DE112005000637T5 - Leuchtstoff und Leuchtdiode - Google Patents

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Hiromu Shiomi
Makoto Sasaki
Toshihiko Hayashi
Hiroshi Nagoya Amano
Satoshi Nagoya Kamiyama
Motoaki Nagoya Iwaya
Isamu Nagoya Akasaki
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Abstract

Leuchtstoff aus SiC, der durch eine externe Lichtquelle angeregt wird zum Emittieren von Licht, dotiert mit N und zumindest einem von B und Al.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Leuchtstoff aus SiC zum Emittieren von Licht, der durch eine elektromagnetische Welle angeregt wird, wie zum Beispiel einen Elektronenstrahl, einen Röntgenstrahl, einen Ultraviolettstrahl oder einen sichtbaren blau-violetten Strahl, und ein Verfahren zum Herstellen desselben sowie ein Substrat und ein Pulver für einen Halbleiter, die aus solch einem Leuchtstoff bestehen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Leuchtdiode, die einen Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter aufweist, von dem erwartet wird, dass er in Zukunft als eine neue Feststoff-Beleuchtungsvorrichtung weit verbreitet ist.
  • Technischer Hintergrund
  • Eine PDP-Platte, die Licht emittiert, in dem ein Leuchtstoff mit einem Vakuum-Ultraviolettstrahl, welcher durch eine Edelgasentladung abgestrahlt wird, angeregt wird, wird aktuell entwickelt. Die PDP-Platte wird durch eine große Anzahl von Anzeigezellen ausgebildet, die in der Gestalt einer Matrix angeordnet sind und jede Anzeigezelle ist mit einer Zündelektrode versehen. Der innere Teil derselben ist mit einem Leuchtstoff beschichtet zum Einschließen von Edelgas, beispielsweise He-Xe oder Ne-Xe. Wenn eine Spannung an die Zündelektrode angelegt wird, wird ein Vakuum-Ultraviolettstrahl abgestrahlt zum Anregen des Leuchtstoffs, wodurch sichtbares Licht emittiert wird.
  • Wenn eine Gasentladungsröhre, die mit einer Gasmischung aus Quecksilber- und Argongas gefüllt ist, mit der Entladung in einer Leuchtstofflampe beginnt, werden in einem Entladungsraum vorhandene Elektronen durch ein elektrisches Feld beschleunigt, um zu einer Anode hin zuwandern. Die Elektronen regen in der Zwischenzeit die Quecksilberatome in der Leuchtstofflampenröhre an zum Emittieren von sichtbarem Licht mit einer Ultraviolettstrahlung von 253,7 nm Wellenlänge, das von den angeregten Quecksilberatomen abgegeben wird.
  • Ein Leuchtstoff (hier im folgenden als ein "Ultraviolett angeregter Leuchtstoff" bezeichnet), der durch einen Ultraviolettstrahl zum Emittieren von Licht angeregt wird, wird weithin in einer Leuchtstofflampe, einer Hochdruck-Quecksilberlampe, einer Dekoration mit einer fluoreszierenden Wandplatte oder einer fluoreszierenden Kachel, welche innen/außen verwendet werden, oder dergleichen in der Praxis angewendet. Die fluoreszierende Wandplatte oder Kachel wird durch einen Ultraviolettstrahl mit einer längeren Wellenlänge von ungefähr 365 nm angeregt, speziell zum Emittieren von hellem Licht verschiedener Farben.
  • Eine Vorrichtung, die durch Licht angeregt wird, welches von einem Halbleiter emittiert wird, ist ebenfalls bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird eine Belastung des Halbleiters verringert, wenn die Wellenlänge des Lichts von dem Halbleiter vergrößert wird. Deshalb ist die Wellenlänge des Anregungslichts vorzugsweise mindestens 360 nm, bevorzugter mindestens 380 nm, insbesondere bevorzugt mindestens 400 nm.
  • Im allgemeinen beinhalten Leuchtstoffe, die durch einen Ultraviolettstrahl mit langer Wellenlänge angeregt werden, einen Eu-aktivierten Erdalkali-Halogenphosphat-Leuchtstoff, einen Eu-aktivierten Erdalkali-Aluminat-Leuchtstoff und einen Euaktivierten LnO-Leuchtstoff, die alle blaues Licht emittieren. Die Leuchtstoffe beinhalten weiterhin einen Zn2GeO4:Mn-Leuchtstoff etc., der grünes Licht emittiert, während ein YAG:Ce(Cerium-addierter Yttrium-Aluminium-Granat)-Leuchtstoff, der gelbes Licht emittiert, und ein Y2O2S:Eu-Leuchtstoff sowie ein YVO4:Eu-Leuchtstoff, die beide rotes Licht emittieren, realisiert werden.
  • Als Folge der Diversifikation und hohen Funktionalisierung der Anzeige sind jedoch eine Farbvervielfachung und Aufhellung der Leuchtfarben sowie eine Verbesserung der Dauerhaftigkeit und eine Verbesserung der Wetterbeständigkeit erforderlich. Weiterhin wird ein Leuchtstoff, der einen Gruppe-II-VI-Halbleiter, wie zum Beispiel ZnSE oder ZnO verwendet, aktuell untersucht (siehe die Japanische Patentoffenlegung Nr. 2001-228809 (Patentdokument 1)).
  • Andererseits ist ein Leuchtstoff bekannt, der angefertigt wird durch Hinzufügen eines Elementes der seltenen Erden, wie zum Beispiel Yb oder Er, zu dem Grundgerüst aus SiC zum Emittieren von infrarotem Licht mit mindestens 900 nm durch Anregung des Elementes der seltenen Erden selbst (siehe die Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-270807 (Patentdokument 2)). Dieser Leuchtstoff mit dem Grundgerüst aus SiC, emittiert im Prinzip hauptsächlich Licht des Elementes der seltenen Erden und verwendet den gleichen Mechanismus wie bei der Lichtemission durch die Hinzufügung eines Elementes der seltenen Erden zu einem Grundgerüst eines Oxides. Ein SiC-Kristall kann angefertigt werden durch ein verbessertes Rayleigh-Verfahren, indem eine Sublimations-Rekristallisation auf einem Keimkristall eines einkristallinen SiC durchgeführt wird (siehe Y. M. Tairov und V. F. Tsvctkov, Journal of Crystal Growth (1981), Vol. 52, Seite 146 bis 150 (Nichtpatentdokument 1)).
  • Ein Kristallwachsverfahren für einen Nitridhalbleiter ist in den vergangenen Jahren schnell vorangeschritten und blaue und grüne Leuchtdioden hoher Helligkeit, die Nitridhalbleiter ver wenden, wurden realisiert. Eine allgemein vorhandene rote Leuchtdiode und diese blauen und grünen Leuchtdioden werden miteinander kombiniert zum vollständigen Realisieren der drei Grundfarben des Lichts, so dass eine Vollfarbenanzeige ebenfalls realisiert werden kann. Mit anderen Worten, weißes Licht kann ebenfalls erhalten werden, wenn alle drei Grundfarben des Lichts miteinander vermischt werden und eine Anwendung für eine Vorrichtung für weiße Beleuchtung ist ebenfalls möglich.
  • Verschiedene Strukturen wurden als Weißlichtquellen, die Leuchtdioden verwenden, vorgeschlagen und werden teilweise realisiert. 9 zeigt eine beispielhafte weiße Lichtquelle, die Leuchtdioden verwendet. Bei dieser weißen Lichtquelle sind Leuchtdioden der drei Grundfarben, d. h. eine rote Leuchtdiode 911, eine grüne Leuchtdiode 912 und eine blaue Leuchtdiode 913 auf einer Metallschicht 903 eines leitenden Kühlkörpers 902 ausgebildet und auf einer Grundplatte 905 mit Epoxidharz 908 befestigt, wie in 9 gezeigt.
  • Mit dieser weißen Lichtquelle mit hoher Energieumwandlungseffizienz kann nicht nur Weiß, sondern es können alle Farben angezeigt werden durch Verbinden der Zuleitungsdrähte, die mit den entsprechenden Leuchtdioden verbunden sind, mit einzelnen Anschlüssen und unabhängiges Steuern der ihnen zugeführten Ströme. Diese Weißlichtquelle ist jedoch ungeeignet für eine einfache Beleuchtungsvorrichtung, da die Vorrichtung und eine Treiberschaltung kompliziert sind, so dass sie hohe Kosten erfordern.
  • 10 zeigt eine weitere beispielhafte Weißlichtquelle, die eine Leuchtdiode verwendet. Bei dieser Weißlichtquelle ist eine blaue Leuchtdiode 101 auf einer Metallschicht 103 eines leitenden Kühlkörpers 102 ausgebildet, während eine gelbe Leuchtstoffschicht 104 eines YAG-basierten Materials auf der blauen Leuchtdiode 101 ausgebildet ist und auf einer Grundplatte 105 mit Epoxidharz 108 befestigt ist, wie in 10 gezeigt.
  • Bei dieser Weißlichtquelle absorbiert die YAG-basierte gelbe Leuchtstoffschicht 104 einen Teil des Lichts mit einer Scheitelwellenlänge von ungefähr 450 nm, das von der blauen Leuchtdiode 101 abgegeben wird, und wandelt dasselbe in eine gelbe Fluoreszenz mit einer Wellenlänge von ungefähr 570 nm um. Deshalb gibt die Vorrichtung sowohl blaues Licht ab, das durch die YAG-basierte gelbe Leuchtstoffschicht 104 ausgesendet wird, als auch gelbes Licht, das von der YAG-basierten gelben Leuchtstoffschicht 104 emittiert wird. Gelb ist komplementär zu Blau, wodurch weißes Licht erhalten wird durch Mischen des gelben Lichtes und des blauen Lichtes miteinander.
  • Die in 10 gezeigte Weißlichtquelle, die aus einer einzelnen Leuchtdiode 101 besteht, kann mit verhältnismäßig geringen Kosten angefertigt werden. Weiterhin wird zur Zeit die höchste Lichtausbeute realisiert, während jene mit einer Helligkeitsausbeute von ungefähr 70 lm/W auf einem Versuchsniveau realisiert wurde, äquivalent zu einer existierenden Leuchtstofflampe.
    • Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-228809
    • Patentdokument 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-270807
    • Nichtpatentdokument 1: Y. M. Tairov und V. F. Tsvctkov, Journal of Crystal Growth (1981), Vol. 52, Seite 146 bis 150
  • Offenbarung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • Bei einem bekannten Leuchtstoff mit einem Grundgerüst aus einem Oxid, der durch eine Lichtquelle mit langer Wellenlänge angeregt wird, wird die Lichtausbeute der Fluoreszenz verschlechtert, wenn die Wellenlänge des Anregungslichts erhöht wird und die Lichtausbeute für rotes Licht ist besonders schlecht. Ein Oxid hat eine extrem große Bandlücke im allgemeinen und daher kann die Anregung des Oxids selbst nicht ver wendet werden bei der Anregung durch die Lichtquelle mit der langen Wellenlänge. Während die Anregung eines Elementes der seltenen Erden selbst deshalb verwendet wird, ist die Lichtausbeute der Fluoreszenz extrem niedrig und wird nicht verbessert, wenn ein Material zu welchem ein Element der seltenen Erden hinzugefügt wurde, mit einer langen Wellenlänge angeregt wird.
  • Ein Leuchtstoff, der einen Gruppe-II-VI-Halbleiter verwendet, bildet auf so einfache Weise einen Mischkristall oder eine feste Lösung, dass eine Methode, wie beispielsweise das Band-Engineering ebenfalls angewendet werden kann und die Lichtausbeute außerordentlich hoch ist. Sowohl die Gruppe II als auch die Gruppe VI hat jedoch eine hohe Elektronegativität und daher ist die Ionizität eines Gruppe-II-VI-Halbleiterkristalls so erhöht, dass auf einfache Weise eine Alterung hervorgerufen wird.
  • Bei einem Verfahren des Hinzufügens eines Elementes der seltenen Erden zu SiC zur Verwendung der Emission von Infrarotlicht durch die Anregung des Elementes der seltenen Erden wird die Kristallinität von SiC außerordentlich verschlechtert durch die Hinzufügung des Elementes der seltenen Erden, da das Element der seltenen Erden einen großen Atomradius aufweist, während die Gitterkonstante von SiC außerordentlich klein ist. Deshalb ist die Menge der hinzugefügten Elemente der seltenen Erden so begrenzt, dass die Lichtausbeute nicht vergrößert werden kann.
  • Während Donor-Akzeptor (Donor Akzeptor)(hier im folgenden als "DA" bezeichnet)-Paarluneszenz, die durch gleichzeitiges Hinzufügen von N und W zu SiC realisiert wird, so dass N als ein Donor wirkt und W als ein Akzeptor wirkt, ein Maximum bei einer Wellenlänge von ungefähr 650 nm hat, ist die Lichtausbeute so klein, dass dasselbe nicht als ein Leuchtstoff verwendet werden kann.
  • Was die Weißlichtquelle anbelangt, die die Leuchtdiode(n) verwendet, hat beispielsweise das in 9 gezeigte Beispiel das Problem zu lösen, dass die Treiberschaltung und die Vorrichtung so kompliziert sind, dass die selben schwer zu montieren sind und die Ausbeute gering ist und aus einem Strahlungswinkel des Lichts eine Farbheterogenität resultiert.
  • Das in 10 gezeigte Beispiel wandelt einen Teil des blauen Lichts, das von der blauen Leuchtdiode 101 emittiert wird, in gelbes Licht um durch Anregung der gelben Leuchtstoffschicht 104 zum Erhalt von weißem Licht, in dem sowohl blaues Licht als auch gelbes Licht freigesetzt werden. In diesem Fall wird die Farbtönung verändert, wenn nicht das Intensitätsverhältnis zwischen dem blauen Licht und dem gelben Licht geeignet gewählt wird. Deshalb müssen die Dicke und eine Leuchtstoffkonzentration der gelben Leuchtstoffschicht 104, die auf der blauen Leuchtdiode 101 ausgebildet ist, genau und homogen eingestellt werden. Daher ist ein Verfahren zum homogenen Mischen des gelben Leuchtstoffpulvers in einem Binder aus Harz und des Auftragens der Mischung mit einer homogenen Dicke notwendig.
  • Auch wenn die Leuchtstoffschicht 104 homogen ist, verändert sich die Weglänge des von der blauen Leuchtdiode 101 zum Hindurchgehen durch die Leuchtstoffschicht emittierten Lichts mit dem Emissionswinkel. Deshalb variiert die Farbtönung des weißen Lichts unvermeidlich mit dem Emissionswinkel. Weiterhin ist die Kombination der blauen Leuchtdiode 101 und der gelben Leuchtstoffschicht 104, die in 10 gezeigt sind, schlechter bei der Farbwiedergabe, der Eigenschaft, die wichtig ist zum Dienen als Beleuchtungslichtquelle, und weist eine geringe Reproduzierbarkeit für rotes Licht aufgrund einer außerordentlich kleinen Menge der roten Komponente auf.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Leuchtstoff bereitzustellen, der angeregt wird durch eine Lichtquelle mit einer langen Wellenlänge in dem Ultraviolettbereich oder der blau-violetten sichtbaren Region zum hauptsächlichen Emittieren von Licht in einem Violett-Blau-Gelb-Rot sichtbaren Bereich. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Leuchtstoffs, der eine Fluoreszenz mit hervorragenden Eigenschaften effizient emittiert mit Primärlicht von einer Lichtquelle, wie zum Beispiel einer Quecksilber-Entladungsröhre, einer Hochdruck-Quecksilberlampe oder einer LED (Laserlicht emittierenden Diode), einer Vakuum-Ultraviolettstrahlung, die von einer Entladung einer PDP (Plasma Display)-Platte resultiert, oder einem Elektronenstrahl.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer kostengünstigen Leuchtdiode, die einfach zu montieren und hervorragend in der Farbwiedergabe ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Leuchtdiode mit einer kleinen Änderung in der Farbtönung, die aus einem Abstrahlwinkel resultiert.
  • Mittel zum Lösen der Aufgaben
  • Ein Leuchtstoff aus SiC gemäß der vorliegenden Erfindung wird angeregt durch eine externe Lichtquelle zum Emittieren von Licht und ist mit N und B oder Al dotiert. Bei solch einem Leuchtstoff sind die Dotierungskonzentrationen von B oder Al und die Dotierungskonzentration von N vorzugsweise 1015/cm3 bis 1020/cm3, bevorzugter 1016/cm3 bis 1020/cm3.
  • Der Leuchtstoff aus SiC gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Emission einer Fluoreszenz mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm. Solch ein SiC ist vorzugsweise mit N und B dotiert, die Konzentration von entweder N oder B ist vorzugsweise 1015/cm3 bis 1018/cm3 und die Konzentration von entweder B oder N ist vorzugsweise 1016/cm3 bis 1019/cm3.
  • Weiterhin weist der Leuchtstoff aus SiC gemäß der vorliegenden Erfindung eine Emission der Fluoreszenz mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Be reich von 400 nm bis 550 nm auf. Solch ein SiC ist vorzugsweise dotiert mit N und Al, die Konzentration von entweder N von Al ist vorzugsweise 1015/cm3 bis 1018/cm3 und die Konzentration von entweder Al oder N ist vorzugsweise 1016/cm3 bis 1019/cm3.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtstoffs aus SiC gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtstoffes aus SiC, welcher durch eine externe Lichtquelle angeregt wird zur Emission einer Fluoreszenz mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm, und mit N und B dotiert ist, so dass die Konzentration von N oder B 1015/cm3 bis 1018/cm3 ist und die Konzentration von entweder B oder N 1016/cm3 bis 1019/cm3 ist, durch Ausbilden eines SiC-Kristalls durch Sublimations-Rekristallisation mit einer B-Quelle von Lab6, B4C, TaB2, NbB2, ZrB2, HfB2, Bn oder Kohlenstoff, der B enthält, gemäß eines bestimmten Aspekts der vorliegenden Erfindung.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine B-Quelle von einfachem B, LaB6, B4C, TaB2, NbB2, ZrB2, HfB2 oder BN thermisch in SiC diffundiert wird unter einem Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur von mindestens 1500°C.
  • Ein Substrat für einen Halbleiter gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einem einkristallinem 6H-SiC-Leuchtstoff, der durch eine externe Lichtquelle angeregt wird zum Emittieren von Licht und dotiert ist mit N und zumindest einem von B und Al. Solch ein Halbleitersubstrat beinhaltet jenes, dass aus einem einkristallinem 6H-SiC-Leuchtstoff besteht, der mit N und B dotiert ist zum Emittieren eines Fluoreszenzlichts mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm. Weiterhin beinhaltet dieses Substrat ein Halbleitersubstrat, dass aus einem einkristallinem 6H-SiC-Leuchtstoff besteht, der dotiert ist mit N und Al zum Emittieren eines Fluoreszenzlichts mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 400 nm bis 550 nm.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates für einen Halbleiter gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates für einen Halbleiter, das aus einem einkristallinem 6H-SiC-Leuchtstoff besteht, welcher durch eine externe Lichtquelle angeregt wird zum Emittieren eines Fluoreszenzlichts mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm und dotiert ist mit N und B, so dass die Konzentration von entweder N oder B 1015/cm3 bis 1018/cm3 ist und die Konzentration von entweder B oder N 1016/cm3 bis 1019/cm3 ist, das die Schritte des thermischen Diffundierens einer B-Quelle von einfachem B, LaB6, B4C, TaB2, NbB2, ZrB2, HfB2 oder BN in SiC unter einem Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur von mindestens 1500°C und des Entfernens einer Oberflächenschicht gemäß einem bestimmten Aspekt der vorliegenden Erfindung aufweist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein SiC-Kristall ausgebildet durch solch eine Sublimations-Rekristallisation, dass die Gasatmosphäre beim Kristallwachstum N2-Gas mit 1% bis 30% eines Gas-Partialdrucks enthält und das Ausgangsmaterial SiC 0,05 Mol-% bis 15 Mol-% einer B-Quelle enthält.
  • Pulver für einen Halbleiter gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einem einkristallinem 6H-SiC-Leuchtstoff, der durch eine externe Lichtquelle angeregt wird zum Emittieren eines Fluoreszenzlichts mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm, mit einem Teilchendurchmesser von 2 μm bis 10 μm und einem mittleren Teilchendurchmesser von 3 μm bis 6 μm.
  • Eine Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Substrat für einen Halbleiter auf, das aus einem einkristallinem 6H-SiC-Leuchtstoff besteht, der mit N und zumindest einem von B und Al dotiert ist und eine Licht emittierende Vorrichtung eines Nitrid-Halbleiters, die auf dem Substrat ausgebildet ist, gemäß eines bestimmten Aspekts der vorliegenden Erfindung.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung hat die Leuchtdiode mindestens eine oder zwei Schichten, die aus einem einkristallinem 6H-SiC-Leuchtstoff bestehen, der mit N und zumindest einem von B und Al dotiert ist, auf einem Substrat aus SiC für einen Halbleiter und weist eine Licht emittierende Vorrichtung eines Nitrid-Halbleiters auf der/den einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoffschicht(en) auf. Bei solch einer Leuchtdiode ist die Emissionswellenlänge der Licht emittierenden Vorrichtung eines Nitrid-Halbleiters nicht größer als 408 nm.
  • Bei solch einer Leuchtdiode ist sowohl die Dotierungskonzentration für B oder Al als auch die Dotierungskonzentration für N in dem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff vorzugsweise 1016/cm3 bis 1019/cm3, bevorzugter 1017/cm3 bis 1019/cm3.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Leuchtstoff bereitzustellen, bei dem man in der Lage ist, eine Verunreinigungskonzentration in SiC einzustellen zum effizienten Emittieren von Licht in einem Violett-Blau-Gelb-Rot sichtbaren Bereich durch Anregung mit Licht mit einer langen Wellenlänge oder mit einem Elektronenstrahl, in dem ultravioletten Bereich oder dem sichtbaren blau-violetten Bereich.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin möglich, eine Weißlichtquelle bereitzustellen, die eine einfache Einstellung der Farbwiedergabe gestattet und einfach montierbar ist aufgrund einer einzigen Leuchtdiode bei geringen Kosten. Diese Weißlichtquelle erzeugt weißes Licht darin, wodurch eine Veränderung der Farbtönung, die aus einem Winkel der Strahlung resultiert, vernachlässigbar klein ist und die Lichtquelle hervorragend in der Lichtausbeute ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Modelldiagramm, das eine beispielhafte Einkristall-Wachstumsvorrichtung zeigt, welche verwendet wird für ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtstoffs aus SiC gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Modelldiagramm zum Veranschaulichen des Prinzips eines verbesserten Rayleigh-Verfahrens, das bei dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 3 veranschaulicht die Emissionseigenschaft des Leuchtstoffs aus SiC gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist ein Modelldiagramm, das den Aufbau einer Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5 ist ein Modelldiagramm, das einen montierten Zustand der Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 veranschaulicht die Emissionseigenschaften eines weiteren Leuchtstoffs aus SiC gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist ein Modelldiagramm, das den Aufbau einer weiteren Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8 ist ein Modelldiagramm, das einen montierten Zustand der Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 9 ist ein Modelldiagramm, das einen montierten Zustand von bekannten Leuchtdioden zeigt.
  • 10 ist ein Modelldiagramm, das einen montierten Zustand einer bekannten Leuchtdiode zeigt.
  • Beste Weisen der Durchführung der Erfindung
  • (Leuchtstoff aus SiC)
  • Ein Leuchtstoff aus SiC gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit N und zumindest einem von B und Al dotiert. Solch ein Leuchtstoff aus SiC wird angeregt durch eine externe Lichtquelle wie zum Beispiel eine Lichtquelle mit einer langen Wellenlänge oder einen Elektronenstrahl in dem Ultraviolettbereich oder dem sichtbaren blau-violetten Bereich zum hauptsächlichen Emittieren von Licht in einem Violett-Blau-Gelb-Rot sichtbaren Bereich.
  • Ein mit B und N dotierter Leuchtstoff aus SiC wird beispielsweise angeregt durch eine externe Lichtquelle zum Emittieren eines Fluoreszenzlichts mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm, mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm. Ein Leuchtstoff aus SiC, der mit Al und N dotiert ist, emittiert ein Fluoreszenzlicht mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 750 nm, mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 400 nm bis 550 nm. Weiterhin emittiert ein Leuchtstoff aus SiC, der mit Al, B und N dotiert ist, eine Fluoreszenz von 400 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 400 nm bis 650 nm.
  • Zum Verbessern der Lichtausbeute der Fluoreszenz ist eine Zustandsdichte eines Verunreinigungsniveaus notwendig, die hinreichend ist zum Aufnehmen von Elektron-Loch-Paaren, welche von einer Bandkante des SiC relaxiert werden. In dieser Hinsicht sind sowohl die Verunreinigungskonzentration für zumindest eines aus B und Al als auch die Verunreinigungskonzentration für N vorzugsweise 1015/cm3, bevorzugter zumindest 1016/cm3, insbesondere bevorzugt mindestens 1018/cm3. Andererseits sind die Verunreinigungskonzentrationen vorzugsweise nicht höher als 1020/cm3, da die Lichtausbeute der Fluoreszenz dazu tendiert zu sinken, wenn die Verunreinigungskonzentrationen übermäßig hoch sind.
  • Wenn der Leuchtstoff mit N und B dotiert ist, ist die Konzentration von entweder N oder B vorzugsweise 1015/cm3 bis 1018/cm3 und die Konzentration von entweder B oder N ist vorzugsweise 1016/cm3 bis 1019/cm3. Auch wenn der Leuchtstoff mit N und Al dotiert ist, ist die Konzentration von entweder N oder Al vorzugsweise 1015/cm3 bis 1018/cm3 und die Konzentration von entweder Al oder N ist vorzugsweise 1016/cm3 bis 1019/cm3. Über die ganze Beschreibung hinweg wird das emittierte Licht ausgedrückt durch einen numerischen Wert, der erhalten wird durch Messen des emittierten Lichts bei Einfall eines Strahls (Violett) mit einer Wellenlänge von 404,7 nm mittels PHOTOLUMINORS von Horiba, Ltd. Die Konzentration an N, Al oder B wird ausgedrückt durch einen numerischen Wert, der mit SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy bzw. Sekundärionenmassenspektroskopie) gemessen wird.
  • Eine externe Lichtquelle, die bei der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, ist eine Lichtquelle, die sichtbares Licht abstrahlt, wie zum Beispiel einen blau-violetten Strahl, einen ultravioletten Strahl, einen Röntgenstrahl oder einen Elektronenstrahl, während sichtbares Licht, wie zum Beispiel ein blau-violetter Strahl, oder ein Ultraviolettstrahl mit einer Wellenlänge von 100 nm bis 500 nm, die dazu neigen, eine Fluoreszenz mit einer hohen Lichtintensität zu emittieren, insbesondere bevorzugt sind. Ein SiC-Halbleiter hat eine große Bandlücke von ungefähr 3 eV und kann durch Hinzufügen einer Verunreinigung verschiedene Ordnungen in dem Band erzeugen. insbesondere 6H-SiC, das eine Wellenlänge von 408 nm an einer Bandkante zeigt, kann mit einer kürzeren Wellenlänge als dieser Wellenlänge der Bandkante durch die Bandlücke von SiC angeregt werden und Licht mit einer verhältnismäßig langen Wellenlänge kann als eine Anregungsquelle verwendet werden.
  • Die Erfinder haben intensive Studien durchgeführt, um zu finden, dass die Lichtintensität hinreichend erhöht wird, wenn ein 6H-SiC-Polytyp-Kristall mit N dotiert wird, welches unter der Bedingung einer hinreichenden Aktivierung von B, welches als ein Akzeptor dient, als ein Donor dient, so dass die Konzentration des DA-Paares 1015/cm3 bis 1018/cm3 ist. Die untere Grenze der Konzentration des DA-Paares ist bevorzugter zumindest 5·1015/cm3, insbesondere bevorzugt 1016/cm3, weiter bevorzugt zumindest 2·1016/cm3 zum Verbessern der Leuchtstärke. Andererseits ist die Obergrenze bevorzugter nicht mehr als 8·1017/cm3 zum Verbessern der Leuchtstärke in ähnlicher Weise zu dem Obigen.
  • Wenn die Konzentration des DA-Paares in diesem Bereich ist, ist die Untergrenze der Konzentration von entweder B oder N bevorzugter zumindest 1016/cm3, insbesondere bevorzugt zumindest 5·1016/cm3 zum Erhalt einer hervorragenden Lichtemission. Andererseits ist die Obergrenze bevorzugter nicht mehr als 1019/cm3, insbesondere bevorzugt nicht mehr als 5·1018/cm3 zum Erhalt einer hervorragenden Lichtemission in ähnlicher Weise zu dem Obigen.
  • Ein Leuchtstoff aus SiC, der B und N enthält mit Konzentrationen in diesem Bereich, emittiert hervorragend ein rot-gelbes Fluoreszenzlicht, das ein breites Spektrum zeigt, wie in 3 veranschaulicht. Mit anderen Worten, der Leuchtstoff aus SiC gemäß der vorliegenden Erfindung emittiert das Fluoreszenzlicht mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm, mit hoher Leuchtstärke in dem Wellenlängenbereich von 550 nm bis 680 nm. Jener, der eine Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm hat oder jener, der eine Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 570 nm bis 630 nm hat, ist bevorzugt. Die Emissionswellenlänge und die relative Intensität derselben variieren mit den Dotierungskonzentrationen von B und N in SiC.
  • Auch für ein DA-Paar aus Al und N haben die Erfinder in ähnlicher Weise Konzentrationsbedingungen gefunden, die die Leuchtstärke erhöhen. Mit anderen Worten, sie haben gefunden, dass die Leuchtstärke hinreichend erhöht wird, wenn ein 6H-SiC-Polytyp-Kristall mit N dotiert wird, welches als ein Donor dient unter einer Bedingung der hinreichenden Aktivierung des Al, welches als ein Akzeptor dient, so dass die Konzentration des DA-Paares 1015/cm3 bis 1018/cm3 ist. Die Untergrenze der Konzentration des DA-Paares ist bevorzugter zumindest 5·1015/cm3, insbesondere bevorzugt 1016/cm3, weiter bevorzugt zumindest 2·1016/cm3 zum Verbessern der Leuchtstärke. Andererseits ist die Obergrenze bevorzugter nicht mehr als 8·1017/cm3 zum Verbessern der Leuchtstärke in ähnlicher Weise zu dem Obigen.
  • Wenn die Konzentration des DA-Paares in diesem Bereich ist, ist die Untergrenze der Konzentration von entweder Al oder N bevorzugter zumindest 1016/cm3, insbesondere bevorzugt zumindest 5.1016/cm3, zum Erhalt einer hervorragenden Lichtemission. Andererseits ist die Obergrenze bevorzugter nicht mehr als 1019/cm3, insbesondere bevorzugt nicht mehr als 5·1018/cm3, zum Erhalt einer hervorragenden Lichtemission in ähnlicher Weise zu dem Obigen.
  • Ein Leuchtstoff aus SiC, der Al und N mit Konzentrationen in diesem Bereich enthält, emittiert eine breite blaue Fluoreszenz, die ein breites Spektrum zeigt, wie in 6 veranschaulicht. Mit anderen Worten, der Leuchtstoff aus SiC gemäß der vorliegenden Erfindung emittiert ein Fluoreszenzlicht mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 750 nm, mit hoher Leuchtstärke in dem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 550 nm. Eine Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 400 nm bis 550 nm oder eine Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 410 nm oder 470 nm ist bevorzugt. Die Emissionswellenlänge und die relative Intensität derselben variieren mit den Dotierungskonzentrationen von Al und N in SiC.
  • (Verfahren zum Herstellen eines Leuchtstoffes aus SiC)
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtstoffes aus SiC gemäß der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch die Ausbildung eines SiC-Kristalls mittels Sublimations-Rekristallisation mit einer B-Quelle aus LaB6, B4C, TaB2, NbB2, ZrB2, HfB2, BN oder Kohlenstoff, welcher B enthält. Gemäß dieses Verfahrens wird SiC mit N und B dotiert, die Dotierungskonzentrationen können so eingestellt werden, dass die Konzentration von entweder N oder B 1015/cm3 bis 1018/cm3 ist und die Konzentration von entweder B oder N 1016/cm3 bis 1019/cm3 ist und ein Leuchtstoff aus SiC, der durch eine externe Lichtquelle angeregt wird zum Emittieren eines Fluoreszenzlichts mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm kann hergestellt werden.
  • Solch eine Einstellung der Konzentration kann erhalten werden durch aktives Hinzufügen von N und B während des Kristallwachstums des SiC. Während ein SiC-Kristall angefertigt werden kann durch ein verbessertes Rayleigh-Verfahren, kann ein Keim bildungsvorgang des Kristalls gemäß dieses Verfahrens gesteuert werden durch Verwenden eines Keimkristalls und die Wachstumsrate des Kristalls etc. kann mit hervorragender Reproduzierbarkeit gesteuert werden durch Einstellen einer Atmosphäre mit inertem Gas auf einen Druck von ungefähr 100 Pa bis 15 kPa.
  • Gemäß dem verbesserten Rayleigh-Verfahren wird das einkristalline SiC, welches als ein Keimkristall 21 dient, auf einen Deckel 24 eines Tiegels 23 montiert, während SiC-Kristallpulver, welches als ein Grundmaterial 22 für die Sublimations-Rekristallisation dient, zu dem Tiegel 23 aus Graphit hinzugefügt wird und in einer Inertgasatmosphäre aus beispielsweise Ar bei einem Druck von 133 Pa bis 13,3 kPa auf eine Temperatur von 2000°C bis 2400°C aufgeheizt wird, wie in 2 gezeigt. Beim Aufheizen wird der Temperaturgradient so eingestellt, dass das kristalline SiC-Pulver, welches als ein Grundmaterial 22 dient, auf einer etwas höheren Temperatur (H) ist und der Keimkristall 21 auf einer etwas niedrigeren Temperatur (L) ist, wie durch die Pfeile in 2 gezeigt. Das Grundmaterial 22 wird diffundiert und zu dem Keimkristall 21 transportiert aufgrund eines Konzentrationsgradienten, der ausgebildet wird auf der Grundlage des Temperaturgradienten nach der Sublimation. Das Wachstum eines SiC-Einkristalls 20 wird realisiert durch Rekristallisation des Grundmaterial-Gases, welches den Keimkristall 21 erreicht, auf dem Keimkristall.
  • Die Dotierungskonzentration in dem SiC-Kristall kann eingestellt werden durch Hinzufügen einer gasförmigen Verunreinigung in die Gasatmosphäre und das Hinzufügen eines Verunreinigungselementes oder einer Verbindung desselben zu dem Pulver des Grundmaterials beim Kristallwachstum. Insbesondere eine Sublimations-Rekristallisation mit Hinzufügen von N2-Gas ist bevorzugt in dem Punkt, dass die N-Konzentration von zumindest 5·1016/cm3 auf einfache Weise zu steuern ist. Weiterhin werden die Bedingungen vorzugsweise so eingestellt, dass aktiv N und beständig B dem Kristall hinzugefügt wird zum Stabilisieren der Konzentrationseinstellung des DA-Paares von nicht mehr als 1·1016/cm3, zum Verbessern der Reproduzierbarkeit und zum Verbessern der Leuchtstärke.
  • Beispielsweise kann ein Leuchtstoff aus SiC mit einer N-Konzentration von 1015/cm3 bis 1018/cm3 hergestellt werden durch Setzen des Partialdrucks von N2-Gas in der Gasatmosphäre beim Kristallwachstum auf 1% bis 30%. In diesem Fall ist der Partialdruck des N2-Gases vorzugsweise 5% bis 10% zum Erhöhen der Leuchtstärke der Fluoreszenz.
  • Während einfaches B (metallisches Bor) in das Grundmaterial gemischt werden kann zum Hinzufügen von B ist die B-Konzentration so unvorteilhaft instabil gemäß diesem Verfahren, dass die B-Konzentration hoch in der Anfangsphase der Kristallisation ist und bei der letzten Hälfte der Kristallisation verringert ist. Deshalb wird bevorzugt M in Gestalt einer B-Verbindung, ausgedrückt durch MB2, als ein Metall zugefügt, welches zumindest eines aus Ta, Nb, Zr und Hf enthält, so dass die B-Konzentration nicht übermäßig sich während des Kristallwachstums ändert. Weiterhin kann B bevorzugt als LaB6 oder B4C hinzugefügt werden, so dass eine Veränderung der B-Konzentration ebenfalls unterdrückt werden kann. B kann auf einfache Weise beständig hinzugefügt werden mit einer Konzentration von 1017/cm3 bis 1018/cm3 gemäß dieses Verfahrens.
  • Da Kohlenstoff auf einfache Weise mit einfachem B (metallischem Bor) imprägniert werden kann und ebenfalls bei einer Sublimations-Rekristallisationstemperatur von mindestens 2000°C allmählich B freisetzt, ist ein Verfahren des Durchführens einer Sublimations-Rekristallisation unter Verwendung von Kohlenstoff, der einfaches B als eine B-Quelle enthält, hervorragend als ein Verfahren zum Ausbilden eines SiC-Kristalls, zu welchem B hinzugefügt ist. Wenn Kohlenstoff, der mit einfachem B bei einer hohen Temperatur von mindestens 1500°C imprägniert ist, zuvor dem Ausgangsmaterial hinzugefügt wird, kann die B-Konzentration in dem Kristall in vorteilhafter Weise im wesentlichen unverändert gehalten werden.
  • Sowohl N als auch B können gleichzeitig zu dem SiC hinzugefügt werden ohne Hinzufügen von N2-Gas durch Hinzufügen von pulverartigem oder festem BN zu dem Ausgangsmaterial aus SiC und Durchführen einer Sublimations-Rekristallisation, während eine verhältnismäßig niedrige Temperatur von ungefähr 2000°C beibehalten wird. In diesem Fall neigt die Menge des hinzugefügten B dazu, kleiner zu sein, und daher wird B bevorzugt aktiv bei jedem der vorstehend erwähnten Verfahren hinzugefügt. Ein Leuchtstoff aus SiC mit einer DA-Paar-Konzentration von 1·1018/cm3 bis 8·1018/cm3 kann beständig erhalten werden durch eine Sublimations-Rekristallisation, die BN verwendet.
  • Nach der Sublimations-Rekristallisation wird ein thermisches Ausheilen bevorzugt durchgeführt bei einer Temperatur von mindestens 1300°C für mindestens 1 Stunde zum Erhöhen der Leuchtstärke der Fluoreszenz. Dies ist vorstellbar, da B und N, welche in einem energetisch inaktiven Zustand vermischt sind, an Positionen des Si oder C gesetzt werden und aktiviert werden zum Vergrößern der Konzentration der DA-Paare.
  • Während die Menge der B-Quelle variiert mit weiteren Bedingungen, wie beispielsweise dem Typ der B-Quelle, kann B auf einfache Weise zu dem SiC-Kristall beständig mit einer Konzentration von 1016/cm3 bis 1019/cm3 hinzugefügt werden durch Vorbereiten des Ausgangsmaterials durch Hinzufügen von 0,05 Mol-% bis 15 Mol-% der B-Quelle zu dem SiC-Pulver. Wenn anders als einfaches B (metallisches Bor) MB2, BN oder LaB6 als die B-Quelle in diesem Falle untergemischt werden, wird als die Menge der B-Quelle eine Menge betrachtet, die berechnet wird im Hinblick auf B, das in der B-Quelle enthalten ist. Die Menge der B-Quelle ist bevorzugt 2,5 Mol-% bis 5 Mol-% bezüglich des SiC-Pulvers zum Vergrößern der Leuchtstärke der Fluoreszenz.
  • Ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Leuchtstoffs aus SiC gemäß der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch eine thermische Diffusion einer B-Quelle aus einfachem B, LaB6, B4C, TaB2, NbB2, ZrB2, HfB2 oder BN in SiC unter einem Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur von mindestens 1500°C. Gemäß dieses Verfahrens wird SiC mit N und B dotiert, die Dotierungskonzentrationen können so eingestellt werden, dass die Konzentration von entweder N oder B 1015/cm3 bis 1018/cm3 ist und die Konzentration von entweder B oder N 1016/cm3 bis 1019/cm3 ist und ein Leuchtstoff aus SiC, der durch eine externe Lichtquelle angeregt wird zum Emittieren eines Fluoreszenzlichts mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm bei einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm kann hergestellt werden.
  • Die Konzentrationseinstellung von B und N kann ebenfalls erzielt werden durch Steuern der Bedingungen der thermischen Diffusion. SiC, welches einer thermischen Diffusion unterzogen wird, kann beispielsweise angefertigt werden aus jenem, welches mit N mit ungefähr 1017/cm3 dotiert ist, durch Sublimations-Rekristallisation. Da eine B-Quelle mit einem SiC-Kristall reagieren kann zum Erodieren des SiC-Kristalls, wenn die B-Quelle in direkten Kontakt zu dem SiC-Kristall gebracht wird bei der thermischen Diffusion, wird für die thermische Diffusion die B-Quelle bevorzugt um ungefähr 0,1 mm von dem SiC-Kristall getrennt.
  • Bei der thermischen Diffusion kann ein Edelgas, wie zum Beispiel Ar-Gas verwendet werden und eine Diffusionsschicht mit B mit einer Dicke von ungefähr 3 μm wird auf der Oberfläche des SiC-Kristalls ausgebildet, wenn dieser auf mindestens 1500°C, bevorzugt 1700°C bis 2000°C, aufgeheizt wird und für 3 bis 5 Stunden gehalten wird. Wenn ein Ultraviolettstrahl mit einer Leistung von 30 W und einer Wellenlänge von 250 nm beispielsweise darauf angewendet wird, emittiert dieser eine Fluoreszenz, die mit dem bloßen Auge bestätigbar ist.
  • In Abhängigkeit von den Bedingungen der thermischen Diffusion kann eine Diffusionsschicht, die B mit einer hohen Konzentration von mindestens 1019/cm3 enthält, auf der Oberfläche des SiC-Kristalls ausgebildet werden. Da eine Fläche, welche eine intensives Fluoreszenzlicht emittiert, 2 μm bis 4 μm von der Oberfläche des SiC-Kristalls entfernt ist, wird eine Schicht mit einer hohen Konzentration von B vorzugsweise in einer Dicke von ungefähr 2 μm entfernt zum Erhöhen der Leuchtstärke. Beispielsweise ist es vorzuziehen, eine Oxidschicht auszubilden durch Durchführen eines Aufheizens unter einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von mindestens 1000°C, vorzugsweise bei 1200°C bis 1400°C, für 2 Stunden bis 4 Stunden nach der thermischen Diffusion und nachfolgendes Entfernen der Oberfläche der Oxidschicht durch eine chemische Behandlung mit beispielsweise Flusssäure. Die Oberflächenschicht kann alternativ bevorzugt entfernt werden durch Polieren oder reaktives Ionenätzen (RIE). Weiterhin wird eine thermische Ausheilung nach der thermischen Diffusion bevorzugt durchgeführt bei einer Temperatur von mindestens 1300°C für mindestens 1 Stunde in ähnlicher Weise zu dem Fall der Sublimations-Rekristallisation, so dass die Leuchtstärke der Fluoreszenz vergrößert werden kann.
  • Die vorstehend erwähnte Ausführungsform veranschaulicht ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtstoffs aus SiC mit einer N-Konzentration von 1015/cm3 bis 1018/cm3 und einer B-Konzentration von 1016/cm3 bis 1019/cm3. Die vorliegende Erfindung zeigt jedoch eine beachtliche Wirkung bei einem Leuchtstoff aus SiC mit einer B- und N-Paar-Konzentration von 1015/cm3 bis 1018/cm3 und entweder einer B-Konzentration oder einer N-Konzentration von 1016/cm3 bis 1019/cm3, beinhaltet ebenfalls einen Leuchtstoff aus SiC mit einer N-Konzentration von 1016/cm3 bis 1019/cm3 und einer B-Konzentration von 1015/cm3 bis 1018/cm3 und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
  • (Substrat für Halbleiter und Pulver)
  • Sowohl ein Substrat für einen Halbleiter als auch ein Pulver gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff, der durch eine externe Lichtquelle angeregt wird zum Emittieren von Licht und mit N und zumindest einem von B und Al dotiert ist.
  • Beispielsweise wird sowohl ein Halbleitersubstrat als auch ein Pulver, welche aus dem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff bestehen, der mit B und N dotiert ist, durch eine externe Lichtquelle angeregt zum Emittieren eines Fluoreszenzlichts mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm. Weiterhin emittieren sowohl ein Halbleitersubstrat als auch ein Pulver, die aus einem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff bestehen, der mit Al und N dotiert ist, ein Fluoreszenzlicht mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 400 nm bis 550 nm. Zusätzlich emittieren sowohl ein Halbleitersubstrat als auch ein Pulver, die aus einem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff bestehen, der mit Al, B und N dotiert ist, ein Fluoreszenzlicht von 400 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 400 nm bis 650 nm.
  • Wenn der Leuchtstoff aus SiC gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Substrat angewendet wird, welches verwendet wird für einen Halbleiter, wie zum Beispiel einen GaN-basierten Verbindungshalbleiter, der Licht in dem blau-violetten Bereich emittiert, oder Pulver, wird ein einkristalliner 6H-SiC-Leuchtstoff angeregt durch blau-violettes Primärlicht von dem Halbleiter zum Emittieren eines Sekundärlichts in einer Violett-Blau-Gelb-Rot sichtbaren Region in der erhaltenen lichtemittierenden Vorrichtung, wodurch hervorragendes weißes Licht erhalten werden kann durch eine Mischung des direkten Lichts von dem Halbleiter und des Sekundärlichts von dem Leuchtstoff aus SiC oder eine Mischung des Sekundärlichts.
  • Sowohl das Halbleitersubstrat als auch das Pulver, die aus dem einkristallinen 6H-SiC-Phosphor bestehen, der mit B und N dotiert ist, können hergestellt werden durch ein Verfahren, welches die Schritte des thermischen Diffundierens einer B-Quelle aus einfachem B, LaB6, B4C, TaB2, NbB2, ZrB2, HfB2 oder BN in SiC unter einem Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur von mindestens 1500°C und des Entfernens einer Oberflächenschicht aufweist. Die Oberflächenschicht wird bevor zugt entfernt durch das Verfahren des Bildens einer Oxidschicht unter einer oxidierenden Atmosphäre bei mindestens 1000°C und des Entfernens der Oberfläche der gebildeten Oxidschicht mit Flusssäure oder dergleichen, das Verfahren des Entfernens derselben durch Polieren oder das Verfahren des Entfernens derselben durch reaktives Ionenätzen, wie es hier zuvor beschrieben wurde.
  • Sowohl das Halbleitersubstrat als auch das Pulver, die den einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff enthalten, der mit B und N dotiert ist, können ebenfalls hergestellt werden durch eine Sublimations-Rekristallisation, bei der eine Gasatmosphäre beim Kristallwachstum N2-Gas mit einem Gas-Partialdruck von 1% bis 30% enthält und das Ausgangsmaterial SiC 0,05 Mol-% bis 15 Mol-% der B-Quelle enthält. Auf diese Weise kann das thermische Ausheilen bevorzugt durchgeführt werden bei einer Temperatur von mindestens 1300°C nach der Sublimations-Rekristallisation oder der thermischen Diffusion.
  • MB2, BN, B4C oder LaB6 als eine B-Quelle wird in eine Kapsel aus Kohlenstoff geladen und in das SiC-Pulver gemischt, welches N mit einer Konzentration von 1016/cm3 bis 1017/cm3 enthält, und die Mischung wird unter einem Vakuum auf eine Temperatur von 1300°C bis 2000°C in einem Kohlenstofftiegel aufgeheizt und für 3 bis 5 Stunden dort gehalten. B ist auf der Oberfläche des erhaltenen SiC-Pulvers mit einer hohen Konzentration vorhanden und daher kann eine intensive Fluoreszenz beobachtet werden, wenn das SiC-Pulver unter einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 1000°C bis 1400°C für 2 Stunden bis 4 Stunden gehalten wird und danach eine Oxidschicht von der Oberfläche durch chemische Behandlung mit beispielsweise Flusssäure entfernt wird.
  • Wenn BN als die B-Quelle verwendet wird, kann die vorgeschriebene Dotierung ebenfalls durchgeführt werden durch Verwenden eines Tiegels aus BN anstelle des Tiegels aus Kohlenstoff, Einbringen des SiC-Pulver-Grundmaterials in den Tiegel aus BN und Aufheizen/Backen desselben. Ein Verfahren zum Zubereiten des SiC-Pulver-Grundmaterials ist solange nicht eingeschränkt, solange die Reinheit nicht weniger als 98% beträgt und einkristallines SiC muss nicht notwendigerweise verwendet werden.
  • Gemäß dieser Diffusionsbedingungen hat eine Schicht, die eine hervorragende Fluoreszenz emittiert, eine Dicke von 1 μm bis 4 μm von der Oberfläche und daher ist die Untergrenze der Teilchengröße des SiC-Pulvers 2 μm, bevorzugt mindestens 2,5 μm. Da die Dicke der Schicht, die eine hervorragende Fluoreszenz emittiert, 1 μm bis 4 μm von der Oberfläche ist und ein Teil, der tiefer als 4 μm von der Oberfläche ist, die Leuchtstärke abschwächt, ist die Obergrenze des Teilchendurchmessers des SiC-Pulvers 10 μm, vorzugsweise nicht mehr als 8 μm. Aus einem ähnlichen Grund ist der mittlere Teilchendurchmesser vorzugsweise 3 μm bis 6 μm, bevorzugter 4 μm bis 5 μm.
  • (Leuchtdiode)
  • Eine Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Halbleitersubstrat auf, welches aus einem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff besteht, der mit N und zumindest einem aus B und Al dotiert ist, und eine lichtemittierende Vorrichtung eines Nitrid-Halbleiters, die auf dem Substrat vorgesehen ist.
  • Eine Festkörper-Weißlichtquelle kann realisiert werden durch Mischen des Fluoreszenzlichts, das emittiert wird von dem Substrat aus SiC, welches angeregt wird durch blau-violettes Licht, das als Anregungslicht verwendet wird, welches von dem Nitrid-Halbleiter emittiert wird, der auf dem Substrat aus SiC vorgesehen ist, mit dem Licht von dem Nitrid-Halbleiter. Weiterhin ist es möglich eine Lichtquelle vorzusehen, die hervorragend in der Farbwiedergabe ist mit einer hohen Farbtemperaturreproduzierbarkeit des weißen Lichts ohne Erfordernis einer schwierigen Montagetechnik.
  • Beispielsweise kann eine Leuchtdiode mit einem GaN-basierten Halbleiter, der violettes Licht von ungefähr 400 nm Wellenlän ge emittiert, auf einem Substrat aus einem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff, der mit B und N dotiert ist, weißes Licht mit einer hohen Reproduzierbarkeit und hervorragenden Farbwiedergabe erzielen durch gelbe Fluoreszenz von dem SiC und violettes Licht von dem GaN-Halbleiter, da das SiC-Substrat ein gelbes Fluoreszenzlicht durch das violette Licht von dem GaN-Halbleiter, welcher als eine Anregungslichtquelle dient, emittiert.
  • Bei einer Leuchtdiode mit zumindest einer oder zwei Schichten, die aus einem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff bestehen, der mit N und zumindest einem von B und Al dotiert ist, auf einem Substrat aus SiC für einen Halbleiter, die eine lichtemittierende Vorrichtung eines Nitrid-Halbleiters auf der/den einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoffschicht(en) aufweist, emittieren zumindest eine oder zwei Leuchtstoffschichten auf dem SiC-Substrats ein Fluoreszenzlicht als Antwort auf eine hinzugefügte Verunreinigung mit dem blauen oder violetten Licht als Anregungslicht von dem Nitrid-Halbleiter, wodurch eine hervorragende Festkörper-Weißlichtquelle bereitgestellt werden kann durch Vermischen der Fluoreszenz-Komponenten miteinander oder Mischen des Lichts von dem Nitrid-Halbleiter und der Fluoreszenz miteinander.
  • Beispielsweise kann eine Leuchtdiode, die angefertigt wurde durch Ausbilden einer ersten SiC-Schicht, welche mit Al und N dotiert ist, auf einem n-SiC-Substrat, welches mit N dotiert ist, und Ausbilden einer zweiten SiC-Schicht, welche mit B und N dotiert ist, auf der ersten SiC-Schicht mit einem GaN-basierten Halbleiter, der violettes Licht von ungefähr 400 nm Wellenlänge emittiert und auf dem zweiten SiC vorgesehen ist, weißes Licht mit einer hohen Reproduzierbarkeit und hervorragenden Farbwiedergabe erzielen durch Verwenden einer gelben Fluoreszenz und einer blauen Fluoreszenz von den SiC-Schichten, da die zweite SiC-Schicht die gelbes Fluoreszenzlicht emittiert und die erste SiC-Schicht die blaues Fluoreszenzlicht emittiert wobei das violette Licht von dem GaN-basierten Halbleiter als eine Anregungslichtquelle dient.
  • Zum Erhalten von Licht kann ein SiC-Substrat als der Leuchtstoff gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden durch Verwenden eines 6H-Typ-Einkristalls als ein SiC-Halbleitersubstrat und Dotieren desselben mit B, Al und N. Andererseits kann hervorragendes weißes Licht erhalten werden durch Verwenden einer SiC-Leuchtstoffschicht und einer Nitrid-Halbleiterschicht, die auf einem Substrat ausgebildet ist ohne Verwendung eines SiC-Substrats als einem Leuchtstoff. Was die Dotierungskonzentrationen von zumindest einem von B und Al und die Dotierungskonzentration von N in dem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff in der Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung anbelangt, so sind beide Konzentrationen vorzugsweise 1016/cm3 bis 1019/cm3, bevorzugter 1017/cm3 bis 1019/cm3, zum Erhöhen der Lichtausbeute.
  • 4 veranschaulicht eine der typischen Strukturen der Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Beispiel werden eine erste mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht 402, bei der Al und N hinzugefügt sind, und eine zweite mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht 403, bei der B und N hinzugefügt sind, epitaktisch auf ein SiC-Substrat 401 beispielsweise mittels CVD aufgewachsen. Weiterhin werden auf der SiC-Schicht 403 eine AlGaN-Pufferschicht 404, eine erste n-GaN-Kontaktschicht 405, eine erste n-AlGaN-Hüllschicht 406, eine aktive GaInN/GaN-Mehrfach-Quantentopfschicht 407, eine p-AlGaN-Elektronenblockierschicht 408, eine zweite p-AlGaN-Hüllschicht 409 und eine zweite p-GaN-Kontaktschicht 410 durch epitaktisches Aufwachsen mittels beispielsweise eines Gasphasenwachstums einer metallorganischen Verbindung ausgebildet. Danach wird eine p-Elektrode 411 aus Ni/Au auf der zweiten p-GaN-Kontaktschicht 410 ausgebildet, nachfolgend wird ein Ätzen durchgeführt zum Freilegen der ersten n-GaN-Kontaktschicht 405, wie in 4 gezeigt, und eine n-Elektrode 412 auf der ersten n-GaN-Kontaktschicht 405 ausgebildet, wodurch die Leuchtdiode gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird. Bei diesem Beispiel bezeichnet eine lichtemittierende Vorrichtung eines Nitrid-Halbleiters jede Lage, die auf der zweiten mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht 403 vorgesehen ist.
  • Anregungslicht von dem Nitrid-Halbleiter wird zeitweise absorbiert an Absorptionskanten des SiC und Elektron-Loch-Paare werden zu Verunreinigungsniveaus freigegeben. Deshalb sind die mit den Verunreinigungen dotierten SiC-Schichten bevorzugt zwischen dem SiC-Substrat 401 und der AlGaN-Pufferschicht 404 angeordnet. Während der Nitrid-Halbleiter genau aus den Gruppe-III-Nitrid-Halbleitern, wie zum Beispiel GaN, ausgewählt werden kann, wird der Halbleiter bevorzugt so gewählt, dass die Emissionswellenlänge bei der lichtemittierenden Vorrichtung, die als die Anregungswellenlänge dient, nicht mehr als 408 nm ist, welches die Absorptionskantenwellenlänge von 6H-SiC ist.
  • Die SiC-Schichten, zu welchen Al, B und N hinzugefügt werden, können durch epitaktisches Wachstum oder Diffusion ausgebildet werden. Beispielsweise ist es ebenfalls möglich, eine Verbunddiode zu erhalten, die in der Lage ist, die Farbwiedergabe zu steuern, durch einen einzigen Vorgang, in dem lokal B oder Al in ein SiC-Substrat diffundiert wird, zu welchem N durch eine Maske eines gesputterten Kohlenstoffs vor dem epitaktischen Aufwachsen der Nitrid-Halbleiter hinzugefügt ist, und teilweises Trennen eines gelben Teils und eines blauen Teils voneinander. Eine ähnliche Wirkung kann erzielt werden durch gleichzeitiges Hinzufügen von B, Al und N zu einer einzigen Schicht anstelle der Vorgehensweise des Ausbildens von zumindest zwei Schichten mit hinzugefügten Verunreinigungen.
  • (Beispiel 1)
  • Ein Leuchtstoff aus SiC wurde durch ein verbessertes Rayleigh-Verfahren vorbereitet, wie in 1 gezeigt. Zunächst wurde ein Substrat 1 eines einkristallinen SiC, dass als ein Keimkristall diente, auf die Innenfläche eines Deckels 4 eines Graphittiegels 3 montiert. SiC hoher Reinheit (JIS Teilchengröße: #250) und eine B-Quelle, die ein Grundmaterial 2 bilden, wurden miteinander vermischt und die Mischung wurde danach in den Graphittiegel 3 geladen.
  • Danach wurde der mit dem Grundmaterial 2 beladene Graphittiegel 3 mit dem Deckel 4 verschlossen und in ein Quarzrohr 5 mit einem Trägerstab 6 aus Graphit gesetzt, so dass die Peripherie des Graphittiegels 3 mit einem Hitzeschild 7 aus Graphit bedeckt war. Ar-Gas und N2-Gas wurden in das Quarzrohr 5 von einem Einführungsrohr 9 durch einen Durchflussmesser 10 als ein Atmosphärengas zugeführt (Flussrate des Ar-Gases: 1 Liter/min.). Danach wurde ein Hochfrequenzstrom einer Arbeitsspule 8 zugeführt und die Temperaturen des Grundmaterials 2 und des Substrates 1 wurden so eingestellt dass sie 2300°C bzw. 2200°C erreichten.
  • Danach wurden die Flussraten des Ar-Gases und des N2-Gases gesteuert und im Quarzrohr wurde mit einer Vakuumpumpe 11 der Druck vermindert. Diese Druckminderung wurde allmählich von dem Atmosphärendruck auf 133 Pa für 20 Minuten durchgeführt und ein SiC-Kristall von 55 mm im Durchmesser und 10 mm in der Dicke wurde erhalten durch Halten des Drucks bei 133 Pa für 5 Stunden.
  • Der Partialdruck des N2-Gases in der Gasatmosphäre beim Kristallwachstum war auf 1% gesetzt. Kohlenstoff, der mit 5 Mol-% von einfachem B (metallischem Bor) imprägniert war, wurde als eine B-Quelle verwendet und in das SiC-Pulver gemischt, so dass einfaches B mit 0,05 Mol-% bezüglich des SiC-Pulvers vorhanden war zum Zubereiten des Pulvers des Grundmaterials.
  • Die Konzentrationen von B und N in dem erhaltenen SiC-Kristall, die mit SIMS gemessen wurden, waren 5·1017/cm3 bzw. 3·1016/cm3. Ein Kristall mit 55 mm Durchmesser und 0,3 mm Dicke wurde aus dem erhaltenen SiC-Einkristall ausgeschnitten und eine einzelne Fläche wurde poliert zum Messen der Fluoreszenz bei einer flachen Oberfläche. Als ein Ergebnis der Messung emittierte der Kristall ein Fluoreszenzlicht mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge von 620 nm und wies ein breites Spektrum auf, wie in 3 gezeigt.
  • Als ein Ergebnis des Haltens des Kristalls nach der Messung bei 1850°C für 4 Stunden und des Durchführens eines thermischen Ausheilen wurde die relative Intensität des Lichts auf mindestens das Doppelte verbessert verglichen zu jenem vor dem thermischen Ausheilen, während die Form des Spektrums im wesentlichen identisch blieb.
  • (Beispiel 2)
  • Ein SiC-Kristall wurde auf ähnliche Weise zu Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Partialdruck des N2-Gases in der Gasatmosphäre beim Kristallwachstum auf 5% gesetzt war und die Konzentration des einfachen B bezüglich des SiC-Pulvers auf 0,5 Mol-% gesetzt war. Die Konzentrationen von N und B in dem erhaltenen SiC-Kristall waren 3·1018/cm3 bzw. 1·1017/cm3. Während die Gestalt eines Fluoreszenzspektrums ähnlich jener von Beispiel 1 war, wurde die relative Intensität des Lichtes auf im wesentlichen das 3-fache verbessert, verglichen zu dem Kristall vor dem thermischen Ausheilen in Beispiel 1.
  • (Beispiel 3)
  • Ein SiC-Kristall wurde auf ähnliche Weise wie bei Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Partialdruck des N2-Gases in der Gasatmosphäre beim Kristallwachstum auf 10% gesetzt war und die Konzentration des einfachen B bezüglich des SiC-Pulvers auf 5 Mol-% gesetzt war. Die Konzentrationen an N und B in dem erhaltenen SiC-Kristall waren 8·1018/cm3 bzw. 5·1017/cm3. Während die Gestalt eines Fluoreszenzspektrums ähnlich zu jener des Beispiels 1 war, war die relative Intensität des Lichts, verglichen zu dem Kristall vor dem thermischen Ausheilen in Beispiel 1, im wesentlichen auf das 5-fache verbessert.
  • (Beispiel 4)
  • Ein SiC-Kristall wurde auf ähnliche Weise wie Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Partialdruck des N2-Gases in dem Atmosphärengas beim Kristallwachstum auf 30% gesetzt war und die Konzentration des einfachen B bezüglich des SiC-Pulvers auf 15 Mol-% gesetzt war. Die Konzentrationen an N und B in dem erhaltenen SiC-Kristall waren 1·1019/cm3 bzw. 1·1018/cm3. Während die Gestalt eines Fluoreszenzspektrums ähnlich zu jener des Beispiels 1 war, war die relative Intensität des Lichts, verglichen zu dem Kristall vor dem thermischen Ausheilen in Beispiel 1, auf im wesentlichen 1/10 verringert.
  • Aus den Ergebnissen der Beispiele 1 bis 4 wurde erkannt, dass ein Leuchtstoff aus SiC mit einer N-Konzentration von 5·1017/cm3 bis 1·1019/cm3 und einer B-Konzentration von 3·1016/cm3 bis 1·1018/cm3 erhalten wird durch Setzen des Partialdrucks des N2-Gases in der Gasatmosphäre beim Kristallwachstum auf 1% bis 30% und Setzen der Konzentration des einfachen B bezüglich des SiC-Pulvers auf 0,05 Mol-% bis 15 Mol-%. Dieser Leuchtstoff emittiert ein Fluoreszenzlicht mit einer Wellenlänge 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm.
  • (Beispiel 5)
  • Ein SiC-Einkristall von 55 mm Durchmesser und 10 mm Dicke wurde durch das verbesserte Rayleigh-Verfahren ähnlich zu Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme dass keine B-Quelle unter das Pulvergrundmaterial gemischt wurde. Ein Kristall von 55 mm im Durchmesser und 0,3 mm in der Dicke wurde aus dem erhaltenen SiC-Einkristall in ähnlicher Weise zu Beispiel 1 ausgeschnitten und eine einzelne Fläche wurde poliert. Danach wurden 3 Mol-% von TaB2, das als eine B-Quelle verwendet wurde, bezüglich des SiC-Pulvers unter das SiC-Pulver gemischt und die Mischung wurde danach auf einem Halter befestigt. Der vorstehend erwähnte polierte SiC-Kristall wurde auf diesen Halter montiert und der Zwischenraum zwischen einer flachen Oberfläche des SiC-Kristalls und dem TaB2 wurde so eingerichtet, dass er 0,1 mm betrug.
  • Dann wurde dieser Halter in einen Kohlenstofftiegel eingebracht, auf 1800°C aufgeheizt und dort für 4 Stunden gehalten. Wenn die Fluoreszenz bei dem erhaltenen Kristall gemessen wurde, emittierte der Kristall ein Fluoreszenzlicht mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge von 620 nm und zeigte ein breites Spektrum, das in 3 gezeigt ist. Wenn die Konzentrationen von B und N in dem erhaltenen SiC-Kristall mit SIMS gemessen wurden, betrug die N-Konzentration 5·1017/cm3 und die B-Konzentration betrug 5·1016/cm3 bis 8·1018/cm3
  • Wenn eine thermische Ausheilung bei 1800°C für 4 Stunden durchgeführt wurde, wurde die relative Intensität des Lichts auf das 2-fache verbessert, während die Gestalt des Fluoreszenzspektrums unverändert blieb. Wenn die Oberfläche des Kristalls durch RIE um 2 μm abgetragen wurde, blieb die Gestalt des Fluoreszenzspektrums ähnlich, während die relative Intensität des Lichts auf das 1,5fache verbessert wurde, verglichen zu jener vor dem Abtragen der Oberfläche.
  • (Beispiel 6)
  • Der in Beispiel 5 erhaltene SiC-Einkristall wurde in einem Mörser pulverisiert und klassiert zum Erhalt eines Pulvers von 2 μm bis 3 μm in der Partikelgröße und dieses Pulver wurde in einen Tiegel aus einem weißen BN-Sinterkörper eingebracht und aufgeheizt/aufgeheizt. Das Ausheizen wurde unter einer Atmosphäre aus N2-Gas mit einer Druckverminderung auf 300 Pa durchgeführt und das Pulver wurde für 4 Stunden bei 1800°C gehalten. Nachdem Ausheizen (Backen) wurde das SiC-Pulver in einem Mörser zerstoßen und unter einer Atmosphäre (oxidierende Atmosphäre) für 3 Stunden bei 1200°C geheizt zum Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche. Der erhaltene Sinterkör per wurde mit Flusssäure von 70% behandelt und das Pulver wurde erhalten durch Entfernen der Oberfläche in einer Dicke von ungefähr 1 μm und Trocknen des Sinterkörpers.
  • Wenn an dem erhaltenen Pulver die Fluoreszenz gemessen wurde, emittierte das Pulver ein Fluoreszenzlicht mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge von 640 nm und zeigte ein breites Spektrum ähnlich zu jenem von Beispiel 5. Wenn die Konzentrationen von B und N in dem erhaltenen Pulver mit SIMS gemessen wurden, betrug die N-Konzentration 7·1017/cm3 bzw. die B-Konzentration 9·1017/cm3.
  • (Beispiel 7)
  • 4 zeigt den Aufbau einer Leuchtdiode gemäß dieses Beispiels. Eine erste mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht 402, zu welcher Al und N hinzugefügt wurden, und eine zweite mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht 403, zu weicher B und N hinzugefügt wurden, wurde epitaktisch durch beispielsweise CVD aufgewachsen und auf einem SiC-Substrat 401 ausgebildet. Weiterhin wurden eine AlGaN-Pufferschicht 404, eine erste n-GaN-Kontaktschicht 405, eine erste n-AlGaN-Hüllschicht 406, eine aktive GaInN/GaN-Mehrfach-Quantentopfschicht 407, eine p-AlGaN-Elektronenblockierschicht 408, eine zweite p-AlGaN-Hüllschicht 409 und eine zweite p-GaN-Kontaktschicht 410 auf der SiC-Schicht 403 beispielsweise durch ein Gasphasenwachstumsverfahren einer metallorganischen Verbindung ausgebildet. Danach wurde eine p-Elektrode 411 aus Ni/Au auf der zweiten p-GaN-Kontaktschicht 410 ausgebildet, ein Ätzen wurde durchgeführt zum Freilegen der ersten n-GaN-Kontaktschicht 405, wie in 4 gezeigt, und eine n-Elektrode 412 wurde auf der ersten n-GaN-Kontaktschicht 405 ausgebildet, wodurch die Leuchtdiode erhalten wurde.
  • Dann wurde diese Leuchtdiode 501 auf einer Grundplatte 505 montiert, wie in 5 gezeigt. Diese Montage wurde durch einen Aufbau mit der Episeite nach unten auf den Metallschichten 503a und 503b eines isolierenden Kühlkörpers 502, der auf der Grundplatte 505 ausgebildet war, durch einen Gold-Bump 504 durchgeführt. Danach wurden die Metallschicht 503a und eine Verdrahtungszuleitung 506 durch einen Golddraht 507a miteinander verbunden, während ein anderer Golddraht 507b mit der Metallschicht 503b verbunden wurde und durch Epoxidharz 508 fixiert wurde.
  • Wenn durch die Golddrähte 507a und 507b eine Spannung an die Leuchtdiode 501 angelegt wurde, wurde ein Strom in die Leuchtdiode eingespeist. Folglich emittierte die aktive GaInN/GaN-Mehrfach-Quantentopfschicht 407 von 4 violettes Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm. Bei diesem violetten Licht gelangte eine zu dem SiC-Substrat 401 emittierte Lichtkomponente in die zweite mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht 403 und die erste mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht 402, um im wesentlichen vollständig durch diese Schichten absorbiert zu werden, während ein Fluoreszenzlicht durch die Verunreinigungsniveaus der entsprechenden Schichten emittiert wurde.
  • Die zweite mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht 403, zu welcher B und N mit einer Konzentration von ungefähr 1018/cm3 hinzugefügt waren, emittierte eine Fluoreszenz mit einem Spektrum, wie jenem, das in 3 gezeigt ist, wenn sie mit dem violetten Licht von 400 nm angeregt wurde. Diese Fluoreszenz, die eine gelbe Fluoreszenz mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge von ungefähr 600 nm war, wie aus 3 ersichtlich ist, enthielt in verhältnismäßig großem Umfang auch eine rote Komponente, die 600 nm überstieg. Die Dicke der zweiten mit Verunreinigungen versehenen SiC-Schicht 403 war 20 μm.
  • Andererseits emittierte die erste mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht 402, zu welcher Al und N mit einer Konzentration von ungefähr 1018/cm3 hinzugefügt waren, ein Fluoreszenzlicht mit einem Spektrum wie jenem, das in 6 gezeigt ist, wenn sie mit dem violetten Licht von 400 nm angeregt wurde.
  • Diese Fluoreszenz war blaues Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge von ungefähr 460 nm, wie aus 6 ersichtlich ist. Die Dicke der ersten mit Verunreinigungen versehenen SiC-Schicht 402 war 20 μm.
  • Weißes Licht, das hervorragend bei der Farbwiedergabe war, wurde erhalten durch Mischen der Fluoreszenzkomponenten von diesen beiden mit Verunreinigungen versehenen SiC-Schichten 402 und 403 miteinander. Es war möglich, das Mischverhältnis einzustellen durch Variieren der vorstehend erwähnten Dotierungskonzentrationen und der Dicken der SiC-Schichten 402 und 403. Dies bewies, dass die Farbtemperatur des weißen Lichts auf einfache Weise zu kontrollieren war. Die Leuchtdiode erzeugte dabei das weiße Licht, wobei die Winkelabhängigkeit des Farbtons des emittierten weißen Lichts vernachlässigbar gering war.
  • (Beispiel 8)
  • 7 zeigt den Aufbau einer Leuchtdiode gemäß dieses Beispiels. Bei dieser Leuchtdiode wurden eine erste mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht 702, zu welcher Al und N hinzugefügt war, und eine zweite mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht 703, zu welcher B und N hinzugefügt waren, epitaktisch auf einem N-dotierten n-SiC-Substrat 701 durch CVD aufgewachsen, wie in 7 gezeigt. Weiterhin wurden durch ein Gasphasenwachstumsverfahren einer metallorganischen Verbindung eine n-AlGaN-Pufferschicht 704, eine erste n-GaN-Kontaktschicht 705, eine erste n-AlGaN-Hüllschicht 706, eine aktive GaInN/GaN-Mehrfach-Quantentopfschicht 707, eine p-AlGaN-Elektronenblockierschicht 708, eine zweite p-AlGaN-Hüllschicht 709 und eine zweite p-GaN-Kontaktschicht 710 auf die SiC-Schicht 703 gestapelt. Dann wurde auf der Oberfläche der zweiten p-GaN-Kontaktschicht 710 eine p-Elektrode 711 aus Ni/Au ausgebildet, während eine n-Elektrode 712 teilweise auf der Oberfläche des SiC-Substrats 701 ausgebildet wurde zum Erhalten der Leuchtdiode.
  • Dann wurde diese Leuchtdiode 801 auf einer Grundplatte 805 montiert, wie in 8 gezeigt. Diese Montage wurde durchgeführt mit einem Aufbau mit der Episeite nach unten auf einer Metallschicht 803 einer isolierenden Wärmesenke 802, die auf der Grundplatte 805 ausgebildet war. Danach wurden die Metallschicht 803 und eine Verdrahtungszuleitung 806 miteinander durch einen Golddraht 807 verbunden und durch Epoxidharz 808 fixiert.
  • Wenn eine Spannung an die Leuchtdiode 801 angelegt wurde, wurde ein Strom in die Leuchtdiode eingespeist. Folglich emittierte die aktive GaInN/GaN-Mehrfach-Quantentopfschicht 707 von 7 violettes Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm. Bei diesem violetten Licht gelangte eine zu dem SiC-Substrat 701 emittierte Lichtkomponente in die zweite mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht 703 und die erste mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht 702, um im wesentlichen vollständig durch diese beiden Schichten absorbiert zu werden, während ein Fluoreszenzlicht emittiert wurde durch die Verunreinigungsniveaus der entsprechenden SiC-Schichten.
  • Die zweite mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht 703, zu welcher B und N hinzugefügt waren mit Konzentrationen von ungefähr 1018/cm3, emittierte ein Fluoreszenzlicht mit einem Spektrum wie jenem, das in 3 gezeigt ist, wenn sie mit dem violetten Licht von 400 nm angeregt wurde. Diese Fluoreszenz, die eine gelbe Fluoreszenz mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge von ungefähr 600 nm war, wie aus 3 ersichtlich ist, beinhaltete ebenfalls in relativ großem Maße eine rote Komponente, die 600 nm überstieg. Die Dicke der zweiten mit Verunreinigungen versehenen SiC-Schicht 703 war 30 μm.
  • Andererseits emittierte die erste mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht 702, zu welcher Al und N mit Konzentrationen von ungefähr 1018/cm3 hinzugefügt waren, ein Fluoreszenzlicht mit einem Spektrum wie jenem, das in 6 gezeigt ist, wenn sie mit dem violetten Licht von 400 nm angeregt wurde. Diese Fluoreszenz war blaues Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge von ungefähr 460 nm, wie aus 6 ersichtlich ist. Die Dicke der ersten mit Verunreinigungen versehenen SiC-Schicht 702 war 30 μm.
  • Weißes Licht, das hervorragend in der Farbwiedergabe war, wurde erhalten durch Mischen der Fluoreszenzkomponenten von diesen beiden mit Verunreinigungen versehenen SiC-Schichten 702 und 703 miteinander. Es war möglich, das Mischverhältnis einzustellen durch Variieren der Konzentrationen der Dotanden und der Dicken der SiC-Schichten 702 und 703. Dies bewies, dass die Farbtemperatur des weißen Lichts einfach zu steuern ist. Die Leuchtdiode erzeugte das weiße Licht darin, wobei eine Winkelabhängigkeit des Farbtons des emittierten weißen Lichts vernachlässigbar klein war.
  • (Beispiel 9)
  • Gemäß dieses Beispiels wurden eine bekannte Nitrid-Halbleiter-Leuchtdiode mit einer Emissionswellenlänge von 440 nm bis 480 nm und die erfinderische Leuchtdiode miteinander kombiniert zum Synthetisieren von weißem Licht. Die erfinderische Leuchtdiode wurde angefertigt aus einer Leuchtdiode, die ein gelbes Fluoreszenzlicht emittierte, mit einem Anregungslicht, das bereitgestellt wurde durch das violette Licht, welches von einem Nitrid-Halbleiter emittiert wurde.
  • Die Leuchtdiode wurde ähnlich zu Beispiel 8 hergestellt, mit der Ausnahme, dass keine erste mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht, die mit Al und N dotiert war, ausgebildet wurde, sondern lediglich eine zweite mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht, die mit B und N dotiert war, wurde als eine mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht ausgebildet und ähnlich zu Beispiel 8 montiert, wie in 8 gezeigt.
  • Wenn ein Strom in die Leuchtdiode eingespeist wurde, emittierte eine aktive GaInN/GaN-Mehrfach-Quantentopfschicht violettes Licht mit 400 nm Wellenlänge und das zu einem SiC-Substrat emittierte violette Licht gelangte in die mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht, um im wesentlichen vollständig durch die mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht absorbiert zu werden, während ein Fluoreszenzlicht emittiert wurde.
  • Die mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht, zu welcher sowohl B als auch N hinzugefügt waren mit Konzentrationen von ungefähr 1018/cm3, emittierte ein gelbes Fluoreszenzlicht mit einem Spektrum wie jenem, das in 3 gezeigt ist, wenn sie mit dem Licht von 400 nm angeregt wurde. Diese gelbe Fluoreszenz hatte eine Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge von ungefähr 600 nm, wie aus 3 ersichtlich ist, und beinhaltete ebenfalls in relativ großem Ausmaß eine rote Komponente, die 600 nm überstieg. Die Dicke der mit Verunreinigungen versehenen SiC-Schicht war 30 μm.
  • Es war möglich, weißes Licht, das hervorragend in der Farbwiedergabe war, zu Synthetisieren durch Kombinieren dieser Diode, die gelbes Licht emittierte, mit der bekannten Leuchtdiode (nicht gezeigt) aus einem Nitrid-Halbleiter mit einer Emissionswellenlänge von 440 nm bis 480 nm und Vermischen des Lichts, das von der Diode, die das gelbe Licht emittierte, ausgestrahlt wurde und des Lichts, das von der bekannten Diode ausgestrahlt wurde, miteinander in einem Verhältnis von 3:1.
  • Während eine quaternäre Diode hoher Helligkeit aus AlGaInP realisiert wurde als eine Diode, die gelbes Licht emittiert, wurde gezeigt, dass es möglich ist, auf einfache Weise weißes Licht mit einer hohen Farbwiedergabe zu erhalten durch Kombinieren der Leuchtdiode, die in diesem Beispiel hergestellt wurde und ein breites Spektrum, wie in 3 gezeigt, zeigte, mit einer blauen Leuchtdiode.
  • (Beispiel 10)
  • Ein SiC-Kristall wurde ähnlich zu Beispiel 1 wachsen gelassen, mit der Ausnahme, dass anstelle der B-Quelle beim Kristallwachstum zum Zubereiten des Pulvergrundmaterials einfaches Al in das SiC-Pulver gemischt wurde, so dass es 0,1 Mol-% bezüglich des SiC-Pulvers betrug. Die N- und Al-Konzentrationen in dem erhaltenen SiC-Kristall waren 5·1017/cm3 bzw. 2·1016/cm3 Weiterhin emittierte der SiC-Kristall eine Fluoreszenz mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge von 430 nm und zeigte ein breites Spektrum, wie jenes, das in 6 gezeigt ist.
  • Wenn der Kristall nach der Messung für 4 Stunden bei 1850°C gehalten wurde und einer thermischen Ausheilung unterzogen wurde, wurde die relative Intensität des Lichts auf das mindestens 2-fache verbessert, verglichen zu jener vor dem thermischen Ausheilen, während die Gestalt des Spektrums im wesentlichen identisch blieb.
  • (Beispiel 11)
  • Ein SiC-Kristall wurde ähnlich zu Beispiel 10 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Partialdruck des N2-Gases in der Gasatmosphäre beim Kristallwachstum auf 5% eingestellt war und die Konzentration des einfachen Al bezüglich des SiC-Pulvers auf 1 Mol-% eingestellt war. Die N- und Al-Konzentrationen in dem erhaltenen SiC-Kristall waren 5·1018/cm3 bzw. 1·1017/cm3. Die relative Intensität des Lichts wurde auf im wesentlichen das 2-fache verbessert, verglichen zu dem Kristall vor dem thermischen Ausheilen in Beispiel 10, während die Gestalt eines Fluoreszenzspektrums ähnlich zu jener in Beispiel 10 war.
  • (Beispiel 12)
  • Ein SiC-Kristall wurde ähnlich zu Beispiel 10 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Partialdruck des N2-Gases in der Gasatmosphäre beim Kristallwachstum auf 10% gesetzt war und die Konzentration des einfachen Al bezüglich des SiC-Pulvers auf 10 Mol-% gesetzt war. Die N- und Al-Konzentrationen in dem erhaltenen SiC-Kristall waren 8·1018/cm3 bzw. 4·1017/cm3. Die relative Intensität des Lichtes wurde auf im wesentlichen das 3-fache verbessert, verglichen zu dem Kristall vor dem thermischen Ausheilen in Beispiel 10, während die Gestalt eines Fluoreszenzspektrums im wesentlichen identisch zu jener in Beispiel 10 war.
  • (Beispiel 13)
  • Ein SiC-Kristall wurde ähnlich zu Beispiel 10 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Partialdruck des N2-Gases in der Gasatmosphäre beim Kristallwachstum auf 30% gesetzt war und die Konzentration des einfachen Al bezüglich des SiC-Pulvers auf 20 Mol-% gesetzt war. Die N- und Al-Konzentrationen in dem erhaltenen SiC-Kristall waren 1·1019/cm3 bzw. 1·1018/cm3. Die relative Intensität des Lichts wurde verringert auf nicht mehr als im wesentlichen 1/3, verglichen zu dem Kristall vor dem thermischen Ausheilen in Beispiel 10, während die Gestalt eines Fluoreszenzspektrums im wesentlichen identisch zu jener in Beispiel 10 war.
  • Die Ausführungsformen und Beispiele, die diesmal offenbart werden, müssen angesehen werden als veranschaulichend in allen Punkten und nicht einschränkend. Der Umfang der vorliegenden Erfindung zeigt sich nicht durch die obige Beschreibung, sondern durch den Umfang der Patentansprüche und es ist gedacht, dass alle Abwandlungen innerhalb der Bedeutung und des Bereichs, die äquivalent dem Umfang der Patentansprüche sind, eingeschlossen sind.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Der Leuchtstoff aus SiC gemäß der vorliegenden Erfindung emittiert eine wirkungsvolle Fluoreszenz ebenfalls, wenn blau-violettes Licht mit einer verhältnismäßig langen Wellenlänge als Primärlicht verwendet wird, wodurch eine Farbmischung des Anregungslichts und der Fluoreszenz erhalten werden kann und eine Leuchtdiode hergestellt werden kann, die das Anregungslicht einer verhältnismäßig langen Wellenlänge verwendet, welches von einem Halbleiterelement oder dergleichen emittiert wird. Diese Leuchtdiode ist hervorragend bei der Farbwiedergabe, kostengünstig und nützlich als eine Weißlichtquelle mit einer hohen Lichtausbeute. Weiterhin widersteht SiC, welches kaum verändertes Material mit einer hohen kovalenten Bindungsfähigkeit und Leitfähigkeit ist, einem starken Elektronenstrahl und ist ebenfalls anwendbar für eine Entladungsröhre oder ein PDP.
  • Zusammenfassung
  • Es wird ein Leuchtstoff offenbart, der angeregt wird durch eine Lichtquelle mit einer langen Wellenlänge in dem Ultraviolettbereich oder blau-violett sichtbaren Bereich und hauptsächlich Licht in dem sichtbaren Violett-Blau-Gelb-Rot-Bereich emittiert. Ebenfalls offenbart ist eine kostengünstige Leuchtdiode, welche einfach montiert wird und hervorragend bei den Farbwiedergabeeigenschaften ist. Diese Leuchtdiode hat keine große Farbveränderung aufgrund des Abstrahlwinkels. Ein Leuchtstoff, der aus SiC gebildet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass er durch eine Lichtquelle außerhalb angeregt wird zum Emittieren von Licht und mit N und zumindest einem von B und Al dotiert ist.
  • Beschreibung von Bezugszeichen
    • 1 Substrat, 2 Grundmaterial, 3 Tiegel, 4 Deckel, 5 Quarzrohr, 6 Trägerstab, 7 Hitzeschild, 8 Arbeitsspule, 9 Einführungsrohr, 401 SiC-Substrat, 402 erste mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht, 403 zweite mit Verunreinigungen versehene SiC-Schicht, 404 AlGaN-Pufferschicht, 405 erste n-GaN-Kontaktschicht, 406 erste n-AlGaN-Hüllschicht, 407 aktive GaInN/GaN-Mehrfach-Quantentopfschicht, 408 p-AlGaN-Elektronenblockierschicht, 409 zweite p-AlGaN-Hüllschicht, 410 zweite p-GaN-Kontaktschicht, 411 p-Elektrode, 412 n-Elektrode.

Claims (23)

  1. Leuchtstoff aus SiC, der durch eine externe Lichtquelle angeregt wird zum Emittieren von Licht, dotiert mit N und zumindest einem von B und Al.
  2. Leuchtstoff aus SiC nach Anspruch 1, bei dem sowohl die Dotierungskonzentration von zumindest einem von B und Al als auch die Dotierungskonzentration von N 1015/cm3 bis 1020/cm3 sind.
  3. Leuchtstoff aus SiC nach Anspruch 2, bei dem sowohl die Dotierungskonzentration von zumindest einem von B und Al als auch die Dotierungskonzentration von N 1016/cm3 bis 1020/cm3 sind.
  4. Leuchtstoff aus SiC nach Anspruch 1, der ein Fluoreszenzlicht emittiert mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm.
  5. Leuchtstoff aus SiC nach Anspruch 4, bei dem SiC dotiert ist mit N und B, die Konzentration von entweder N oder B 1015/cm3 bis 1018/cm3 ist und die Konzentration von entweder B oder N 1016/cm3 bis 1019/cm3 ist.
  6. Leuchtstoff aus SiC nach Anspruch 1, der ein Fluoreszenzlicht emittiert mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich 400 nm bis 550 nm.
  7. Leuchtstoff aus SiC nach Anspruch 6, bei dem SiC dotiert ist mit N und Al, die Konzentration von entweder N oder Al 1015/cm3 bis 1018/cm3 ist und die Konzentration von entweder Al oder N 1016/cm3 bis 1019/cm3 ist.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Leuchtstoffs aus SiC, der durch eine externe Lichtquelle angeregt wird zum Emittieren eines Fluoreszenzlichts mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm und dotiert ist mit N und B, so dass die Konzentration von entweder N oder B 1015/cm3 bis 1018/cm3 ist und die Konzentration von entweder B oder N 1016/cm3 bis 1019/cm3 ist, in dem ein SiC-Kristall ausgebildet wird durch Sublimations-Rekristallisation mit einer B-Quelle aus LaB6, B4C, TaB2, NbB2, ZrB2, HfB2, BN oder Kohlenstoff, der B enthält.
  9. Verfahren zum Herstellen eines Leuchtstoffs aus SiC, der durch eine externe Lichtquelle angeregt wird zum Emittieren eines Fluoreszenzlichts mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm und mit N und B dotiert ist, so dass die Konzentration von entweder N oder B 1015/cm3 bis 1018/cm3 ist und die Konzentration von entweder B oder N 1016/cm3 bis 1019/cm3 ist, durch thermisches Diffundieren einer B-Quelle von einfachem B, LaB6, B4C, TaB2, NbB2, ZrB2, HfB2 oder BN in SiC unter einem Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur von mindestens 1500°C.
  10. Verfahren zum Herstellen eines Leuchtstoffs aus SiC nach Anspruch 8 oder 9, das eine thermische Ausheilung bei einer Temperatur von mindestens 1300°C für mindestens 1 Stunde durchführt nach der Sublimations-Rekristallisation oder thermischen Diffusion.
  11. Verfahren zum Herstellen eines Leuchtstoffs aus SiC nach Anspruch 9, bei dem eine Oberflächenschicht nach der thermischen Diffusion entfernt wird.
  12. Substrat für einen Halbleiter, bestehend aus einem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff, der durch eine externe Lichtquelle angeregt wird zum Emittieren von Licht und mit N und zumindest einem von B und Al dotiert ist.
  13. Substrat für einen Halbleiter nach Anspruch 12, bestehend aus einem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff, der mit N und B dotiert ist zum Emittieren eines Fluoreszenzlichts mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm.
  14. Substrat für einen Halbleiter nach Anspruch 12, bestehend aus einem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff, der mit N und Al dotiert ist, zum Emittieren eines Fluoreszenzlichts mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 400 nm bis 550 nm.
  15. Verfahren zum Herstellen eines Substrates für einen Halbleiter, bestehend aus einem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff, der durch eine externe Lichtquelle angeregt wird zum Emittieren eines Fluoreszenzlichts mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm und mit N und B dotiert ist, so dass die Konzentration von entweder N oder B 1015/cm3 bis 1018/cm3 beträgt und die Konzentration von entweder B oder N 1016/cm3 bis 1019/cm3 beträgt, das die Schritte aufweist: thermisches Diffundieren einer B-Quelle aus einfachem B, LaB6, B4C, TaB2, NbB2, ZrB2, HfB2 oder BN in SiC unter einem Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur von mindestens 1500°C; und Entfernen einer Oberflächenschicht.
  16. Verfahren zum Herstellen eines Substrates für einen Halbleiter, bestehend aus einem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff, der durch eine externe Lichtquelle angeregt wird zum Emittieren eines Fluoreszenzlichts mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm und mit N und B dotiert ist, so dass die Konzentration von entweder N oder B 1015/cm3 bis 1018/cm3 ist und die Konzentration von entweder B oder N 1016/cm3 bis 1019/cm3 ist, bei dem: das Atmosphärengas beim Kristallwachstum N2-Gas von 1% bis 30% im Gas-Partialdruck enthält und das Grundmaterial SiC 0,05 Mol-% bis 15 Mol-% einer B-Quelle enthält und ein SiC- Kristall durch Sublimations-Rekristallisation ausgebildet wird.
  17. Verfahren zum Herstellen eines Substrates für einen Halbleiter nach Anspruch 15 oder 16, das ein thermisches Ausheilen bei einer Temperatur von mindestens 1300°C nach der Sublimations-Rekristallisation oder thermischen Diffusion durchführt.
  18. Pulver für einen Halbleiter, bestehend aus einem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff, der durch eine externe Lichtquelle angeregt wird zum Emittieren eines Fluoreszenzlichts mit einer Wellenlänge von 500 nm bis 750 nm mit einer Scheitelwellenlänge in dem Bereich von 500 nm bis 650 nm, mit einem Teilchendurchmesser von 2 μm bis 10 μm und einem mittleren Teilchendurchmesser von 3 μm bis 6 μm
  19. Leuchtdiode, die ein Substrat für einen Halbleiter aufweist, das aus einem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff besteht, der dotiert ist mit N und zumindest einem von B und Al, und eine lichtemittierende Vorrichtung eines Nitrid-Halbleiters, die auf dem Substrat ausgebildet ist.
  20. Leuchtdiode mit einer oder mindestens zwei Schichten, die aus einem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff besteht, der mit N und zumindest einem von B und Al dotiert ist, auf einem Substrat aus SiC für einen Halbleiter, die eine lichtemittierende Vorrichtung eines Nitrid-Halbleiters auf der/den einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoffschicht(en) aufweist.
  21. Leuchtdiode nach Anspruch 19 oder 20, bei der die Emissionswellenlänge der lichtemittierenden Vorrichtung eines Nitrid-Halbleiters nicht mehr als 408 nm beträgt.
  22. Leuchtdiode nach Anspruch 19 oder 20, bei der sowohl die Dotierungskonzentration mit zumindest einem von B und Al als auch die Dotierungskonzentration von N in dem einkristallinen 6H-SiC-Leuchtstoff 1016/cm3 bis 1019/cm3 beträgt.
  23. Leuchtdiode nach Anspruch 22, bei der sowohl die Dotierungskonzentration mit zumindest einem von B und Al als auch die Dotierungskonzentration mit N in dem einkristallinem 6H-SiC-Leuchtstoff 1017/cm3 bis 1019/cm3 beträgt.
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