Brevet FR2715003A3 — publié le 19950713

FR 2715003 A3 19950713 FR 9400258 A 19940112 1 2715003 L'invention concerne un dispositif électroluminescent à semi-conducteur et, plus précisément, un dispositif électroluminescent en AlGaInP à double hétérostructure. Les diodes électroluminescentes utilisant du AlGaInP à double hétérostructure ont été décrites au cours de ces dernières années. Un dispositif en AlGaInP à double hétérostructure comprend un substrat absorbant en GaAs de type n sur lequel on forme plusieurs couches épitaxiales par croissance pour former un dispositif électroluminescent. On forme tout d'abord par croissance une couche de confinement de type n, en AlGaInP sur le substrat en GaAs. Ensuite on forme par croissance une couche active de AlGaInP non dopée sur la couche de confinement. La couche suivante est une couche de confinement supérieure en AlGaInP du type p. Le rendement d'un tel dispositif électroluminescent dépend de l'étalement du courant dans la couche supérieure. En raison de la haute résistivité de la couche supérieure en AlGaInP de type R, l'étalement du courant est généralement faible. Cette couche est normalement très résistante et la sortie de lumière est relativement faible. L'accroissement de l'épaisseur de la couche de confinement supérieure peut élargir l'étalement du courant et améliorer le rendement de la sortie lumineuse. Malheureusement, il est difficile de 2 2715003 faire croître une couche de AlGaInP épaisse. On connaît plusieurs techniques ont été présentées pour améliorer le rendement des dispositifs électroluminescents au AlGaInP à double hétérostructure. Une technique consiste à former une couche d'arrêt du courant faite d'une matière à coupure de bande élevée et plus électroconductrice, telle que le GaAlAs, avec différentes formes de régions d'arrêt du courant et différentes structures au-dessus de la couche supérieure en AlGaInP de type R pour accroître la densité de courant. Cette technique est connue pour être appropriée pour une lumière d'une longueur d'onde relativement grande, telle que le rouge ou l'orange. Par contre, elle ne donne pas de bons résultats dans l'intervalle des courtes longueurs d'onde, telles que le vert et le jaune. Une autre technique utilise une couche fenêtre en GaP désaccordée en réseau au- dessus de la couche de confinement supérieure en AlGaInP. La technique exige de faire croître une couche relativement épaisse de GaP au-dessus de la couche de AlGaInP. Il se produit des dislocations en veines et des défauts d'empilement à proximité de l'interface désaccordée entre GaP et AlGaInP, en raison de la difficulté qu'on a à faire croitre directement la couche de GaP sur la couche de AlGaInP. La fiabilité et la stabilité à long terme restent très préoccupantes dans une telle diode électroluminescente 3 2715003 en raison de la structure généralement irrégulière de l'interface. La présente invention propose de réaliser une diode électroluminescente à double hétérostructure possédant un haut rendement. A cet effet, l'invention concerne une diode électroluminescente comprenant: un substrat semi- conducteur d'un premier type de conductivité; une première électrode formée sur une partie dudit substrat; une première couche de confinement en AlGaInP du premier type de conductivité formée sur ledit substrat; une couche active en AlGaInP non dopé formée sur ladite première couche de confinement; une seconde couche de confinement en AlGaInP du second type de conductivité formée sur ladite couche active; une première couche fenêtre en semi- conducteur du second type de conductivité ayant une conductivité élevée, formée sur ladite seconde couche de confinement, ladite première couche fenêtre ayant une plus petite bande interdite que ladite couche active; une seconde couche fenêtre en semi-conducteur du second type de conductivité ayant une conductivité élevée, formée sur la première couche fenêtre, ladite seconde couche fenêtre ayant une bande interdite plus élevée que la bande interdite de ladite couche active; et une seconde électrode formée sur une partie de ladite seconde couche fenêtre. Selon l'invention, la diode électroluminescente 4 2715003 utilise une double hétérostructure classique qui possède un substrat en GaAs de type n, une couche de confinement inférieure en AlGaInP de type n formée par croissance sur le substrat, une couche de AlGaInP active non dopée et une couche de confinement supérieure en AlGaInP du type R- p. Une structure de fenêtre à double couche ayant une première couche mince en GaAs et une deuxième couche en GaP est formée sur la couche de confinement supérieure. Dans la présente invention, la première couche de GaAs de la fenêtre à double couche peut être accordée en réseau au AlGaInP. La deuxième couche de GaP de la fenêtre peut alors être formée par croissance avec une structure superficielle de haute qualité à l'interface entre GaAs et GaP. GaAs est une matière opaque qui a une bande interdite plus petite que la bande interdite de la couche active. GaP est une matière transparente qui possède une bande interdite plus élevée que la bande interdite de la couche active. La couche de GaAs à plus petite bande interdite possède une plus haute conductivité. L'inclusion de la couche de GaAs a donc non seulement pour effet d'améliorer la structure d'interface du dispositif mais aussi d'accroître l'étalement du courant. L'épaisseur de la structure de fenêtre peut aussi être réduite en raison de la plus haute conductivité globale de la structure de fenêtre selon l'invention. 2715003 La figure 1 montre une vue en coupe de la diode électroluminescente à double hétérostructure selon la présente invention. La vue en coupe schématique de la présente invention est représentée sur la figure 1. Le substrat du dispositif électroluminescent est du GaAs de type n. L'épaisseur du substrat est dans la plage de 250 à 300 Mm. Une couche de AlGaInP de type n est formée par croissance épitaxiale directement sur le substrat en GaAs, en utilisant la technologie de l'épitaxie en phase vapeur organométallique (OMVPE). La couche de AlGaInP de type n a une épaisseur dans l'intervalle de 0,1 à 2 /m. Au- dessus de la couche de AlGaInP de type n, se trouve une couche active de AlGaInP non dopée. Une couche de AlGaInP de type p est ensuite formée par croissance sur le sommet de la région active. La région active et la couche de type p sont toutes deux formées par croissance séquentielle par le procédé OMVPE. Leurs épaisseurs varient typiquement de 0,1 à 2 Mm. Pour former les couches fenêtres de la diode électroluminescente selon l'invention, une couche mince de type p de matière adaptée en réseau, telle que le GaAs qui possède une plus petite bande interdite que la couche active, est tout d'abord formée par croissance sur le sommet de la couche de AlGaInP de type p par un procédé OMVPE. La couche mince de GaAs est opaque et a une 6 2715003 épaisseur de 0,01 à 0,1 4m. Lorsque les couches mentionnées plus haut ont été formées séquentiellement par croissance épitaxiale sur le substrat en plaquette, la deuxième couche fenêtre de GaP du type p est formée directement par croissance sur la couche de GaAs de type p en utilisant, soit la technique OMVPE, soit la technique d'épitaxie en phase vapeur (VPE). La couche de GaP de type R des couches fenêtres est transparente et possède une bande interdite plus élevée que celle de la couche active et une épaisseur compris dans l'intervalle de 5 à 15 um. Une électrode de type n est déposée sur la surface de la face arrière du substrat en plaquette de GaAs. Une électrode de type p est déposée sur la surface de la couche fenêtre en GaP de type p. Après l'achèvement du processus de fabrication de semi- conducteur, la plaquette est découpée en pastilles cubiques pour former les diodes électroluminescentes. Il est connu qu'il est très difficile de faire croître directement une couche de GaP sur une couche de AlGaInP désaccordée en réseau et que ceci tend à introduire dans la couche d'interface des défauts qui peuvent se propager vers le bas dans la couche active. Par un contrôle minutieux de la composition, la couche fenêtre mince de GaAs du type p peut être accordée en réseau avec précision à la couche de AlGaInP de type p. Il est aussi plus facile de faire croitre une couche fenêtre de GaP transparente de v haute qualité sur la couche fenêtre de GaAs. De cette façon, le rendement global est fortement amélioré. Le GaAs à plus petite bande interdite a aussi une plus haute conductivité que AlGaInP et GaP. En raison de la couche fenêtre de GaAs de plus haute conductivité, la résistivité globale et la tension directe du dispositif semi-conducteur sont réduites. L'étalement du courant est augmenté et, le rendement du dispositif électroluminescent est donc lui aussi augmenté. Un autre avantage de la couche fenêtre en GaAs additionnelle consiste en ce que l'épaisseur de l'ensemble des couches fenêtres peut être réduite grâce à la plus haute conductivité de la couche de GaAs. Bien qu'on n'ait décrit et représenté qu'une forme préférée de réalisation de cette invention, de nombreuses modifications et variantes peuvent être apportées en restant dans le principe de cette invention. On demande que tous les changements et toutes les modifications qui restent dans l'esprit de cette invention soient protégés. 8 2715003 R E V E N D I C A T I ONS 1. Diode électroluminescente comprenant: un substrat semi-conducteur d'un premier type de conductivité; une première électrode formée sur une partie dudit substrat.; une première couche de confinement en A1GaInP du premier type de conductivité formée sur ledit substrat; une couche active en AlGaInP non dopé formée sur ladite première couche de confinement; une seconde couche de confinement en AlGaInP du second type de conductivité formée sur ladite couche active; une première couche fenêtre en semi-conducteur du second type de conductivité ayant une conductivité élevée, formée sur ladite seconde couche de confinement, ladite première couche fenêtre ayant une plus petite bande interdite que ladite couche active; une seconde couche fenêtre en semi-conducteur du second type de conductivité ayant une conductivité élevée, formée sur la première couche fenêtre, ladite seconde couche fenêtre ayant une bande interdite plus élevée que la bande interdite de ladite couche active; et une seconde électrode formée sur une partie de 9 2715003 ladite seconde couche fenêtre. 2. Diode électroluminescente selon la revendication 1, dans laquelle le substrat semi-conducteur est composé de GaAs. 3. Diode électroluminescente selon la revendication 1, dans laquelle ladite première couche fenêtre est composée de GaAs. 4. Diode électroluminescente selon la revendication 1, dans laquelle ladite seconde couche fenêtre est composée de GaP.