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DE69214423T2 - Verwendung einer Halbleiterstruktur als lichtemittierende Diode - Google Patents

Verwendung einer Halbleiterstruktur als lichtemittierende Diode

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DE69214423T2
DE69214423T2 DE69214423T DE69214423T DE69214423T2 DE 69214423 T2 DE69214423 T2 DE 69214423T2 DE 69214423 T DE69214423 T DE 69214423T DE 69214423 T DE69214423 T DE 69214423T DE 69214423 T2 DE69214423 T2 DE 69214423T2
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layer
mirror
semiconductor structure
semiconductor
structure according
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DE69214423T
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Alfred Yi Cho
Erdmann Frederick Schubert
Li-Wei Tu
George John Zydzik
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AT&T Corp
Original Assignee
AT&T Corp
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Publication of DE69214423T2 publication Critical patent/DE69214423T2/de
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Description

    Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft lichtemittierende Dioden.
    • Allgemeiner Stand der Technik
  • Für lichtemittierende Dioden (LED), die unter Durchlaßvorspannungsbedingungen Licht spontan emittieren, gibt es verschiedene Anwendungen, wie zum Beispiel Signallampen, Elemente von visuellen Anzeigen, Lichtquellen für optische Datenstrecken, Lichtwellenleiterkommunikation und andere. Bauelemente, bei denen das Licht an der oberen Fläche des Bauelements emittiert wird, sind für die Verwendung bei der Lichtwellenleiterkommunikation von besonderem Interesse.
  • LED nach dem Stand der Technik, die für Lichtwellenleiterkommunikation verwendet werden, emittieren in der Regel Licht durch eine Öffnung in einer oberen Elektrode, die sich auf einer Substratbchicht des Bauelements befindet. Eine typische LED nach dem Stand der Technik enthält, in absteigender Reihenfolge, eine obere Elektrode, ein Substrat, eine obere Begrenzungsechicht, eine aktive Schicht, eine untere Begrenzungsschicht, eine untere Kontaktschicht, eine mittig angeordnete untere Elektrode mit relativ kleiner Fläche, eine dielektrische Schicht auf dem Rest der unteren Kontaktschicht und einen Kühlkörper. Die obere Elektrode weist eine mittig angeordnete Öffnung auf, durch die die spontane Lichtemission stattfindet. Die Lichtemission von der LED kann von einem Lichtwellenleiter aufgenommen werden, dessen eines Ende an die Fläche des Substrats innerhalb der Elektrodenöffnung anstoßen kann. Um einen größeren Anteil des emittierten Lichts aufzufangen, kann die LED mit einer vertikalen Mulde ausgestattet sein, die in dem Substrat koaxial bis hinunter zur Fläche der Begrenzungsschicht geätzt ist, wodurch man in der Lage ist, ein Ende des Lichtwellenleiters näher an die Quelle der Emission heranzuführen. Bei einer anderen Version kann eine Linse in der Fläche des Substrats einstückig ausgebildet sein, um das durch das kreisförmige Loch in der oberen Elektrode emittierte Licht aufzufangen und in den Kern des Lichtwellenleiters zu fokussieren. Siehe zum Beispiel S. M. Sze, Semiconductor Devices, Physics and Technology [Physik und Technologie der Halbleiterbauelemente], John Wiley & Sons, New York, 1985, S. 258-267, und einen Artikel von Niloy K. Dutta, "III-V Device Technologies For Lightwave Applications" [III-V-Bauelementtechnologien für Lichtwellenanwendungen], AT&T Technical Journal, Band 68, Nr. 1, Januar-Februar 1989, Seiten 5-18.
  • Leider sind die heutigen LED mit zahlreichen Mängeln behaftet. Die Lichtemission in der LED ist spontan und somit zeitlich auf die Größenordnung von 1 bis 10 Nanosekunden begrenzt. Aus diesem Grund wird auch die Modulationsgeschwindigkeit der LED durch die spontane Lebensdauer der LED begrenzt. Dies begrenzt die maximale Modulationsfreqenz auf fmax = 200-400 Mbit/s. Als nächster Punkt ist die Lichtemission im aktiven Bereich isotrop, das heißt in allen Richtungen, so daß nur ein Bruchteil der Emission den Körper durch das Loch in der oberen Elektrode verlassen kann. Die Spektrallinienbreite der LED ist groß, in der Größenordnung von 1,8 kT, wobei kT die Wärmeenergie ist. Bei optischen Multimodenfasern führt dies zu chromatischer Dispersion, d.h. zu einer Impulsverbreiterung, was die maximale übertragungslänge des von einer LED emittierten Lichts bei hohen übertra gungsgeschwindigkeiten auf einige wenige Kilometer begrenzt.
  • Es wurden Versuche angestellt, die Leistung der LED zu verbessern. So zum Beispiel stellt eine LED, die in dem am 10. September 1991 an Hideto Sugawara et al. erteilten US-Patent 5 048 035 offenbart ist, einen Versuch dar, die Lichtemission von der oberen Fläche der LED zu vergrößern, indem zwischen einer mittig angeordneten oberen Elektrode und dem lumineszierenden Hohlraum eine besondere stromsperrende Halbleiterschicht so angeordnet wird, daß ein höherer Lichtgewinnungswirkungsgrad und eine höhere Lumineszenz erreicht wird. Der Strom von der oberen Elektrode wird durch die stromsperrende Schicht über den lichtemittierenden Bereich breit verteilt, was zu höherer Lichtgewinnung und höherer Luminanz als bei herkömmlichen LED führt. Diese LED enthält in aufsteigender Reihenfolge eine untere Elektrode, ein Substrat, eine untere Schicht, eine aktive Schicht, eine obere Begrenzungsschicht, eine stromsperrende Schicht, eine punktförmige obere Kontaktschicht und eine über der Kontaktschicht liegende punktförmige obere Elektrode. Die Lichtemission findet mit Ausnahme des Bereichs der oberen Elektrode von der oberen Halbleiterfläche aus statt, und nicht durch das Substrat.
  • Eine derartige Emission eignet sich zwar für Anzeige- und LED-Lampen, doch ist sie nicht geeignet für Lichtwellenl eiterkommunikation, die eine spontane Emission mit schmaler Linienbreite erfordert.
  • Ein weiterer Versuch, die abgegebene Lumineszenz einer LED zu verbessern, wird in einem Artikel von T. Kato et al., "GaAs/GaAlAs surface emitting IR LED with Bragg reflector grown by MOCVD", Journal of Crystal Growth, Band 107 (1991) North Holland, auf den Seiten 832-835 beschrieben. Die Struktur dieser LED ähnelt allgemein der Struktur des Bauelements von Sugawara et al. In der Struktur befindet sich nämlich das Substrat am Boden des Bauelements, und eine obere Elektrode befindet sich in der Mitte der oberen Fläche des Bauelements. Allerdings fehlt bei diesem Bauelement die stromsperrende Schicht, die kontaktierende Schicht liegt über der ganzen Fläche der oberen Begrenzungsschicht und die obere Fläche der kontaktierenden Schicht ist mit einer Antireflexionsschicht beschichtet, um Reflexionen von der Grenzfläche zwischen der oberen Fläche und Luft zu verhindern. Diese LED enthält auch einen verteilten Vielschicht-Bragg- Reflektor (DER), der zwischen dem Substrat und der unteren Begrenzungsschicht des Bauelements positioniert ist. Der DER hat den Zweck, die Absorption von Lichtemission durch das Substrat zu reduzieren. Bei diesem Bauelement findet die Emission, wie bei dem Bauelement von Sugawara et al., vom Rand der LED aus statt und, mit Ausnahme des von der oberen Elektrode bedeckten Bereichs in erster Linie von der oberen Fläche aus. Eine derartige Emission eignet sich zwar für Anzeige- und LED-Lampen, doch ist diese Emission auch nicht für Lichtwellenleiterkommunikation geeignet.
  • Es ist deshalb wünschenswert, eine LED mit verbesserten lichtemittierenden Eigenschaften zu entwerfen, die sich für Lichtwellenleiterkommunikation eignet.
  • Eine Struktur, wie sie im Oberbegriff von Anspruch 1 aufgeführt ist, ist aus EP-A-0 458 493 zur Verwendung als Vertikalhohlraum-Oberflächenlaser bekannt.
    • Kurze Darstellung der Erfindung
  • Es hat sich herausgestellt, daß die in Anspruch 1 niedergelegte Struktur bei Betrieb als LED gegenüber LED mit herkömmlichem Aufbau eine verbesserte Leistung liefert. Die LED mit dem Hohlraumresonator, die hiernach als Hohlraumresonator-LED oder RCLED (Resonant Cavity LED) bezeichnet wird, weist gegenüber herkömmlichen LED eine höhere spektrale Reinheit und eine höhere Intensität der Lichtemission auf. Der Fabry-Perot-Resonator wird von einem hochreflektierenden verteilten Vielschicht-Bragg- Reflektor-(DBR-)Spiegel (RB ≥ 0,99) und einem Spiegel mit einem niedrigen bis mäßigen Reflexionsvermögen (RT ≈ 0,25 - 0,99) gebildet. Der in der RCLED-Struktur zwischen dem Substrat und der unteren Begrenzungsschicht angeordnete DER-Spiegel wird als unterer Spiegel verwendet. Das Vorhandensein des weniger reflektierenden Spiegels (oben) über dem aktiven Gebiet führt zu einer unerwarteten Verbesserung bei den Eigenschaften der gerichteten Lichtemission. Die Verwendung eines von diesen beiden Spiegeln gebildeten Fabry-Perot-Resonators führt zu einer optischen, spontanen Lichtemission aus dem aktiven Gebiet, die auf die Moden des Hohlraums beschränkt ist.
  • Während der untere DER-Spiegel die Absorption des in Richtung des Substrats emittierten Lichtanteils durch das Substrat reduziert, reduzieren die beiden Spiegel des Hohlraumresonators die isotrope Emission und verbessern die Lichtemissionseigenschaften im Hinblick auf eine gerichtetere (anisotrope) Emission.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer RCLED gemäß einem Ausführungsbeispiel, mit einem unteren DBR-Spiegel neben dem Substrat und einem oberen Spiegel mit einer Halbleiter-Luft-Grenzfläche, der einen optischen Fabry-Perot-Resonator mit einem optischen Hohlraum der LED bildet;
  • Figur 2 ist ein Diagramm der Intensität der Lichtemission über den angelegten Strom, wobei die obere Kurve für eine RCLED aus Figur 1 und die untere Kurve für eine herkömmliche LED mit ähnlichem allgemeinen Aufbau, doch ohne den DBR-Spiegel ist;
  • Figur 3 ist eine schematische Darstellung einer RCLED gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, mit einem unteren DBR-Spiegel und einem oberen Spiegel mit niedrigerem Reflexionsvermögen, die einen optischen Fabry- Perot-Resonator mit einem optischen Hohlraum der LED bilden;
  • Figur 4 ist ein Diagramm der Strom-Spannungs- Kennlinie der in Figur 3 dargestellten RCLED;
  • Figur 5 ist ein Diagramm der abgegebenen optischen Leistung einer in Figur 3 dargestellten RCLED über den Injektionsstrom bei Raumtemperatur; und
  • Figur 6 ist ein Diagramm eines Elektrolumineszenzspektrums der in Figur 3 dargestellten RCLED bei Raumtemperatur; bei Raumtemperatur ist die Linienbreite der spontanen Lumineszenz schmaler als die Wärmeenergie kT;
  • Figur 7 ist eine schematische Darstellung einer RCLED gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und zeigt eine weitere Version des oberen Spiegels;
  • Figur 8 ist eine schematische Darstellung einer RCLED gemäß noch eines anderen Ausführungsbeispiels und zeigt eine andere Version des oberen Spiegels.
    • Ausführliche Beschreibung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neues Konzept einer LED, die hiernach als Hohlraumresonator-LED oder einfach als RCLED bezeichnet wird. Bei dieser RCLED wird ein spontan elektrolumineszierender optischer Hohlraum der LED in einem Fabry-Perot-Resonator angeordnet. Der optische Hohlraum enthält eine obere und eine untere Begrenzungsschicht und, zwischen den beiden als Zwischenschicht angeordnet, eine aktive Schicht bzw. ein aktives Gebiet. Der optische Hohlraum ist zwischen zwei Spiegeln des Fabry-Perot-Hohlraums derart angeordnet, daß sich der optische Hohlraum innerhalb eines durch einen niedrigabsorbierenden und hochreflektierenden, unteren verteilten Bragg-Reflektor-(DBR)- Spiegel (RE ≥ 0,99) und einen oberen Spiegel mit niedrigem bis mäßigem Reflexionsvermögen (RT 0,25 - 0,99), vorzugsweise 0,50 bis 0,99) definierten Fabry Perot-Resonators befindet. Der untere DBR-Spiegel ist zwischen dem Substrat und dem optischen Hohlraum angeordnet, während sich der obere Spiegel über der oberen Begrenzungsschicht befindet. Die Länge (L) des optischen Hohlraums ist relativ klein. Die Länge (L) des optischen Hohlraums betragt ein niedriges, ganzzahliges Vielfaches von λ/2, so daß L = Nλ/2, wobei N eine niedrige ganze Zahl von 1 bis 5 und λ die Wellenlänge der spontanen Emission der aktiven Schicht ist. Die optischen Eigenschaften dieser RCLED sind den LED herkömmlichen Typs überlegen. Diese Struktur gestattet auch die Herstellung der RCLED durch Planartechnologie, so daß die Komplexität des Fertigungsprozesses relativ zu den herkömmlichen LED nur mäßig steigt. Die Struktur der verbesserten RCLED kann auf Verbindungshalbleitern der Gruppe III-V oder II-VI basieren, wobei zu den Halbleitern der Gruppe III-V GaAs, AlAs, AlGaAs, GaInAs, InP, AlInP, GaInPAs, AlGaInAs, AlGaInPAs und ihre Legierungen zählen.
  • Die Anordnung des aktiven elektrolumineszierenden Gebiets innerhalb des Fabry-Perot-Resonators führt gegenüber herkömmlichen LED zu mehreren eindeutigen Vorteilen, von denen einige nachstehend umrissen werden.
  • Erstens entsteht eine verstärkte spontane Emission in RCLED aus der Anordnung des optischen Hohl raums in dem Fabry-Perot-Resonator. Die Wahrscheinlichkeit spontaner Emission ist proportional zum optischen Matrixelement des anfänglichen und letzten Elektronenzustands und proportional zur Dichte der optischen Moden. Die Veränderung bei der Trägerlebensdauer ergibt sich aus der stark variierenden Dichte der optischen Moden in einem Fabry-Perot-Hohlraum. Die Dichte der optischen Moden in einem Fabry-Perot-Resonator ist bei Resonanzwellenlängen sehr verstärkt. Während optische übergänge abseits der Resonanz eine größere Lebensdauer aufweisen, haben übergänge bei Resonanz eine kürzere Lebensdauer. Die spontane Emission der RCLED wird deshalb in die optischen Resonanzmoden des Hohlraums "kanalisiert". Infolgedessen werden resonante übergänge der RCLED verstärkt.
  • Zweitens wird die Emission von Licht durch die obere Kontaktseite des RCLED-Bauelements wegen des hochreflektierenden Spiegels neben der unteren Begrenzungsschicht verstärkt. Bei herkömmlichen LED ist die Lichtemission in der Regel fast isotrop und findet in der Regel durch das Substrat hindurch statt. Bei der RCLED-Struktur jedoch wird die Emission durch das Substrat durch einen unteren DBR-Spiegel, der ein viel höheres Reflexionsvermögen als der obere Reflektorspiegel aufweist, d.h. RB » RT, gesperrt. Infolgedessen verläßt Licht, das sich entlang der optischen Achse des Hohlraums ausbreitet, den Hohlraum hauptsächlich durch den oberen Spiegel. Das anisotrope Emissionsspektrum der RCLED kann die Emission durch die obere Seite um einen Faktor von Zwei verstärken.
  • Drittens eignet sich das Bauelement durch die verbesserte spektrale Reinheit der RCLED gut für Zwecke der Lichtwellenleiterkommunikation. Herkömmliche LED weisen spektrale Linienbreiten auf, die durch die Dichte der Zustände im Leitungs- und Valenzband und durch die Wärmeenergie der Träger bestimmt werden, bzw. typische Linienbreiten von der Größenordnung von 1,8 kT, wobei kT die Wärmeenergie ist. Mit der RCLED läßt sich eine viel größere spektrale Reinheit erzielen. Die Emissionslinienbreite ist eine Funktion der Finesse des Hohlraums. Somit handelt es sich bei der Linienbreite nicht um einen festen Parameter, sondern sie kann mit Hilfe der Hohlraumeigenschaften gestaltet werden. Bei Anwendungen mit Lichtwellenleitern aus Siliziumdioxid ist die spektrale Reinheit von höchster Wichtigkeit und kann durch Entwerfen des Hohlraums mit einer hohen Finesse erzielt werden. Da die spontane Emission von dem aktiven Gebiet darauf beschränkt ist, in die Moden des optischen Hohlraums zu emittieren, gestattet die Finesse des Hohlraums die Abschätzung der Linienbreite der RCLED. Die Finesse eines coplanaren Fabry-Perot-Hohlraums ist gegeben durch:
  • F = ν/Δν = 2π Lc/λ (-1n RBRT)&supmin;¹
  • wobei Lc die Länge des optischen Hohlraums ist, Δν und ν die Bandbreite und der Abstand der Fabry-Perot-Resonanzmoden sind und RB und RT das Reflexionsvermögen des unteren bzw. oberen Spiegels ist. Bei dieser Gleichung werden Absorptionsverluste vernachlässigt. So zum Beispiel ergibt Lc = λ, hν = 1,42 eV und RBRT = 0,9 eine Finesse von F ≈ 120. Die entsprechende Linienbreite ist hΔν ≈ 12 meV, was bei Raumtemperatur viel schmaler ist als kT. Wegen der inhärent hohen spektralen Reinheit der RCLED wird von dem Bauelement erwartet, daß es bei Verwendung für optische Übertragung in Siliziumdioxid fasern eine geringere chromatische Dispersion aufweist.
  • Zu Illustrationszwecken wird die vorliegende Erfindung unter Bezug auf Bauelemente beschrieben, die auf einem Materialsystem AlxGa1-xAs/GaAs basieren, wobei x von 0 bis 1 reicht. Aus dem gleichen Grund sind Elemente der verschiedenen Ausführungsformen der RCLED nicht maßstabsgetreu gezeichnet.
  • Figur 1 ist eine allgemeine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer RCLED. Die im allgemeinen als 10 bezeichnete RCLED dieser Ausführunge form umfaßt eine untere Elektrode 11, ein Substrat 12, einen λ-Viertel-Stapel aus mehreren Paaren von Halbleiterschichten, die einen unteren DBR-Spiegel 13 bilden, wobei eine Schicht von jedem Paar einen Brechungsindex aufweist, der sich vom Brechungsindex einer anderen Schicht des Paares unterscheidet; eine untere Begrenzungsschicht 14; eine aktive Schicht bzw. ein aktives Gebiet 15; eine obere Begrenzungsschicht 16; eine hochdotierte Kontaktschicht 17 und eine obere Elektrode 18 mit einer mittig angeordneten Öffnung 19. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der obere Spiegel des Fabry- Perot-Hohlraums durch eine Grenzfläche zwischen der Kontaktschicht 17 und Luft innerhalb der Öffnung 19 gebildet. Ein derartiger Spiegel hat ein Reflexionsvermögen in der Größenordnung von 0,25 bis 0,35. Die Lichtemission findet durch die Öffnung hindurch statt. Es ist zwar nicht gezeigt, doch können zusätzliche Begrenzungsund Pufferschichten in die Struktur miteinbezogen werden.
  • Der Aufbau der erfindungsgemäßen RCLED 10 kann allgemein wie folgt beschrieben werden:
  • Eine Metallelektrode 11 mit einer Stärke von 1 bis 10 µm wird auf der unteren Fläche des Substrats 11 gebildet, um einen Stromfluß senkrecht durch das aktive Gebiet herzustellen, um eine spontane Emission hervorzurufen. In der Regel wird die untere Elektrode 11 nach dem Aufbau des Bauelements gebildet. Die RCLED kann so befestigt werden, daß die untere Elektrode 11 mit einer Kühlkörperplatte, z.B. aus Kupfer oder einem anderen wärmeleitenden Material, das die Materialien des Bauelements nicht verunreinigt, in Kontakt steht.
  • Bei dem Substrat 12 handelt es sich um einen stark dotierten Halbleiter vom n&spplus;-Typ (oder p-Typ) aus der Gruppe III-V oder II-VI, wie zum Beispiel GaAs oder AlGaAs. In der Regel reicht die Stärke des Substrats von 100 bis 500 µm und die Dotierkonzentration des Substrats von 1x10¹&sup7; bis 1x10¹&sup9; cm&supmin;³. Bei einigen Anwendungen, wie zum Beispiel optoelektronischen integrierten Schaltungen, kann das Substrat 12 zuerst auf einem Hauptsubstrat aus Silizium gezüchtet werden, das eine Reihe von auf dem Hauptsubstrat gezüchteten Bauelementen gemeinsam haben.
  • Der λ-Viertel-Stapel 13 besteht aus mehreren Paaren (oder Perioden) aus Halbleiterschichten, die einen unteren Vielschicht-DBR-Spiegel mit einer Zahl von Paaren, die in der Regel von 10 bis 40 reicht, bilden. In jedem Paar weist eine Halbleiterschicht einen höheren Brechungsindex auf als die andere Halbleiterschicht des Paares. Die Stärke jedes Halbleiters im Paar ist gleich λ/4n, wobei λ die Wellenlänge der optischen spontanen Emission des aktiven Gebiets der LED ist und n der Brechungsindex des Halbleitermaterials ist. Bei einem Bauelement mit einem aktiven Gebiet, das bei λ = 0,87 µm spontan emittiert, wie zum Beispiel Gaks, wird ein λ-Viertel-Stapel aus Paaren von derartigen Halbleitern wie GaAs und AlAs mit Brechungsindizes von 3,64 bzw. 2,97 aus einer 62 nm starken GaAs-Schicht und einer 73 nm starken AlAs-Schicht bestehen, wohingegen ein Stapel aus AlAs und Al0.05Ga0.95As aus Paaren von 73 nm bzw. 60 nm starken Schichten bestehen wird. Es ist wichtig, daß die Materialien des unteren Spiegels so ausgewählt sind, daß der Spiegel einen hohen Gesamtbrechungsindex R aufweist, wie zum Beispiel RB ≥ 0,99, wohingegen das Absorptionsvermögen der Leuchtemission durch die Vielschichtspiegelstruktur minimal ist.
  • Die untere Begrenzungsschicht 14 und die obere Begrenzungsschicht 16 sind vorgesehen, um das aktive Gebiet 15 zu begrenzen und die Länge (L) des vom aktiven Gebiet und den Begrenzungsschichten gebildeten optischen Hohlraums einzustellen. (Diese Begrenzungsschichten können auch als Mantel- oder Phasenanpassungsschichten bezeichnet werden.) Die Länge (L) des optischen Hohlraums der RCLED sollte ein ganzzahliges Vielfaches von λ/2 betragen, so daß L = Nλ/2 ist, wobei N eine niedrige ganze Zahl ist, wie zum Beispiel von 1 bis 5, und λ eine optische Wellenlänge der spontanen Emission der aktiven Schicht ist. In der Regel reicht die Stärke jeder Begrenzungsschicht von 0 bis 3 µm. Um eine konstruktive Interferenz zu erzielen, sollte die Stärke der Begrenzungsschichten ein Vielfaches von λ/2 oder λ/4 betragen (unter der Annahme eines Phasenwechsels von 0º und π) Bei dem Ausführungsbeispiel bestehen die Begrenzungsgebiete aus AlxGa1-xAs, wobei x von 0,1 bis 0,4 reicht.
  • Bei dem aktiven Gebiet 15 handelt es sich um ein Gebiet, in dem die spontane Lichtemission mit richtiger Vorspannung stattfindet. Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem aktiven Gebiet um eine dünne, leichtdotierte (1x10¹&sup6; - 5x10¹&sup7; cm&supmin;³) Schicht aus GaAs Das aktive Gebiet kann in der Form einer Einzelschicht oder eines Gebiets vorliegen, die bzw. das durch begrenzendes Halbleitermaterial oder durch Isoliermaterial seitlich begrenzt ist. Letzteres kann durch Ätzen eines Randgebiets der aktiven Schicht, um eine aktive Gebietsmesa zu bilden, und Ausfüllen des Randgebiets durch Umschmelzen mit Aufwachsen gebildet werden. In das Randgebiet der aktiven Schicht können aber auch positive Ionen, wie zum Beispiel H&spplus; oder O&spplus; implantiert werden. Die einzelne aktive Schicht kann durch eine einzelne oder eine mehrfache Quantenmulden(QW-)Struktur ersetzt werden, die aus einem ungefähr 1 bis 30 nm starken Halbleiter mit schmalem Bandabstand besteht, der von einem Halbleiter mit breitem Bandabstand begrenzt ist. Die das aktive Gebiet bildende Einzelschicht kann aber auch durch eine Supergitterstruktur, bei der es sich um eine Multiquantennuldenstruktur mit sehr dünnen Sperrschichten handelt, ersetzt werden. Das aktive Gebiet (QW, MQW oder Volumenhalbleiter) ist vorzugsweise an der Stelle des Wellenbauchs der optischen Intensität innerhalb des Hohlraums angeordnet.
  • Die hochdotierte Kontaktschicht 17 ist in einer Stärke von 0,01 bis 0,1 µm vorgesehen, um das Herstellen eines unlegierten ohmschen Kontakts zwischen der oberen Begrenzungsschicht 16 und der oberen Elektrode 18 zu erleichtern. Die Dotierungskonzentration in der Kontaktschicht 16 reicht in der Regel von 1x10¹&sup9; bis 1x10²&sup0; cm&supmin;³.
  • Bei der Elektrode 18 handelt es sich um einen unlegierten, unter in der Technik für diesen Zweck verwendeten verschiedenen Elektrodenmetallen und -legierungen, einschließlich Au-Zn und An-Be, ausgewählten ohmschen Kontakt. Derartige Kontakte werden durch Verdampfung bei Temperaturen, die von 100 bis 500ºC, vorzugsweise von 100 bis 250ºC, reichen, aufgebracht. Höhere Temperaturen könnten eine unerwünschte Legierung des Metalls in den Halbleiter ergeben, was zu einer rauhen Grenzflächenmorphologie führen würde. Die Öffnung 19, die einen Durchmesser von 20 µm bis 150 µm aufweist, kann durch einen vor dem Aufbringen der Elektrode 18 gebildeten Fotolack oder nach dem Bilden der Elektrode 18 durch standardmäßige fotolithografische Techniken definiert werden.
  • Die Halbleiterschichten 12 bis 17 werden auf dem Substrat 11 durch bekannte Verfahren wie zum Beispiel metallorganische Dampfphasenepitaxie (MOVPE = metal organic vapor phase epitaxy), Dampfphasenzersetzung flüchtiger metallorganischer Verbindungen (MOCVD = metal organic chemical vapor deposition), Molekularstrahlepitaxie (MBE = molecular beam epitaxy) oder Hydriddampfphasenepitaxy (VPE = hydride vapor phase epitaxy) gezüchtet. Die RCLED-Strukturen werden vorzugsweise durch die Molekularstrahlepitaxie-(MBE-)Technologie in einem MBE-System Ribier 2300 auf stark dotierten Substraten 11 gezüchtet. Nach dem Züchten der Schichten 12 bis 17 wird die teilweise gebildete Struktur zu einer getrennten Hochvakuumkammer uberführt, wo auf der Oberfläche der Kontaktschicht 17 eine Metallschicht als unlegierter ohmscher Kontakt in einer gewünschten Dicke abgeschieden wird und so die obere Elektrode der Struktur bildet. Auf der unteren Fläche des Substrats 12 kann dann die untere Elektrode 11, z.B. aus In, gebildet werden. Schließlich kann die Unterseite der RCLED mittels der unteren Elektrode oder mit Hilfe eines elektrisch und thermisch leitfähigen Haftmittels, wie zum Beispiel Epoxid oder Silberlot oder Indiumlot, auf einer Platte aus einem Metall wie zum Beispiel Cu, Au, Be, die als Kühlkörper dient und die sie mit anderen Bauelementen gemeinsam hat, befestigt werden.
  • Bei einem speziellen Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels ist die RCLED eine Struktur aus einem AlxGa1-xAs/GaAs-System, die in aufsteigender Reihenfolge folgendes umfaßt: eine 1 bis 2 µm starke In-Elektrode 11, ein ungefähr 500 µm starkes (001)-orientiertes, stark dotiertes (2x10¹&sup8; cm-³) n&spplus;-GaAs-Substrat 12, einen unteren Spiegel 13, der aus einem λ-Viertel-Stapel aus 30 Paaren von n&spplus;-(5x10¹&sup7; - 5x10 18 cm&supmin;³) Halbleiterschichten besteht, welche die DBR-Spiegelstruktur bilden, wobei jedes Paar des Stapels aus einer 73 nm starken Schicht aus n&spplus;-AlAs und einer 60 nm starken Schicht aus Al0.14Ga0.86As besteht. Das Reflexionsspektrum der DBR-Struktur (unterer Spiegel 13) zeigte bei Messung mit einem Perkin-Elmer Lambda 9 UV/VIS/NIR-Spektrofotometer ein breites Band hoher Reflexion, das bei 0,87 µm das Zentrum mit einer Reflexion > 99 Prozent hatte. Auf den unteren Spiegel folgt eine untere Begrenzungsschicht 14 aus ungefähr 140 nm starkem n&spplus; -Al0.20Ga0.80As (5x10¹&sup7; cm³), eine ungefähr nm starke leicht dotierte (5x10¹&sup6; cm&supmin;³) aktive Schicht aus p&supmin;-GaAs und eine ungefähr 80 nm starke obere Begrenzungsschicht 16 aus p&spplus;-Al0.30Ga0.70As (5x10¹&sup6; cm&supmin;³) Eine dünne, stark mit Be dotierte (5x10¹&sup9; cm&supmin;³) Kontaktschicht 17 aus p&spplus;-Al0.14Ga0.86As, mit einer Stärke von ungefähr 0,0625 µm, wird zur Erleichterung der ohmschen Kontaktierung auf der oberen Begrenzungsschicht abgeschieden. In einer getrennten Hochvakuumkammer wird dann die obere Elektrode 18, aus Metallegierungen wie zum Beispiel Au-Zn und Au-Be ausgewählt, in einer Stärke von 50 nm bis 300 nm abgeschieden. Danach wird durch Ätzen in der Elektrode 18 eine Öffnung 19 mit einem Durchmesser von 20 µm gebildet. Die Öffnung 19 kann aber auch vor dem Abscheiden der oberen Elektrode durch einen Fotolack definiert werden.
  • Der Betrieb der RCLED gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel führt im Vergleich zu einer LED gleichen Aufbaus, jedoch ohne den DBR-Spiegel, zu einer Steigerung der Qualität der Lichtintensität. Diese Unterschiede werden in Figur 2 dargestellt, in der die obere Linie die erfindungsgemäße RCLED und die untere Linie die herkömmliche LED darstellt.
  • Mit anderen oberen Spiegeln wurden zusätzliche Ausführungsbeispiele der RCLED-Strukturen gebildet. Bei jeder von diesen ähnelt der größte Teil der Struktur der der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme des oberen Spiegeis und der oberen Elektrode. Soweit wie möglich wurden bei verschiedenen Ausführungsbeispielen die gleichen Bezugsziffern verwendet, um die gleichen Elemente des Bauelements wie im ersten Ausführungsbeispiel zu bezeichnen. Bei jeder der zusätzlichen Ausführungsbeispiele besteht der Hohlraumresonator aus dem unteren DBR-Spiegel 13, der unteren BegrenzungBschicht 14, dem aktiven Gebiet 15, der oberen Begrenzungsschicht 16, der Kontaktschicht 17 und einer oberen Spiegelelektrode. Als ein spezielles Beispiel für die Materialien ist der Hohlraumresonator von einem unteren DER-Spiegel 13 aus AlAs/A10.14Ga0.86As, einer unteren Begrenzungsschicht 14 aus n-Al0.30Ga0.70As, einem aktiven Gebiet 15 aus GaAs, einer oberen Begrenzungsschicht 16 aus p-Al0.30Ga0.70As, einer stark mit Be dotierten Kontaktschicht 17 aus p&spplus;- A10.14Ga0.86As und einer oberen Spiegelelektrode gebildet. Die Materialien der oberen Spiegelelektrode werden unter Bezug auf jedes einzelne Ausführungsbeispiel erörtert.
  • Figur 3 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer RCLED 30. Eine dünne Punktelektrode aus Ag, Al oder Au wird bei dieser Figur als obere Elektrode 38 verwendet, die gleichzeitig als die Elektrode und als der obere Spiegel der RCLED dient.
  • Silber wird wegen seiner guten Leitfähigkeit und seines hohen Reflexionsvermögens bei Wellenlängen um 0,87 µm als der bevorzugte metallische Spiegel/Elektrode ausgewählt, wobei diese Wellenlänge dem Energiebandabstand des aktiven Materials GaAs entspricht. Eine zusätzliche Stromführung (z.B. Mesaätzung oder Protonenimplantation) ist in der Struktur aufgrund des Auftretens nur eines kleinen Betrags einer Stromstreuung nicht erforder lich. Der Ag-Kontakt weist eine ausgezeichnete ohmsche Kennlinie auf. Der dünne Ag-Film hat ein Reflexionsvermögen, das bei Stärken im Bereich von ungefähr 5 nm bis 60 nm von ungefähr 40% bis 97% reicht, wie dies durch einen optischen Spektralanalysator Anritsu MS9001B und eine "weiße" Wolfram-Lichtstrahlungsguelle bestimmt wurde, wobei das höhere Reflexionsvermögen für die dickeren Schichten und das niedrigere Reflexionsvermögen für die dünneren Ag-Schichten gilt. Die Reflexionskennlinie dieser Spiegel kann, falls erforderlich, durch Einstellen der Stärke der Ag-Schicht eingestellt werden.
  • Durch eine Untersuchung der in einem Ribier 2300 MBE- System gezüchteten RCLED-Strukturen durch Durchstrahlungselektronenmikroskopie (TEM = Transmission Electron Microscopy) wurde die Gleichförmigkeit des aktiven Gebiets aus GaAs und die Grenzflächenschärfe der unteren Spiegelstruktur offenbart. θ/2θ-Röntgenstrahlenabtastungen von in einer getrennten Hochvakuumkammer mit unterschiedlichen Stärken bis zu 200 nm gezüchteten Ag-Schichten, die bei 120ºC aufgebracht wurden, zeigten, daß die Ag-Filme polykristallin sind. Es wurden standardmäßige fotolithografische Techniken verwendet, um kreisförmige Ag-Punke,4vte 38 mit von 5 bis 100 µm reichenden Durchmessern zu definieren. Ein Ätzmittel aus 3HNO&sub3;:4H&sub2;O wurde dazu verwendet, unerwünschte Ag-Gebiete wegzuätzen, wodurch eine saubere, glatte AlxGa1-xAs-Fläche der Kontaktschicht 17 übrigblieb.
  • Mit einer feinen Sonde wurden diese RCLED elektrisch vorgespannt, und die Elektrolumineszenzspektren wurden mit einem Spektrometer SPEX 1702/04 und einem Fotovervielfacher analysiert. Die Strom-Spannungs-Kennlinie wurde routinemäßig mit einem programmierbaren Kurvenverfolger Sony/Tektronix 370 überprüft. Die Schwellenspannung der RCLED liegt in der Nähe des Energieband abstands von GaAs-Verstärkungsmedium, der bei Raumtemperatur 1,4 eV beträgt. Oberhalb der Schwellenspannung behält der Strom mit der Durchlaßspannung eine lineare Beziehung bei, was andeutet, daß es sich bei dem unlegierten Ag-Kontakt um einen ohmschen Kontakt handelt. Alle Messungen werden bei Raumtemperatur durchgeführt, und es werden keine besonderen Kühltechniken eingesetzt.
  • Bei einem besonderen Beispiel ist die Punktelektrode 38 aus Silber (Ag) auf der Oberseite der Kontaktschicht 17 mit einer Stärke von ungefähr 15 bis 50 nm, vorzugsweise 35 nm, unter Bedingungen gebildet, die zu einem unlegierten ohmschen Kontakt führen. In diesem Stärkebereich ist der Silberpunkt 38 für Lichtemission des RCLED halbtransparent und weist ein Reflexionsvermögen auf, das von 60% bis 95% reicht, wodurch er gleichzeitig als Spiegel und als obere Elektrode der RCLED verwendet werden kann.
  • In Figur 4 wird für einen 50 nm starken Ag-Kontakt mit einem Durchmesser von 30 µm die Strom-Spannungs(I-U)Kennlinie der RCLED-Struktur gezeigt. Die I-U- Kennlinie weist eine "Einschalt-"Spannung von 1,4 V und eine hohe Differenzleitfähigkeit (dI/dU) auf, was auf einen niedrigen Reihenwiderstand der Struktur hinweist. Die RCLED-Spannung geht nicht über 2,0 V hinaus.
  • In Figur 5 wird die bei Raumtemperatur gemessene Kennlinie optische Leistung/Injektionsstrom der RCLED mit Ag-Spiegel/Elektrode gezeigt. Die abgegebene Lichtleistung wurde mit einem optischen Leistungsmesser ANDO AQ1125 gemessen. Die abgegebene optische Leistung hängt linear von dem Injektionsstrom ab. Die lineare Abhängigkeit wird für die Art der spontanen Emission erwartet und weist auch auf die Abwesenheit von Superlumineszenz und stimulierter Emission hin. Nichtlineare Emissionsspektren können auch durch sättigbare Absorber im Hohlraum hervorgerufen werden. Die Abwesenheit von Licht-Strom-Nichtlinearitäten, d.h. von Reabsorptionsprozessen, weist auf die hohe Qualität der epitaxialen Züchtung hin.
  • Die Linienbreiten der RCLED-Emissionsspektren sind viel schmaler als die Emissionsspektren von herkömmlichen LED. Wie oben festgestellt, beträgt die gewöhnliche spontane Linienbreite von herkömmlichen LED ungefähr 1,8 kT, was Δλ ≈ 28 nm bei λ = 870 nm bei Raumtemperatur entspricht. Das spontane Elektrolumineszenze missionsspektrum der RCLED wird in Figur 6 gezeigt. Die Emission erreicht ihren Maximalwert bei λ = 862 nm und hat eine Halbwertsbreite von 17 meV (Δλ = 10,5 nm). Die für diese RCLED experimentell gemessenen Linienbreiten sind viel schmaler als die Linienbreiten, die für spont anemittierende herkömmliche LED erwartet werden, die typische Linienbreiten von 1,8 kT = 45 mev bei Raumtemperatur aufweisen. Bei herkömmlichen GaAInNPAs-LED, die bei 1,3 µm spontan emittieren, können sogar noch breitere Linienbreiten (z.B. 50-90 meV) erwartet werden.
  • Figur 7 ist eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer RCLED 70. Bei dieser Figur sind die Elemente 11 bis 17 die gleichen wie bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel. Eine ringförmige Metallelektrode 78, vorzugsweise aus Ag, liegt über einem mittigen Teil der Kontaktschicht 17 und bildet mit der Kontaktschicht 17 einen nichtlegierten ohmschen Kontakt. Die Elektrode 78 hat eine Stärke von 50 nm bis 300 nm und weist einen Außendurchmesser in einem Bereich von 10 µm bis 100 µm und einen Innendurchmesser in einem Bereich von 5 µm bis 50 µm auf und bildet ein Fenster, in dem die obere Fläche der Kontaktschicht 17 freiliegt. Abwechselnde Schichten aus GaP und Borsilikatglas (BSG) oder aus ZnS und CaF&sub2;, die jeweils λ/4n stark sind, bilden einen oberen Spiegel 79 mit von zwei bis zwanzig Perioden. Der Spiegel kontaktiert die obere Fläche der im Fenster freiliegenden Kontaktschicht 17 und überlappt einen (5 bis 50 µm breiten) ringförmigen Streifen der Metallelektrode neben dem Fenster. Der Stapel der Schichten beginnt mit CaF&sub2; oder BSG, das die Kontaktschicht und die Elektrode kontaktiert. Eine Deckschicht aus CaF&sub2; bzw. BSG beendet den Stapel. Es wird erwartet, daß die Strom- Spannungs-(I-U-)Kennlinie, die Kennlinie optische Leistung/Injektionsstrom und die Emissionslinienbreiten dieser Ausführungsform der RCLED mit den für die RCLED des zweiten Ausführungsbeispiels gezeigten vergleichbar sind.
  • Figur 8 ist eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer RCLED. In dieser Figur sind die Elemente 11 bis 17 die gleichen wie die in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen über der Kontaktschicht 17 liegt eine dielektrische Schicht 81 mit einem mittig angeordneten Fenster 82. Die dielektrische Schicht, wie zum Beispiel SiO&sub2;, Si&sub3;N&sub4;, Borsilikatglas (z.B. Vycor ) hat eine Stärke von 0,01 bis 0,1 µm. Eine dünne metallische Sperrschicht 83 wird auf der Oberseite der dielektrischen Schicht 81 und auf dem im Fenster 82 freiliegenden Teil der Kontaktschicht 17 aufgebracht. Eine Schicht 84 aus transparentem, leitfähigem Halbleiter wird auf der Oberseite der Sperrschicht 83 aufgebracht. Der Halbleiter, der aus Cd2-xSnxO&sub4;, wobei x von 0,01 bis 0,5 reicht, und In2-ySnyO&sub3;, wobei y von 0,1 bis 0,2 reicht, ausgewählt ist, wirkt gleichzeitig als die obere Elektrode und der obere Spiegel der RCLED. Diese Halbleitermaterialien weisen bei Abscheidung mit einer Stärke, die von 50 nm bis 500 nm reicht, vorzugsweise von 200 bis 300 nm, ein über 80% liegendes Durchlässigkeitsvermögen und eine Absorption < 10 Prozent auf. Bei einem speziellen Beispiel besteht die sperrende Metallschicht 83 aus Ag und hat eine Stärke von 5 bis 50 nm, vorzugsweise von 5 bis 20 nm. Die sperrende Metallschicht 83 stellt einen unlegierten ohmschen Kontakt mit der Kontaktschicht her und verhindert die Bildung eines zusätzlichen p-n-Übergangs zwischen der Kontaktschicht und dem leitfähigen Halbleiter. Es wird erwartet, daß die Strom-Spannungs-(I-U-)Kennlinie, die Kennlinie optische Leistung/Injektionsstrom und die Emissionsimienbreiten dieser RCLED mit den für die RCLED des zweiten Ausführungsbeispiels gezeigten vergleichbar sind.
  • Bei jeder der obigen Ausführungsformen kann die aktive Schicht auf ein schmales mittiges Gebiet mit einem Durchmesser von 5 µm bis 50 µm reduziert werden. Die Reduktion kann durch lonenimplantierung des Randab schnitts der aktiven Schicht 15 mit Ionen, die hinsichtlich des Halbleitermaterials inert sind, wie zum Beispiel H&spplus; oder 0&spplus; in einer Konzentration von 1x10¹&sup6; bis 5x10¹&sup9; pro cm³ erreicht werden. Alternativ dazu wird nach dem Aufbringen der Halbleiterschichten der Randbereich mindestens der Schichten 15-17 weggeätzt und ein geeigneter Halbleiter wird anstelle des entfernten Materials rekristallisiert. Aus diesem Grund werden sowohl die spontane Lumineszenz und der Strom noch weiter auf ein schmales, mittig angeordnetes Gebiet begrenzt.
  • Die RCLED ist strukturell mit Vertikalhohlraum- Oberflächenlasern mit halbtransparenten/halbreflektieren den oberen Kontakten verwandt. Die beiden Strukturen der Bauelemente dienen jedoch unterschiedlichen Zwecken und haben unterschiedliche Entwurfseigenschaften. So zum Beispiel ist es für einen Betrieb der Laser bei niedrigen Schweliwerten unerläßlich, daß beide Spiegel ein Reflexionsvermögen von mindestens 99 Prozent aufweisen. Bei der RCLED braucht nur der untere Spiegel ein Reflexions vermögen von mindestens 99 Prozent aufzuweisen, während von dem oberen Spiegel ein niedrigeres Reflexionsvermögen von 25 bis 99 Prozent gefordert wird, d.h. bei der RCLED sind die Anforderungen an die beiden Spiegel unterschiedlich. Bei der RCLED ist die Emission von dem aktiven Gebiet eine wirklich spontane Emission. Die Verwendung eines Hohlraumresonators verbessert (schmälert) die Linienbreite und die spektrale Reinheit der Emission, ohne die Emission stimulierter Laserstrahlung zu fördern.

Claims (14)

1. Verwendung einer Halbleiterstruktur,
wobei die Halbleiterstruktur mehrere Schichten aus Halbleitermaterial und auf entgegengesetzten Flächen der Struktur eine untere (11) und eine obere (18) Elektrode umfaßt, wobei das Halbleitermaterial aus Verbindungshalbleitermaterialien der Gruppe III-V und der Gruppe II-VI ausgewhlt ist, und wobei die Struktur in aufsteigender Reihenfolge folgendes umfaßt:
ein Substrat (12) eines ersten Leitfähigkeits typs,
eine untere Begrenzungsschicht (15) des ersten Leitfähigkeitstyps,
eine aktive Schicht (15),
eine obere Begrenzungsschicht (16) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die obere und die untere Begrenzungsschicht und die aktive Schicht einen optischen Hohlraum bilden, und
eine Halbleiterkontaktschicht (17) des zweiten Leitfähigkeitstyps,
wobei die obere Elektrode eine obere Fläche der Kontaktschicht kontaktiert und einen ohmschen Kontakt mit der Kontaktschicht bildet, und
einen unteren Spiegel (13) und einen oberen Spiegel, die auf entgegengesetzten Seiten des optischen Hohlraums angeordnet sind und einen Fabry-Perot-Resonator bilden, wobei der untere Spiegel ein Reflexionsvermögen RB von mindestens 99% aufweist und zwischen der unteren Begrenzungsschicht und dem Substrat angeordnet ist und der obere Spiegel ein Reflexionsvermögen RT im Bereich von 25% &le; RT &le; 99% aufweist und nahe der oberen Begrenzungsschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Struktur als lichtemittierende Diode (LED) verwendet wird, bei der spontane Lichtemission von der aktiven Schicht aus unter Durchlaßvorspannungsbedingungen stattfindet, und das Reflexionsvermögen RT des oberen Spiegels so ausgewählt ist, daß die anisotrope Durchlässigkeit der spontanen Emission in Richtung durch den oberen Spiegel vergrößert wird.
2. Verwendung einer Halbleiterstruktur nach Anspruch 1, bei der die obere Elektrode mit einer mittig angeordneten Öffnung (19) versehen ist, in der eine obere Fläche der Kontaktschicht, die Grenzfläche zwischen der oberen Fläche und über der den oberen Spiegel bildenden oberen Fläche liegenden Luft freigelegt ist, wobei das Reflexionsvermögen RT des oberen Spiegels 25% &le; RT &le; 35% ist.
3. Verwendung einer Halbleiterstruktur nach Anspruch 2, bei der die obere Elektrode eine aus der Gruppe Au-Zn und Au-Be ausgewählte und auf der Kontaktschicht mit einer Stärke im Bereich 50 nm bis 300 nm aufgebrachte Metallegierung ist.
4. Verwendung einer Halbleiterstruktur nach Anspruch 1, bei der die obere Elektrode (38) eine dünne Metallschicht ist, die mit einer Stärke aufgebracht ist, die den Durchtritt von Lichtemission durch das Metall gestattet und als der obere Spiegel des Hohlraumresonators wirkt.
5. Verwendung einer Halbleiterstruktur nach Anspruch 4, bei der die Metallschicht im wesentlichen aus einem aus der aus Silber, Aluminium und Gold bestehenden Gruppe ausgewählten Metall besteht.
6. Verwendung einer Halbleiterstruktur nach Anspruch 5, bei der die Metallschicht Silber mit einer Stärke von 15 nm bis 50 nm ist.
7. Verwendung einer Halbleiterstruktur nach Anspruch 1, bei der die obere Elektrode eine über der Kontaktschicht liegende dünne Metallschicht (83) und ein über der Metallschicht liegendes optisch transparentes leitfähiges Halbleitermaterial (84) umfaßt, wobei das leitfähige Halbleitermaterial aus der aus Cadmiumzinnoxid und Indiumzinnoxid bestehenden Gruppe ausgewählt ist und wobei die Metallschicht und die leitfähige Halbleiterschicht gleichzeitig als obere Elektrode und als oberer Spiegel der Struktur wirken.
8. Verwendung einer Halbleiterstruktur nach Anspruch 7, bei der die Metallschicht aus mit einer Stärke im Bereich von 15 nm bis 50 nm aufgebrachtem Silber besteht und das transparente leitfähige Halbleitermaterial mit einer Stärke im Bereich 50 bis 500 nm aufgebracht ist.
9. Verwendung einer Halbleiterstruktur nach Anspruch 1, bei der die obere Elektrode eine über der Kontaktschicht liegende ringförmige dünne Metallschicht (78) umfaßt und der obere Spiegel einen Stapel (79) aus mehreren Paaren mit Schichten mit hohem Brechungsindex und mit niedrigem Brechungsindex umfaßt, wobei der Stapel über der Fläche der Kontaktschicht liegt, die in der mittigen Öffnung der ringförmigen Metallschicht freiliegt, und eine Kante der ringförmigen Metallschicht neben der Öffnung teilweise überlappt
10. Verwendung einer Halbleiterstruktur nach Anspruch 9, bei der die ringförmige Metallschicht aus Ag mit einer Stärke im Bereich 50 bis 300 nm besteht, mit einem Außendurchmesser im Bereich 10 µm bis 100 µm und einem Innendurchmesser im Bereich 5 µm bis 50 µm.
11. Verwendung einer Halbleiterstruktur nach Anspruch 10, bei der der Stapel 2 bis 20 Paare aus der Gruppe bestehend aus GaP/Borsilikat und ZnS/CaF&sub2; ausgewähltem Material mit hohem/niedrigem Brechungsindex enthält, wobei jede Schicht im Stapel eine Stärke von &lambda;/4n aufweist, wobei der Stapel einen 5 bis 50 µm breiten Streifen der oberen Elektrode überlappt, wobei &lambda; eine Spontanemissionswellenlänge der aktiven Schicht und n der Brechungsindex des Materials der jeweiligen Schichten sind.
12. Verwendung einer Halbleiterstruktur nach Anspruch 1, bei der der untere Spiegel ein verteilter Vielschicht- Bragg-Reflektorspiegel (distributed Bragg reflector = DBR) ist, der mehrere Paare von Halbleiterschichten umfaßt, wobei eine Schicht in jedem Paar einen Brechungsindex aufweist, der höher ist als der Brechungsindex der anderen Schicht im Paar, wobei jede Schicht eine Stärke von &lambda;/4n aufweist, wobei &lambda; eine Spontanemissionswellenlänge der aktiven Schicht und n der Brechungsindex des Materials der jeweiligen Schichten sind.
13. Verwendung einer Halbleiterstruktur nach Anspruch 1, bei der die Struktur ein AlxGa1-xAs/GaAs-System mit x im Bereich 0 bis 1 ist.
14. Verwendung einer Halbleiterstruktur nach Anspruch 31 bei der die aktive Schicht aus GaAs besteht, wobei das Material mit niedrigem Brechungsindex AlAs umfaßt und das Material mit hohem Brechungsindex aus GaAs, Al0.05Ga0.95As und Al0.14Ga0.86As ausgewählt ist.
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