the material this boundary layer ( 3 ) is not less than the energy band gap of the material of this active layer ( 2 ) and where x <0,
and with two contacts ( 4 , 5 ) which are each electrically conductively connected to an interface of the active layer ( 2 ).

2. Component according to claim 1 as a laser diode,
in which the active layer ( 2 ) is arranged between two boundary layers ( 3 , 6 ) as a confinement and
in which the energy band gap of these boundary layers ( 3 , 6 ) is larger than the energy band gap of the active layer ( 2 ).

3. The component according to claim 2, wherein the active layer ( 2 ) has a quantum well structure from a sequence of layers with alternating one of two compositions A _x B _1-x C of the active layer ( 2 ) with different proportions x (0x1).

4. Component according to one of claims 1 to 3, wherein the layers of the composition A _x B _1-x C with A from group IIa, B from group IIb and C from group VIb are formed as strained layers.

5. Component according to one of claims 1 to 4, where the material components from group IIa each Element from the group of Be, Mg, Ca, Ba and Sr, the material components from group IIb each an element from the Group of Zn, Cd and Hg and the material components from the Group VIb each an element from the group of S, Se and Te are.

6. The component according to claim 5, where the material components from group IIa each Element from the group of Be, Mg and Ca, the material components Group IIb are each Zn or Cd.

7. Component according to one of claims 1 to 6, in which the substrate ( 1 ) contains CdTe, CdZnTe, CdTeSe or HgCdTe ent.

8. The component according to one of claims 1 to 5, wherein the active layer ( 2 ) and each boundary layer ( 3 , 6 ) is Cd _x Mg _1-x Te (0 x 1).

9. The component according to claim 8, wherein the substrate ( 1 ) is CdZnTe.