DE19514546C2

DE19514546C2 - Electronic component with a composite structure

Info

Publication number: DE19514546C2
Application number: DE19514546A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Fueser; Tim Gutheit; Reinhard Zachai
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 2000-11-09
Anticipated expiration: 2015-04-21
Also published as: DE19514546A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil mit einer Kom posit-Struktur, wie es aus der Schrift von Strass, A. u. a., Titel: "Quantum-Well-Laser - Die neue Generation der Halbleiterlaser" in: Laser und Optoelektro nik, 1994, Vol. 26, S. 59-67 als bekannt hervorgeht.The invention relates to an electronic component with a comm posit structure like it from the Font by Strass, A. u. a., title: "Quantum-Well-Laser - Die new generation of semiconductor lasers "in: Lasers and Optoelectro nik, 1994, Vol. 26, pp. 59-67 emerges as known.

In Fig. 4c des zugrundegelegten Artikels ist eine lineare GRINSCH-Struktur (Graded Index Separate Confinement Heterostruc ture) für Laser in mit einer sogenannten Single Quantum-Well- Struktur vorgeschlagen. Eine derartige Bandstruktur weist einen Potentialtopf für die Ladungsträger auf, der in seiner Mitte quantisierte Ladungsträger aufweist. Die quantisierten Ladungs träger sind in einem sogenannten Quantum-Well angeordnet. Die Ausdehnung der Energielücke nimmt zum Quantum-Well im Zentrum des Potentialtopfs hin kontinuierlich ab.In Fig. 4c of the underlying article, a linear GRINSCH structure (Graded Index Separate Confinement Heterostruc ture) for laser in a so-called single quantum well structure is proposed. Such a band structure has a potential well for the charge carriers, which has quantized charge carriers in its center. The quantized charge carriers are arranged in a so-called quantum well. The expansion of the energy gap decreases continuously towards the quantum well in the center of the potential well.

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 44 15 600 A1 ist eine he teroeptaktische Komposit-Struktur vorgeschlagen, bei der mittels CVD- Verfahren aus der Gasphase eine undotiert abgeschiedene Diamant schicht durch eine weitere diamantfreie und dotiert abgeschie dene Schicht mit Ladungsträgern versehen wird. Diese Art der Einbringung von Ladungsträgern in die undotiert abgeschiedene Schicht mit Ladungsträgern erfolgt dadurch, daß die beiden Schichten an ihrer zumindest mittelbaren Grenzfläche im Verlauf der Bandkante eine Banddiskontinuität aufweisen, wobei bezüglich der freien Ladungsträger die Bandkante derart verläuft, daß für die Ladungsträger das energetische Niveau der Bandkante in der undotiert abgeschiedenen Diamantschicht günstiger ist als in der dotiert abgeschiedenen Schicht. Durch diese Maßnahme können ins besondere unter Zuhilfenahme von n-dotiertem C-BN (kubisches Bornitrid) Diamantschichten n-dotiert werden, da, bedingt durch die angesprochene Banddiskontinuität an der mittelbaren Grenz fläche zwischen der Diamantschicht und der n-dotierten C-BN- Schicht, Ladungsträger aus der C-BN-Schicht in die Diamant schicht abfließen. Allerdings wäre es wünschenswert, die Beweg lichkeit der Ladungsträger in der Diamantschicht zu erhöhen.From the unpublished DE 44 15 600 A1 is a he teroeptactic composite structure proposed, in which by means of CVD Process from the gas phase of an undoped deposited diamond layer by another diamond-free and doped shot the layer is provided with charge carriers. That kind of Introduction of load carriers into the undoped separated Layer with charge carriers takes place in that the two Layers at their at least indirect interface in the course the tape edge have a tape discontinuity, with respect to the free charge carrier runs the band edge such that for the charge carriers the energetic level of the band edge in the undoped deposited diamond layer is cheaper than in the doped deposited layer. This measure allows ins especially with the help of n-doped C-BN (cubic Boron nitride) diamond layers are n-doped because of the mentioned band discontinuity at the indirect border area between the diamond layer and the n-doped C-BN- Layer, charge carriers from the C-BN layer into the diamond drain off layer. However, it would be desirable to move to increase the ability of the charge carriers in the diamond layer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Bauteil mit der in der zugrundegelegten Schrift, Fig. 4c) dar gestellten Bandstruktur zu entwickeln.The invention has for its object to develop an electronic component with the band structure shown in the underlying document, Fig. 4c).

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Aus den zu der undotiert abgeschiedenen Diamantschicht benachbarten, dotierten Schichten gelangen, bedingt durch die bzgl. des Va lenz- und/oder Leitungsbandes am jeweiligen Übergang zwischen den Schichten und der Diamantschicht, also an der Grenzfläche zwischen diesen Schichten jeweils vorliegende, geforderte Band diskontinuitäten, in den dotierten Schichten optisch und/oder thermisch generierte Ladungsträger in das für diese Ladungsträ ger einen Potentialtopf mit Quantisierungen ausbildende Valenz- und/oder Leitungsband der Diamantschicht. Durch die Quantisie rungseffekte der Ladungsträger ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Komposit-Struktur schnelle Halbleiterbauelemente herzu stellen. Bedingt durch die geringe Schichtdicke der undotiert aufgewachsenen Diamantschicht bildet sich im Zusammenspiel mit den benachbarten und die Diamantschicht dotierenden Schichten hinsichtlich des Verlaufes der Bandkante der Komposit-Struktur für die in die Diamantschicht abgeflossenen Ladungsträger ein sogenannter eindimensionaler Potentialtopf aus, wobei die die Ladungsträger einsperrenden Potentialwände des Potentialtopfs durch die Banddiskontinuitäten gebildet werden. Da die Ladungs träger in der Diamantschicht insbesondere nur einen energeti schen Zustand einnehmen können, ist die Streuung der Ladungsträ ger zumindest verringert, wodurch deren Beweglichkeit zumindest erhöht ist. The task is solved according to the invention with the features of claim 1. Out those adjacent to the undoped deposited diamond layer, doped layers, due to the Va bilge and / or conduction band at the respective transition between the layers and the diamond layer, i.e. at the interface between these layers, the required volume discontinuities, optically and / or in the doped layers thermally generated charge carriers in the for these charge carriers valence forming a potential well with quantizations and / or conduction band of the diamond layer. Through the quantisie tion effects of the charge carriers, it is possible with the invention Composite structure fast semiconductor components put. Due to the low layer thickness of the undoped grown diamond layer forms in interaction with the neighboring and doping the diamond layer with regard to the course of the band edge of the composite structure for the charge carriers that flowed into the diamond layer So-called one-dimensional potential well, the die Potential walls trapping charge carriers of the potential well are formed by the band discontinuities. Because the cargo carrier in the diamond layer in particular only one energeti The state of the cargo can be spread ger at least reduced, whereby their mobility at least is increased.

Zum besseren Verständnis wird dieser Mechanismus im folgenden beispielhaft anhand eines besonders sinnvollen C-BN/Diamant/C- BN-Schichtaufbaus beschrieben, bei dem die beiden C-BN-Schichten n-dotiert und die Diamantschicht undotiert abgeschieden sind.For better understanding, this mechanism is described below exemplarily based on a particularly useful C-BN / Diamant / C- BN layer structure described, in which the two C-BN layers n-doped and the diamond layer are deposited undoped.

Die Bandlücken der C-BN-Schichten, die auf beiden Flachseiten der Diamantschicht angeordneten sind, weisen eine größere Band lücke als die Diamantschicht auf. Bei der Ausbildung des Verlaufes der Bandkante nivellieren sich die jeweiligen Bandkanten entsprechend ihrem jeweiligen Fermi-Niveau aus. Da das Fermi- Niveau der C-BN-Schicht aufgrund der n-Dotierung näher an dem Leitungsband als an dem Valenzband der C-BN-Schicht liegt und da die Bandlücke der Diamantschicht kleiner als die der C-BN- Schicht ist, resultiert hieraus an der Grenzfläche, also am Übergang von der Diamantschicht zur jeweiligen C-BN-Schicht hin, eine Banddiskontinuität. Die Banddiskontinuität weist einen der artigen Verlauf auf, daß zumindest einige der Ladungsträger aus den C-BN-Schichten in die Diamantschicht abfließen.The band gaps of the C-BN layers on both flat sides the diamond layer are arranged have a larger band gap than the diamond layer. When developing the course the band edge, the respective band edges level according to their respective Fermi level. Since the Fermi- Level of the C-BN layer closer to that due to the n-doping Conduction band than on the valence band of the C-BN layer and there the band gap of the diamond layer is smaller than that of the C-BN Layer results from this at the interface, i.e. on Transition from the diamond layer to the respective C-BN layer, a band discontinuity. The band discontinuity shows one of the like course on that at least some of the charge carriers from flow off the C-BN layers into the diamond layer.

Da der Verlauf der Bandkante im Bereich der Diamantschicht für die Ladungsträger einem quantenphysikalischen Potentialtopf zumindest ähnlich ist, liegen die Energiezustände der Ladungsträger innerhalb des Potentialtopfs weit genug aus einander, so daß im Idealfall für die Ladungsträger in dem Po tentialtopf quantenmechanisch nur ein Zustand möglich ist. Durch diesen Umstand ist die Wahrscheinlichkeit für Stöße gering, wo durch die Beweglichkeit der Ladungsträger in der Diamantschicht erhöht ist.Because the course of the band edge in the area of the diamond layer for the charge carriers a quantum physical Potential well is at least similar, the energy states are the charge carrier within the potential well extends far enough each other, so that ideally for the charge carriers in the bottom quantum mechanically only one state is possible. By this fact, the likelihood of bumps is low where due to the mobility of the charge carriers in the diamond layer is increased.

Des weiteren ist die Streuwahrscheinlichkeit durch die bean spruchte Art der Dotierung sehr niedrig, da die Dotieratome räumlich von den im Potentialtopf befindlichen Ladungsträgern getrennt sind.Furthermore, the scatter probability is determined by the bean said type of doping very low because of the doping atoms spatially from the charge carriers located in the potential well are separated.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprü chen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden er läutert. Dabei zeigtAdvantageous embodiments of the invention are the dependent claims Chen removable. Otherwise, the invention is based on a the figures shown embodiment in the following he purifies. It shows

Fig. 1 einen Schnitt durch eine einfache Komposit-Struktur mit fünf auf einem Wachstums-Substrat angeordneten unter schiedlichen Schichten, Fig. 1 shows a section through a simple composite structure with five on a growth substrate disposed difference union layers,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verlaufs der Gitterkon stanten der Komposit-Struktur nach Fig. 1 quer zu deren Flachseite und Fig. 2 is a schematic representation of the course of the lattice constant of the composite structure according to Fig. 1 transverse to its flat side and

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Verlaufes der Leitungs bandkante der Komposit-Struktur nach Fig. 1. Fig. 3 is a schematic representation of the course of the conduction band edge of the composite structure of FIG. 1st

In Fig. 1 ist eine Komposit-Struktur eines sogenannten Single- Quantum-Well (SQW) mit fünf unterschiedlichen Schichten 1, 2 und 4 dargestellt, die auf einem Wachstums-Substrat 3 abgeschieden sind, wobei in Reihenfolge vom Wachstums-Substrat 3 aus gesehen folgende Schichtfolge vorliegt: eine dotierte, diamantfreie Schicht 2, danach eine Zwischenschicht 4, anschließend die undo tiert abgeschiedene Diamantschicht 1, dann abermals eine Zwi schenschicht 4 und zuletzt eine dotierte Schicht 2. Die Abschei dung der Schichten 1, 2 und 4 über dem Wachstums-Substrat 3 er folgt zweckmäßigerweise mittels CVD (chemical-vapor-deposition) und/oder MBE (molekular-beam-epitaxy) und/oder verschiedenen Ab arten dieser Epitaxie-Verfahren.In Fig. 1, a composite structure is a so-called single-quantum-well (SQW) shown with five different layers 1, 2 and 4, which are deposited on a growth substrate 3 as viewed in the order from the growth substrate 3 the following layer sequence is present: a doped, diamond-free layer 2 , then an intermediate layer 4 , then the undo deposited diamond layer 1 , then again an intermediate layer 4 and finally a doped layer 2 . The deposition of layers 1 , 2 and 4 over the growth substrate 3 is advantageously carried out by means of CVD (chemical vapor deposition) and / or MBE (molecular beam epitaxy) and / or various types of these epitaxial processes.

Die dotierte Schicht 2 kann generell eine einzige Komponente, zwei Komponenten (binäre Systeme wie bspw. InP, GaAs usw.), drei und mehr Komponenten (ternäre oder quaternäre Systeme wie In- GaAs, InGaAsP oder dgl.) aufweisen. Bei der Auswahl der do tierten Schicht 2 ist es sinnvoll, solche Systeme auszusuchen, die mit dem zweckmäßigerweise eine (1,0,0)-Orientierung aufwei senden Wachstums-Substrat 3 eine akzeptable Gitteranpassung auf weisen. The doped layer 2 can generally have a single component, two components (binary systems such as InP, GaAs etc.), three or more components (ternary or quaternary systems such as InGaAs, InGaAsP or the like). When selecting the doped layer 2 , it makes sense to select those systems which, with the growth substrate 3 expediently having a (1,0,0) orientation, have an acceptable lattice match.

Eine gute direkte Gitteranpassung bedeutet, daß die Gitterkon stante der dotierten Schicht 2 nur geringfügig von der Gitter konstanten des Wachstums-Substrats 3 abweicht. Ferner kann zwi schen der dotierten Schicht 2 und dem Wachstums-Substrat 3 auch eine modifizierte Gitteranpassung vorliegen. Allgemein bedeutet eine modifizierte Gitteranpassung, daß die Differenz eines ganz zahligen Vielfachen der Gitterkonstanten des ersten Materials und eines ganzzahligen Vielfachen der Gitterkonstanten des zwei ten Materials, bezogen auf das ganzzahlige Vielfache des einen Materials, kleiner 20%, insbesondere kleiner 10%, und günstiger weise kleiner als 1% ist.A good direct lattice adjustment means that the lattice constant of the doped layer 2 differs only slightly from the lattice constant of the growth substrate 3 . Furthermore, there may also be a modified lattice match between the doped layer 2 and the growth substrate 3 . In general, a modified lattice adaptation means that the difference between an integer multiple of the lattice constant of the first material and an integer multiple of the lattice constant of the second material, based on the integer multiple of the one material, less than 20%, in particular less than 10%, and more favorably is less than 1%.

Das ganzzahlige Vielfache der Gitterkonstanten kann der jeweili gen Gitterkonstanten entsprechen, wodurch es sich bei diesem Grenzfall um die einfache, direkte Gitteranpassung handelt. Des weiteren können die ganzzahligen Vielfachen für die jeweiligen Gitterkonstante unterschiedlich sein. Günstig ist es hierbei, wenn die Vielfachen der Gitterkonstanten kleiner als 10, insbe sondere kleiner als 5 sind. Ein sinnvolles Verhältnis ist hier bei ein 2 : 3-Verhältnis.The integer multiple of the lattice constants can be the respective correspond to lattice constants, which makes this Limit case is the simple, direct grid adjustment. Of the integer multiples for each can be further Lattice constant may be different. It is favorable here if the multiple of the lattice constants is less than 10, esp are particularly smaller than 5. A reasonable relationship is here with a 2: 3 ratio.

Auf der dotierten Schicht 2 ist zum Abbau der Gitterfehlanpas sung zwischen der dotierten Schicht 2 und der nachfolgend abzu scheidenden Diamantschicht 1 eine Zwischenschicht 4 abgeschie den. Die Zwischenschicht 4 ist eine Legierung, die ein kristal lographisch regelmäßiges, eine Diamant- oder eine Calzium fluorid- oder eine Zinkblendestruktur oder eine diesen Kristall gittern zumindest ähnliches aufweisendes Legierungsgitter auf weist, wobei sich die Zusammensetzung der Legierung mit zuneh mendem Abstand von der dotierten Schicht 2 verändert. Mit Verän derung der Zusammensetzung der Legierung ist eine Änderung der Gitterkonstanten des Legierungsgitters verbunden, weshalb die Gitterkonstante der Legierung in weiten Grenzen variiert werden kann. Durch diese große Variation der Gitterkonstanten des Le gierungsgitters ist mittels der derartigen Zwischenschicht 4 in einfacher Weise eine direkte oder eine modifizierte Gitteranpas sung zwischen der dotierten Schicht 2 und der Diamantschicht 1 realisierbar.On the doped layer 2 to reduce Gitterfehlanpas is sung between the doped layer 2 and the ERS below outgoing diamond layer 1, an intermediate layer 4 abgeschie the. The intermediate layer 4 is an alloy which has a crystallographically regular, a diamond or a calcium fluoride or a zinc blending structure or an alloy lattice at least similar to this crystal lattice, the composition of the alloy having an increasing distance from the doped layer 2 changed. A change in the composition of the alloy is associated with a change in the lattice constant of the alloy lattice, which is why the lattice constant of the alloy can be varied within wide limits. Due to this large variation of the lattice constant of the Le gierungsgitters is by means of such an intermediate layer 4 has a direct or a modified Gitteranpas solution in a simple way be realized between the doped layer 2 and the diamond layer. 1

Auf der maximal 0,1 µm Schichtdicke aufweisenden Diamantschicht 1, die bis auf unvermeidbare Verunreinigungen im wesentlichen undotiert abgeschieden ist, ist erneut eine Zwischenschicht 4, auf welcher wiederum eine dotierte Schicht 2 aufgebracht ist, abgeschieden.An intermediate layer 4 , on which in turn a doped layer 2 is applied, is again deposited on the diamond layer 1 having a maximum layer thickness of 0.1 μm, which is deposited essentially undoped except for unavoidable impurities.

Das Material der Zwischenschicht 4 und der dotierten Schicht 2 ist bezüglich der Diamantschicht 1 derart abgestimmt, daß, be dingt durch eine zwischen diesen Schichten vorliegende Banddis kontinuität der Leitungsbänder dieser Schichten, optisch und/oder thermisch aktivierte Ladungsträger der vorzugsweise n-dotierten Schicht 2 unter Verringerung ihrer potentiellen Energie in das Leitungsband der undotierten Diamantschicht 1 abfließen, wobei die Ladungsträger der dotierten Schicht 2 über die Zwischen schicht 4 in die Diamantschicht 1 abgeleitet werden. Dadurch ist die Diamantschicht 1 dieser Komposit-Struktur, ohne direkte n- Dotierung, vom n-Typ.The material of the intermediate layer 4 and the doped layer 2 is coordinated with respect to the diamond layer 1 in such a way that, due to a band disc continuity of the conduction bands between these layers, optically and / or thermally activated charge carriers of the preferably n-doped layer 2 are underneath Reducing their potential energy flow into the conduction band of the undoped diamond layer 1 , the charge carriers of the doped layer 2 being derived via the intermediate layer 4 into the diamond layer 1 . As a result, the diamond layer 1 of this composite structure is of the n type without direct n-doping.

Auf die gleiche Weise ist es auch ohne direkte Dotierung mög lich, Komposit-Strukturen mit Diamantschichten 1 vom p-Typ her zustellen, wobei hier das Material der Zwischenschicht 4 und der dotierten Schicht 2 derart abgestimmt sein muß, daß in diesem Fall, bedingt duch die nunmehr vorliegende Banddiskontinuität der Valenzbänder, optisch und/oder thermisch aktivierte La dungsträger der nunmehr p-dotierten Schicht 2 unter Verringerung ihrer potentiellen Energie durch die Zwischenschicht 4 hindurch in das Valenzband der undotiert abgeschiedenen Diamantschicht 1 abfließen und eine Diamantschicht 1 vom p-Typ erzeugen.In the same way, it is also possible without direct doping to produce composite structures with p-type diamond layers 1 , here the material of the intermediate layer 4 and the doped layer 2 must be coordinated in such a way that in this case conditionally the now present band discontinuity of the valence bands, optically and / or thermally-activated La makers of the now p-doped layer 2 with a reduction of their potential energy through flow through the intermediate layer 4 in the valence band of undoped deposited diamond layer 1 and generate a diamond layer 1 p-type .

Mit einer Komposit-Struktur, die einen prinzipiellen Aufbau in Single-Quantum-Well-Struktur wie die Komposit-Struktur gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 aufweist, lassen sich u. a. elektronische Bauteile, wie Leuchtdioden mit im Bereich des Blau en emittierenden Licht oder Feld-Effekt-Transisitoren (FET's), realisieren, wobei die hohe Wärmeleitfähigkeit der Diamant schicht 1 und insbesondere deren hohe Ladungsträgerbeweglichkeit von hohem Vorteil ist.With a composite structure that has a basic structure in a single-quantum well structure like the composite structure according to the exemplary embodiment according to FIG. 1, electronic components such as light-emitting diodes with light or field emitting in the blue can be inter alia -Effekt-Transisitoren (FET's), realize, the high thermal conductivity of the diamond layer 1 and in particular its high charge carrier mobility is of great advantage.

In Fig. 2 ist ein schematischer Verlauf der Gitterkonstanten a_i des Komposit-Substrats parallel zum Wachstum der Schichten dar gestellt, wobei entlang der Abszisse die Schichtdicke x_KS der Komposit-Struktur und entlang der Ordinate ohne Maßstab die zu gehörige Gitterkonstante a_i der jeweiligen Schicht 1, 2 oder 4 der Komposit-Struktur aufgetragen ist. Der Verlauf der Gitterkonstanten der Kompo sit-Struktur wird beginnend von der der Wachstumsoberfläche der Komposit-Struktur abgewandten Oberfläche beschrieben, wobei die Darstellung nur schematisch und keineswegs exakt ist. Als erstes ist die Gitterkonstante des Wachstums-Substrats 3 aufgetragen. Daran schließt sich die geringfügig kleinere Gitterkonstante der dotierten Schicht 2 an, deren Differenz zu der Gitterkonstanten des Wachstums-Substrats 3 kleiner als 1% sein sollte, damit ein aktzeptables epitaktisches Wachstum der dotierten Schicht 2 er möglicht ist. An die dotierte Schicht 2 schließt sich die Zwi schenschicht 4 an, deren Gitterkonstante mit zunehmender Schichtdicke sich der Gitterkonstanten des Diamanten annähert. Ist die Gitterkonstante des Diamanten innerhalb kleiner Toleran zen, vorzugsweise kleiner 3%, insbesondere kleiner 1%, er reicht, wird die undotierte Diamantschicht 1 abgeschieden, so daß die Komposit-Struktur in diesem, der Diamantschicht 1 zu gehörigen Bereich die Gitterkonstante des kristallinen Diamanten aufweist. Nach der eine Schichtdicke kleiner 100 nm, insbeson dere kleiner 50 nm, aufweisenden Diamantschicht 1 folgt wiederum eine Zwischenschicht 4, deren Gitterkonstanten sich dieses Mal jedoch von dem Wert des Diamanten hin zu dem der dotierten Schicht 2 ändert, damit auf ihr wiederum eine dotierte Schicht 2 epitaktisch angeordnet werden kann.In Fig. 2 is a schematic profile of the lattice constant a _i is the composite substrate in parallel with the growth of the layers is provided, wherein x along the abscissa, the layer thickness _KS of the composite structure, and along the ordinate without scale _i to corresponding lattice constant a of the respective Layer 1 , 2 or 4 of the composite structure is applied. The course of the lattice constants of the composite structure is described starting from the surface facing away from the growth surface of the composite structure, the representation being only schematic and in no way exact. First, the lattice constant of the growth substrate 3 is plotted. This is followed by the slightly smaller lattice constant of the doped layer 2 , whose difference to the lattice constant of the growth substrate 3 should be less than 1%, so that an acceptable epitaxial growth of the doped layer 2 is possible. The doped layer 2 is followed by the intermediate layer 4 , the lattice constant of which increases as the layer thickness approaches the lattice constant of the diamond. If the lattice constant of the diamond is within small tolerances, preferably less than 3%, in particular less than 1%, it is sufficient, the undoped diamond layer 1 is deposited, so that the composite structure in this area belonging to the diamond layer 1 contains the lattice constant of the crystalline diamond having. After the layer thickness less than 100 nm, in particular less than 50 nm, having diamond layer 1, there is again an intermediate layer 4 , the lattice constants of which, however, this time change from the value of the diamond to that of the doped layer 2 , so that in turn a doped layer 2 can be arranged epitaxially.

Aus dem Schichtaufbau der Komposit-Struktur nach Fig. 1 ergibt sich also folgender idealisierte Verlauf einer Leitungsbandkan te, wie er in Fig. 3 beispielhaft bei einer n-Dotierung schematisch dargestellt vorliegt, wobei entlang der Abszisse die Schichtdicke x_KS der Komposit-Struktur und entlang der Ordinate der Wert E_LB des Energieniveaus der Leitungsbandkante der Komposit-Struktur auf getragen ist.The layer structure of the composite structure according to FIG. 1 thus results in the following idealized course of a conduction band edge, as is shown schematically in FIG. 3 for an n-doping, the layer thickness x _{KS of} the composite structure and being shown along the abscissa along the ordinate the value E _{LB of} the energy level of the conduction band edge of the composite structure is plotted.

Im vorliegenden Fall weist das Leitungsband des Wachstums-Sub strats 3 das höchste Energieniveau auf. Dem Leitungsband des Wachstums-Substrats 3 folgt dasjenige der dotierten Schicht 2, dessen Energie-Niveau geringfügig unterhalb dem des Wachstums- Substrats 3 angeordnet ist. In der darauffolgenden Zwischen schicht 4 weist die Leitungsbandkante eine Banddiskontinuität auf, die zu einer Absenkung des Energieniveaus auf den Wert der Diamantschicht 1 führt. Nach der Diamantschicht 1 steigt das Energieniveau der Leitungsbandkante der Komposit-Struktur inner halb der Zwischenschicht 4 wieder auf den Wert der dotierten Schicht 2 an. Wie anhand der stark vergrößerten Darstellung des Verlaufs der Leitungsbandkante im Bereich der Diamantschicht 1 ersichtlich ist, sind die Ladungsträger, die über die Zwischen schichten 4 aus den dotierten Schichten 2 in das Leitungsband der Diamantschicht 1 abgeflossen sind, in einer Art Topf - einem sogenannten Potentialtopf - eingesperrt.In the present case, the conduction band of the growth substrate 3 has the highest energy level. The conduction band of the growth substrate 3 is followed by that of the doped layer 2 , the energy level of which is arranged slightly below that of the growth substrate 3 . In the subsequent intermediate layer 4 , the conduction band edge has a band discontinuity which leads to a reduction in the energy level to the value of the diamond layer 1 . After the diamond layer 1 , the energy level of the conduction band edge of the composite structure within the intermediate layer 4 rises again to the value of the doped layer 2 . As can be seen from the greatly enlarged representation of the course of the conduction band edge in the area of the diamond layer 1 , the charge carriers that have flowed through the intermediate layers 4 from the doped layers 2 into the conduction band of the diamond layer 1 are in a kind of pot - a so-called potential well - locked up.

Da nun, bedingt durch die geringe Schichtdicke der Diamant schicht 1, die zweckmäßigerweise nur einige nm bis einige 10 nm aufweist, die Breite dieses durch die Leitungsbänder der Zwi schenschichten 4 verbreiterten Potentialtopfs dennoch gering ist, weist der Verlauf der Leitungsbandkante im Bereich der Dia mantschicht 1 für freie Ladungsträger geringer Energie diskrete Energiewerte, die nicht dem Quasikontinuum eines normalen Bandes zuzurechnen sind, auf. Daher weisen im Bereich des Potential topfs die Energieniveaus der Ladungsträger einen großen gegen seitigen Abstand zueinander auf, so daß die einzelnen Ladungs träger ohne eine hohe Energiezufuhr nicht mehr zwischen den ein zelnen Energieniveaus wechseln können.Since now, due to the small layer thickness of the diamond layer 1 , which expediently only has a few nm to a few 10 nm, the width of this potential well widened by the conduction bands of the intermediate layers 4 , the course of the conduction band edge in the region of the slide layer shows 1 for free charge carriers of low energy, discrete energy values that cannot be attributed to the quasi-continuum of a normal band. Therefore, in the area of the potential pot, the energy levels of the charge carriers are at a large mutual mutual distance, so that the individual charge carriers can no longer switch between the individual energy levels without a high energy supply.

Im Falle der anderen Bänder (Leitungs- und Valenzband), die ja ein Quasi-Kontinuum darstellen, können die jeweiligen Ladungs träger ohne weiteres zwischen den einzelnen Energieniveaus wech seln, da die einzelnen Energieniveaus der Bänder einen so gerin gen gegenseitigen Abstand aufweisen, daß sie miteinander ver schmieren.In the case of the other bands (conduction and valence band), yes the respective charge can represent a quasi-continuum carrier switch easily between the individual energy levels because the individual energy levels of the ligaments get you so low have mutual distance that they ver lubricate.

Bei einer Komposit-Struktur mit einer aus C-BN gebildeten do tierten Schicht 2 beträgt der Wert der Bandlücke des C-BN's der dotierten Schicht 2 etwa 7,2 eV, während die Bandlücke der Diamantschicht 1 etwa 5,45 eV beträgt. Das gemeinsames Niveau, an dem sich die beiden Bandlücken ausrichten, ist das Fermi- Niveau. Der Bandlückenunterschied zwischen den beiden Bandlücken verteilt sich ungefähr zu gleichen Teilen auf das Valenzband und das Leitungsband. Der Unterschied bzgl. des Leitungsbandes bil det die Schwelle dafür, daß thermisch angeregte freie Ladungs träger wieder ins C-BN gelangen können, wobei bei Temperaturen unterhalb 600°C dieser Unterschied bzgl. des Leitungsbandes sehr viel größer ist als die thermische Energie der Ladungs träger.In the case of a composite structure with a doped layer 2 formed from C-BN, the value of the band gap of the C-BN of the doped layer 2 is approximately 7.2 eV, while the band gap of the diamond layer 1 is approximately 5.45 eV. The common level at which the two band gaps are aligned is the Fermi level. The band gap difference between the two band gaps is distributed approximately equally between the valence band and the conduction band. The difference with respect to the conduction band forms the threshold for thermally excited free charge carriers to be able to get back into the C-BN, with this difference with respect to the conduction band being much greater than the thermal energy of the charge carrier at temperatures below 600 ° C .

Insbesondere ist eine derartige Komposit-Struktur für Leucht dioden (LED) sinnvoll, da auf diese Art positive wie negative Ladungsträger frei in großer Dichte in der eigentlich undotier ten Diamantschicht 1 vorliegen und rekombinieren können. Um die sen Vorgang zu verbessern, kann es zweckmäßig sein, innerhalb der Komposit-Struktur mechanische Spannungen hervorzurufen oder einzubauen, die den Wert für dieses, diesen Übergang betreffende Übergangsmatrixelement erhöhen.In particular, such a composite structure for light-emitting diodes (LED) is useful, since in this way positive and negative charge carriers are freely available in high density in the actually undoped diamond layer 1 and can recombine. In order to improve this process, it can be expedient to create or incorporate mechanical stresses within the composite structure which increase the value for this transition matrix element relating to this transition.

Eine weitere Möglichkeit ist es, zwischen einer dotierten C-BN- Schicht 2 und einer undotierten, intrinsischen Diamantschicht 1 eine dünne undotierte C-BN-Schicht (nicht eingezeichnet) anzu ordnen. Dadurch ist die Dotierung der gesamten C-BN-Schicht über ihre Schichtdicke inhomogen, weshalb die Streuwirkung der Majo ritätsladungsträger reduziert ist.Another possibility is to arrange a thin undoped C-BN layer (not shown) between a doped C-BN layer 2 and an undoped, intrinsic diamond layer 1 . As a result, the doping of the entire C-BN layer is inhomogeneous over its layer thickness, which is why the scattering effect of the majo charge carriers is reduced.

Bei der Ausgestaltungsform nach Fig. 1 wird die Diamantschicht 1 von beiden Seiten mit Ladungsträgern beaufschlagt. Prinzipiell ist es auch möglich, die Diamantschicht 1 nur von einer Seite aus mit Ladungsträgern zu beschicken.In the embodiment according to FIG. 1, the diamond layer 1 is loaded with charge carriers from both sides. In principle, it is also possible to load the diamond layer 1 with charge carriers only from one side.

Claims

1. Electronic component with a composite structure which has at least one substantially undoped diamond layer ( 1 ),

- Which is covered on both sides by doped diamond-free layers ( 2 ),
- and a growth substrate ( 3 ) on which the diamond layer ( 1 ) and the doped layers ( 2 ) are arranged,
- Where line and / or the valence band edge course of the composite structure between the diamond layer ( 1 ) and the diamond-free layer ( 2 ) have such tape discontinuities that the course of the tape discontinuities in the diamond-free layers ( 2 ) in particular optically and / or thermally excited charge carriers while reducing their potential energy into the valence and / or conduction band of the undoped diamond layer ( 1 ) can be derived, and that the course of the band edge in the area of the diamond layer ( 1 ) has a potential well with a quantization effect for the in the diamond layer ( 1 ) has derived charge carriers,
- Wherein between the diamond-free layers ( 2 ) and the slide layer ( 1 ) in each case an alloy is additionally arranged as an intermediate layer ( 4 ),
- whose alloy lattice has a diamond structure or a zinc blend structure or a calcium fluoride structure,
- With the intermediate layer ( 4 ) from the doped diamond-free layers ( 2 ) originating charge carriers in the undoped diamond layer ( 1 ) can be derived.

2. Electronic component according to claim 1, characterized in that the composite structure has an alternating layer sequence of diamond-free doped layer ( 2 ) and undoped diamond layer ( 1 ).

3. Electronic component according to claim 1 or 2, characterized in that the growth substrate ( 3 ) is a silicon or a GaAs substrate, the growth surface with respect to the Miller indices preferably a (1,0,0) orientation having.

4. Electronic component according to claim 1, characterized in that the diamond-free layer ( 2 ) made of boron nitride (BN), in particular of cubic boron nitride (C-BN), is formed.

5. Electronic component according to claim 1, characterized in that the intermediate layer ( 4 ) is formed from an alloy lattice in diamond structure or zinc blende structure having silicon-carbon alloy, the carbon content of which increases within the intermediate layer ( 4 ) with increasing distance from the layer and their silicon content decreases accordingly.

6. Electronic component according to claim 1, characterized in that the layer thickness of the diamond layer ( 1 ) is between 100 nm and 1 nm.