DE19622704A1 - Epitaxialwafer und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiter- Epitaxialwafer bzw. eine Halbleiter-Epitaxialscheibe für lichtemittierende Dioden (LED) und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

In den letzten Jahren wurden Verbundhalbleiter häufig als Materialien für optische Halbleiterbausteine oder -vor­ richtungen verwendet. Bei für diese Zwecke verwendeten Halb­ leitermaterialien werden durch Epitaxie auf Einkristall­ substraten gewünschte Halbleiterkristallschichten ausgebil­ det. Dieses Verfahren wird verwendet, weil gegenwärtig er­ hältliche Kristalle, insbesondere solche, die als Substrat verwendbar sind, viele Defekte bzw. Störstellen oder Struk­ turfehler und einen geringen Reinheitsgrad aufweisen, so daß es schwierig ist, diese direkt für lichtemmitierende Bau­ steine oder Vorrichtungen zu verwenden. Daher wird eine Schicht fit einer Zusammensetzung, durch die Licht mit einer gewünschten Wellenlänge emittiert wird, durch Epitaxie auf einem Substrat ausgebildet. Primär wird für diese durch Epi­ taxie ausgebildete Schicht eine ternäre Kristallschicht ver­ wendet. Für einen solchen Epitaxieprozeß werden normaler­ weise Dampf- oder Flüssigphasen-Epitaxie- oder Aufwachs­ prozesse verwendet. Bei der Dampfphasen-Epitaxie wird in ei­ ner aus Quarz bestehenden Reaktionskammer, in die für den Epitaxieprozeß Rohgase kontinuierlich eingeleitet und in der diese Gase erwärmt werden, ein Halter aus Graphit oder Quarz angeordnet.

Verbundhalbleiter aus Elementen der Gruppe III-V weisen einen Band- bzw. Energieabstand auf, der den Wellenlängen des sichtbaren Lichts und von Infrarotlicht entspricht, so daß sie für lichtemittierende Bausteine oder Vorrichtungen verwendet werden. Darunter werden insbesondere GaAsP und GaP weit verbreitet als LED-Materialien verwendet.

Nachstehend wird als Beispiel Bezug genommen auf eine Zusammensetzung aus GaAs_1-xP_x, wobei 0.45 < x 1 ist, durch die, wenn sie mit Stickstoff (N) als isoelektronische Haft- oder Einfangstelle zum Einfangen von Leitungselektronen do­ tiert wird, eine lichtemittierende Diode (LED) mit einer zehnmal höheren Lichtausbeute erhalten werden kann. Daher wird eine auf einem GaP-Substrat ausgebildete GaAs_1-xP_x- Schicht, wobei 0.045 < x 1.0 ist, normalerweise mit Stick­ stoff dotiert, um einen LED-Baustein herzustellen.

Fig. 2 zeigt einen Aufbau eines herkömmlichen GaAsP- Epitaxialwafers.

Bei einem Dampfphasen-Epitaxieprozeß werden Rohgase kontinuierlich in eine Reaktionskammer eingeleitet, um eine n-leitende Epitaxialschicht auf einem n-leitenden GaP-Sub­ strat 1 auszubilden. Um das Auftreten von Gitterverformungen aufgrund einer Differenz der Gitterkonstanten zwischen dem Substrat und der Epitaxialschicht zu verhindern, wird eine Schicht 2 des Typs GaAsP mit einer stufenweise oder kontinu­ ierlich sich verändernden Zusammensetzung als Zwischen­ schicht ausgebildet, um Schichten 3 und 4 des Typs GaAsP zu bilden, die jeweils eine konstante Zusammensetzung aufwei­ sen, wobei die Schicht 4 mit Stickstoff N als isoelektroni­ sche Haft- oder Einfangstelle dotiert ist. Bei einem Nachdo­ tierungsschritt wird Zink in einer hohen Konzentration in die Schicht 4 thermisch eindiffundiert, um eine p-leitende Schicht 5 mit einer Dicke von etwa 4 bis 10 µm auf der Ober­ fläche der Epitaxialschicht auszubilden. Dadurch weist die ausgebildete p-leitende Schicht eine relativ konstante Trägerkonzentration auf und ist ein guter und stabiler ohm­ scher Kontakt erreichbar. Durch den Thermodiffusionsprozeß können etwa Dutzende bis Hunderte von Epitaxialwafern gleichzeitig verarbeitet werden und ergibt sich ein Kosten­ vorteil. Allgemein werden daher p-leitende Schichten durch Thermodiffusionsprozesse ausgebildet, nachdem nur die n-lei­ tenden Schichten durch Dampfphasen-Epitaxie hergestellt wur­ den.

Durch diese Vorgehensweise können LED-Vorrichtungen auf stabile Weise erhalten werden. Die Trägerkonzentration der über dem pn-Übergangsbereich angeordneten p-leitenden Schicht 5 wird jedoch bei einer zunehmenden Lichtabsorption zu hoch, wodurch die LED-Lichtausbeute abnimmt. Außerdem wird der pn-Übergangsbereich thermisch geschädigt, so daß Defekte oder Strukturfehler in den die Epitaxialschicht bil­ denden Kristallen auftreten. Obwohl diese Probleme gelöst werden können, indem die Diffusionstemperatur erheblich ver­ mindert wird, wird die p-leitende Schicht zu dünn, so daß aufgrund einer Verminderung der Oberflächenträgerkonzen­ tration kein ausreichender ohmscher Kontakt erhalten wird.

Wie vorstehend beschrieben, ist bei dem durch Dampfpha­ sen-Epitaxie hergestellten Epitaxialwafer sowohl die Epita­ xialschicht als auch das GaP-Substrat n-leitend. Beim Aus­ bilden der GaAsP-Schicht durch Epitaxie kann allgemein Zink als Dotierstoff verwendet werden, um während des Dampfpha­ sen-Epitaxieprozesses eine p-leitende Schicht auszubilden. Wenn das Dotieren während des Dampfphasen-Epitaxieprozesses ausgeführt wird, wobei Zink in der Form von Diethylzinkgas als p-Dotierstoff verwendet wird, beträgt die höchstmögliche Konzentration aufgrund einer hohen Wachstumstemperatur etwa 5 × 10¹⁸ cm^-3, wenn der am weitesten verbreitete Hydridtrans­ portprozeß verwendet wird, d. h., es ist schwierig, eine Do­ tierung mit einer höheren als dieser Konzentration zu errei­ chen. Weil die Trägerkonzentration der p-leitenden Schicht in der Nähe des pn-Übergangs geringer als diese höchstmögli­ che Konzentration ist, ist die Lichtabsorption durch die p­ leitende Schicht vermindert, und weil der pn-Übergang durch Dampfphasen-Epitaxie gebildet wird, erhält dieser eine aus­ reichend kristalline Struktur. Außerdem wird durch die er­ haltene p-leitende Schicht im Vergleich zu einer durch Ther­ modiffusion gebildeten Schicht eine etwa 20 bis 30% verbes­ serte Lichtausbeute erhalten. Obwohl die Wachstums­ bedingungen so eingestellt sind, daß bei der Dampfphasen- Epitaxie eine hohe Konzentration für die Zink-Dotierung er­ halten wird, wird die kristalline Struktur der Epita­ xialschicht verschlechtert.

Um eine Elektrode mit einem ausreichend guten ohmschen Kontakt auf einer p-leitenden Schicht für Verbundhalbleiter aus Elementen der Gruppe III-V zu bilden, muß die Trägerkon­ zentration der p-leitenden Schicht normalerweise mindestens 1 × 10¹⁹ cm^-3 betragen. Um einen ausreichend guten ohmschen Kontakt zu erhalten, wurden bisher verschiedene Verfahren verwendet, wobei beispielsweise Kombinationen aus AuZn, Au- NiZn oder anderen Materialien als Elektrodenmaterial ausge­ wählt wurden, oder es wurden Elektroden aus mehrschichtigen Strukturen oder veränderlichen Zusammensetzungen verwendet. Das wirksamste Verfahren besteht jedoch darin, die Träger­ konzentration der p-leitenden Schicht zu erhöhen. Beispiels­ weise wurde GaAs mit Zink in einer Konzentration von mehr als 5 × 10¹⁸ cm^-3 dotiert. Wenn die Dotierungsmenge von Zink, d. h. die Trägerkonzentration, durch Erhöhen der Diffusions­ temperatur von Zink erhöht wird, absorbiert die p-leitende Schicht jedoch das emittierte Licht stärker, und es treten aufgrund thermischer Spannungen oder ähnlicher Erscheinungen Kristalldefekte oder -strukturfehler auf, wodurch die Lumi­ neszenz- oder Lichtemissions- bzw. Lichtausbeute der licht­ emittierenden Diode abnimmt. Die Lichtausbeute einer licht­ emittierenden Diode kann verbessert werden, indem die Kon­ zentration des Zinks durch Vermindern der Diffusionstempera­ tur des Zinks auf etwa 5 × 10¹⁸ cm^-3 oder weniger vermindert wird. Die Trägerkonzentration nimmt jedoch ab, so daß es schwierig ist, eine ohmsche Elektrode auf der p-leitenden Schicht auszubilden, wodurch die Vorwärts- oder Durchlaß­ spannung sich ändert oder zunimmt.

Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, daß bei einem Epita­ xialwafer mit einem pn-Übergang eine Differenz der optimalen Trägerkonzentration zwischen einem pn-Übergangsbereich und einem Bereich ohmschen Kontakts in einer p-leitenden Schicht erhalten wird. Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, eine p-leitende Schicht mit einer optimalen Struktur, durch die eine verbesserte Lichtausbeute erhalten und eine ausreichend gute ohmsche Elektrode gebildet werden kann, und ein geeignetes Verfahren zum Herstellen eines solchen Epitaxial­ wafers bereitzustellen.

Durch intensive Untersuchungen zum Lösen der vorstehend erwähnten Probleme hat sich gezeigt, daß eine p-leitende Schicht zwei Schichtlagen aufweisen und die Trägerkon­ zentration, die ein wesentlicher Faktor zum Bestimmen der Eigenschaften einer lichtemittierenden Diode ist, optimiert werden muß, wodurch auf stabile Weise ein ausreichend guter ohmscher Kontakt erreicht werden kann und eine 20 bis 30% höhere Lichtausbeute einer lichtemittierenden Diode erhalten werden kann als bei einem herkömmlichen Verfahren.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Pa­ tentansprüche gelöst.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend lediglich aus Darstellungsgründen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Struktur ei­ nes erfindungsgemäßen Epitaxialwafers; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Struktur ei­ nes herkömmlichen Epitaxialwafers.

Nachstehend wird Bezug genommen auf Fig. 1, in der, wie in Fig. 2, ein GaP-Substrat 1, eine Schicht 2 mit veränderlicher Zusammensetzung und Schichten 3 und 4 mit je­ weils konstanter Zusammensetzung dargestellt ist. Eine auf dem GaP-Substrat für eine lichtemittierende Diode ausgebil­ dete, allgemein durch GaAs_1-xP_x bezeichnete, als lichtemit­ tierende Schicht dienende n-leitende Schicht, wobei 0.45 < x 1.0 ist, weist eine Trägerkonzentration von 0.1 bis 2 × 10¹⁶ cm^-3, vorzugsweise 0.1 bis 0.9 × 10¹⁶ cm^-3 auf, wobei eine Schichtlage 4 mit konstanter Zusammensetzung mit Stickstoff als lichtemittierendes Zentrum dotiert ist.

Hierin bezeichnet die Trägerkonzentration einer Schicht die mittlere Trägerkonzentration der Schicht.

Eine erste p-leitende Schichtlage 6 wird durch Dampf­ phasen-Epitaxie gebildet, und eine zweite p-leitende Schichtlage 7 wird durch Thermodiffusion nach dem Dampf pha­ sen-Epitaxieprozeß gebildet. Die erste p-leitende Schicht­ lage 6 unmittelbar über einer pn-Übergangsfläche weist eine Trägerkonzentration von 0.5 bis 5 × 10¹⁸ cm^-3 und vorzugsweise von 0.8 bis 3 × 10¹⁸ cm^-3 auf. Die erste und die zweite p-lei­ tende Schichtlage 6 bzw. 7 können vollständig oder teilweise mit Stickstoff dotiert sein, wobei in beiden Fällen die gleiche Wirkung erzielt werden kann.

Die zweite p-leitende Schichtlage, durch die ein ohm­ scher Kontakt erhalten wird, weist eine Trägerkonzentration von mindestens 5 × 10¹⁸ cm^-3 und vorzugsweise von mindestens 8 × 10¹⁸ cm^-3 auf, so daß die optimale Struktur für eine lichtemittierende Diode erhalten werden kann. Vorzugsweise beträgt der obere Grenzwert der Trägerkonzentration hin­ sichtlich der Kristallqualität der Epitaxialschicht 5 × 10¹⁹ cm^-3. Die erste und die zweite p-leitende Schichtlage sind, wenn ihre Gesamtdicke weniger als 5 µm beträgt, für eine normale Struktur einer lichtemittierenden Diode von etwa 280 µm² ungeeignet, weil der Stromübergangsbereich ungenügend ist. Um einen ausreichend großen Stromübergangsbereich zu erhalten, muß die Gesamtdicke der ersten und der zweiten p- leitenden Schichtlage 6 bzw. 7 mindestens 8 µm und vorzugs­ weise mindestens 20 µm betragen. Durch Dampfphasen-Epitaxie kann die p-leitende Schicht leicht dicker hergestellt werden als durch ein Diffusionsverfahren, so daß eine Schichtdicke von mindestens 20 µm erhalten werden kann.

Die Struktur der p-leitenden Schicht mit zwei solchen abgestuften Trägerkonzentrationen kann hergestellt werden, indem lediglich ein Diffusionsverfahren durchgeführt wird, wobei es jedoch theoretisch schwierig ist, gleichzeitig eine niedrige Trägerkonzentration und eine große Diffusionsschichtdicke zu erhalten. Um eine Schichtdicke von mindestens 8 µm und vorzugsweise mindestens 20 µm zu erhal­ ten, ist es wünschenswert, daß die erste p-leitende Schicht­ lage 6, die eine geringe Trägerkonzentration aufweist, zu­ erst während des Dampfphasen-Epitaxieprozesses gebildet wird, und die zweite p-leitende Schichtlage 7, die eine hohe Trägerkonzentration aufweist, anschließend durch Diffusion auf der Oberfläche der ersten p-leitenden Schichtlage 6 ausgebildet wird.

Ein Dampfphasen-Epitaxieprozeß kann wirksam durch me­ tallorganische Gasphasenabscheidung nach chemischem Ver­ fahren (MO-CVD), Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder Halogen­ transportprozesse ausgeführt werden, unter denen ein Hy­ dridtransportprozeß besonders bevorzugt ist, weil hochreine Kristalle mit hoher Massenproduktivität erhalten werden kön­ nen. Der dabei verwendete p-Dotierstoff kann Zink, Magnesium oder ein ähnliches Element sein, das einer Reaktionskammer vorzugsweise in Form einer metallorganischen Verbindung, wie beispielsweise Diethylzink [(C₂H₅)₂Zn) oder Cylo­ pentadienylmagnesium (Cp₂Mg) zugeführt wird. Wenn Magne­ sium als Dotierstoff verwendet wird, kann eine hohe Träger­ konzentration erhalten werden, so daß durch Verwendung eines Dampfphasen-Epitaxieprozesses eine Struktur mit einer erfin­ dungsgemäßen Kombination aus Trägerkonzentration und Schichtdicke erhalten werden kann.

Erfindungsgemäß weist die p-leitende Schicht des Epita­ xialwafers mit einem pn-Übergang eine Struktur mit zwei ab­ gestuften Trägerkonzentrationen auf, d. h. eine unmittelbar über dem pn-Übergang angeordnete Schichtlage mit einer verminderten Trägerkonzentration, durch die eine hohe Lichtausbeute erhalten wird, und eine unmittelbar über die­ ser Schichtlage angeordnete Schichtlage mit einer höheren Trägerkonzentration, durch die ein ausreichend guter ohm­ scher Kontakt erhalten wird. Außerdem wird, weil die p-lei­ tende Schicht durch Dampfphasen-Epitaxie gebildet wird, der pn-Übergang während seiner Ausbildung durch Diffusion nicht thermisch beschädigt. Dadurch kann leicht eine p-leitende Schicht mit einer Dicke hergestellt werden, die ausreichend ist, um einen genügend breiten Stromübergangsbereich zu er­ halten, wenn eine lichtemmitierende Diode hergestellt wird.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf erläuternde Beispiele und Vergleichsbeispiele ausführli­ cher beschrieben.

Beispiel und Vergleichsbeispiel 1

Ein GaP-Substrat und hochreines Gallium (Ga) wurden an vorgegebenen Positionen innerhalb einer Epitaxie-Reaktions­ kammer mit einer aus Quarz bestehenden Ga-Vorratsschale angeordnet. Als GaP-Substrat wurde ein GaP-Substrat verwen­ det, dem 3 bis 10 × 10¹⁷ Atome/cm³ Schwefel (S) hinzugefügt waren und das die Form eines Kreises mit einem Durchmesser von 50 mm und eine Ebene aufwies, die bezüglich der (100)- Ebene um einen Winkel von 6° in der [001]-Richtung versetzt war. Diese wurden auf einem Halter angeordnet, der sich mit 3 Umdrehungen je Minute drehte. Daraufhin wurde der Reaktionskammer für 15 Minuten Stickstoff (N₂) zugeführt, um die Innenluft vollständig zu ersetzen. Daraufhin wurde hoch­ reiner Wasserstoff (H₂) als Trägergas mit einer Rate von 9600 cm³ je Minute in die Reaktionskammer eingeleitet, wo­ raufhin nach einer Unterbrechung der N₂-Strömung ein Erwär­ mungsprozeß eingeleitet wurde. Nachdem bestätigt wurde, daß die Temperaturen der Abschnitte, an denen die das Ga enthal­ tende Schale und das GaP-Einkristallsubstrat angeordnet wa­ ren, konstant bei 800°C bzw. 930°C gehalten wurden, wurde der Dampfphasen-Epitaxieprozeß zum Herstellen einer GaAs_1-x P_x-Epitaxialschicht mit einer Spitzenlumineszenzwellenlänge von 630 ± 10 nm eingeleitet.

Zunächst wurde in die Reaktionskammer mit Wasserstoff­ gas in einer Konzentration von 50 ppm verdünntes, n-Stör­ stellen-Diethyltellur (C₂H₅)₂Te mit einer Rate von 25 cm³ je Minute eingeleitet, während hochreines Hydrochlorgas (HCl) mit einer Rate von 369 cm³/min in die Ga-Vorratsschale geblasen wurde, um GaCl mit einer Rate von 369 cm³ je Minute als Ausgangsmaterial für die Komponente eines Elements der Gruppe III der Tabelle des periodischen Systems zu bilden, das aus der Oberfläche der Ga-Vorratsschale herausgeblasen wurde. Andererseits wurde mit H₂ in einer Konzentration von 10% verdünnter Phosphorwasserstoff (PH₃) als Komponente ei­ nes Elements der Gruppe V der Tabelle des periodischen Sy­ stems mit einer Rate von 910 cm³ je Minute eingeleitet, wo­ durch über eine Zeitdauer von 20 Minuten die erste oder GaP- Schicht auf dem Ga-P-Einkristallsubstrat ausgebildet wurde.

Daraufhin wurde die zugeführte Rate von mit H₂ in einer Konzentration von 10% verdünntem Arsenwasserstoff (AsH₃) schrittweise von 0 cm³ je Minute auf 431 cm³ je Minute er­ höht, während die Raten der eingeleiteten Gase (C₂H₅)₂Te, HCl und PH₃ unverändert blieben. Gleichzeitig wurde die Tem­ peratur des GaP-Substrats allmählich von 930°C auf 870°C vermindert, wodurch die zweite GaAs_1-xP_x-Epitaxialschicht (mit einer veränderlichen Zusammensetzung, wobei x zwischen 0 und etwa 0.65 variiert) über eine Zeitdauer von 90 Minuten auf der ersten GaP-Epitaxialschicht ausgebildet wurde.

Während die Raten der eingeleiteten Gase (C₂H₅)₂Te, HCl, PH₃ und AsH₃ konstant, d. h. bei 15, 369, 910 bzw. 431 cm³/min gehalten wurden, wurde die dritte GaAs_1-xP_x-Epi­ taxialschicht (mit einer konstanten Zusammensetzung, wobei x etwa 0.65 beträgt) über eine Zeitdauer von weiteren 30 Minu­ ten auf der zweiten GaAs_1-xP_x-Epitaxialschicht ausgebildet.

Während die Rate des eingeleiteten (C₂H₅)₂Te um 1 cm³ je Minute reduziert wurde, wobei die Raten von HCl, PH₃ und AsH₃ konstant gehalten wurden, wurde zusätzlich hochreines Ammoniumgas (NH₃) als auf Stickstoff basierende isoelektro­ nische Haft- oder Einfangstelle mit einer Rate von 214 cm³ je Minute eingeleitet, wobei die vierte GaAs_1-xP_x-Epitaxial­ schicht (eine N-dotierte Schicht mit einer konstanten Zusam­ mensetzung, wobei x etwa 0.65 beträgt) über eine Zeitdauer von weiteren 10 Minuten auf der dritten GaAs_1-xP_x-Epitaxial­ schicht ausgebildet wurde.

Über eine letzte Zeitdauer von 40 Minuten wurde H₂-Gas mit einer Rate von 50 cm³ je Minute in einen (C₂H₅)₂Zn­ haltigen Zylinder eingeleitet, der konstant auf einer Tempe­ ratur von 25°C gehalten wurde, um ein p-Dotierungsgas zu­ zuführen, während die Raten der Gase (C₂H₅)₂Te, HCl, PH₃, AsH₃ und NH₃ konstant gehalten wurden. Daher wurde durch Einleiten des (C₂H₅)₂Zn-dampfhaltigen H₂-Gases die fünfte GaAs_1-xP_x-Epitaxialschicht (wobei x etwa 0.65 beträgt) auf der vierten GaAs_1-xP_x-Epitaxialschicht ausgebildet und das Dampfphasenwachstum bzw. der Dampfphasen-Epitaxieprozeß abgeschlossen.

Die erste, die zweite, die dritte, die vierte und die fünfte Epitaxialschicht waren 5 µm, 40 µm, 16 µm, 8 µm bzw. 21 µm dick.

Daraufhin wurde eine Hälfte der derart gezüchteten un­ beschichteten Epitaxialwafer in einer Quarzampulle mit einer p-Störstellen-Zn-Diffusionsquelle in der Form von ZnAs₂ un­ ter Vakuum abgeschlossen, wobei Zn bei einer Temperatur von 760°C von der Oberfläche der Epitaxialwafer bis zu einer Tiefe von 4 µm eindiffundierte. Die Trägerkonzentration der p-leitenden Schichten wurde durch einen durch Polaron, G.B., hergestellten Halbleiterprofilplotter gemessen. Die Träger­ konzentration der p-leitenden Schichten der anderen Hälfte der Epitaxialwafer betrug 2 × 10¹⁸ cm^-3. Die Trägerkon­ zentration der p-leitenden Schichten, in denen Zn eindiffun­ diert war, betrug an der Oberflächenseite 1.2 × 10¹⁹ cm^-3 und an der pn-Übergangsseite 2 × 10¹⁸ cm^-3. Die vierten Schichten, in denen Zn eindiffundiert war bzw. kein Zn eindiffundiert war, waren gleichermaßen n-leitend und wiesen eine Träger­ konzentration von 8 × 10¹⁵ cm^-3 auf. Anschließend wurden durch Vakuumaufdampfverfahren Elektroden und ähnliche Strukturen ausgebildet, um prismatische lichtemittierende Dioden mit einer Größe von 500 µm × 500 µm × 180 µm (Dicke) herzustel­ len, deren Luminanz anschließend bei 10 A/cm² gemessen wurde, wobei kein Epoxidharz aufgeschichtet war. Einhundert Chips ohne eindiffundiertes Zn wiesen eine Vorwärtsspannung auf, die im Bereich von 2.3 ± 0.5 V variierte, und eine ver­ minderte mittlere Lichtausbeute von 2400 Ft·L bei einer Spitzenwellenlänge von 632 ± 4 nm, weil durch mit den Elek­ troden in Kontakt stehende Abschnitte der p-leitenden Schichten Wärme erzeugt wurde. Fünfzehn Chips mit darin ein­ diffundiertem Zn wiesen dagegen eine Vorwärtsspannung von 1.8 ± 0.1 V, eine Lichtausbeute von 6100 Ft·L und eine Spit­ zenwellenlänge von 631 ± 3 nm auf.

Vergleichsbeispiel 2

Der Dampfphasen-Epitaxieprozeß wurde auf die im vorste­ henden Beispiel beschriebene Weise abgeschlossen, außer daß die vorstehend erwähnte vierte Schicht für 50 Minuten ausge­ bildet wurde und keine fünfte Schicht hergestellt wurde. Die erste, die zweite, die dritte und die vierte Epi­ taxialschichtlage der Epitaxialschichtstruktur waren 5 µm, 39 µm, 15 µm bzw. 27 µm dick.

Die Trägerkonzentration der vierten Schicht, auf deren Oberfläche eine Schottky-Diode ausgebildet war, wurde durch das C-V-Verfahren gemessen und betrug 7 × 10¹⁶ cm^-3. Daraufhin wurden die unbeschichteten Epitaxialwafer in einer Quarzam­ pulle mit einer p-Störstellen-Zn-Diffusionsguelle in der Form von ZnAs₂ unter Vakuum abgeschlossen, wobei Zn bei ei­ ner Temperatur von 760°C von der Oberfläche der Epitaxial­ wafer bis zu einer Tiefe von 4 µm eindiffundierte, um pn- Übergänge zu bilden. Die Trägerkonzentration der p-leitenden Schichten wurde durch einen durch Polaron, G.B., hergestell­ ten Halbleiterprofilplotter gemessen. Die Träger­ konzentration der p-leitenden Schichten, in denen Zn eindiffundiert war, betrug an der Oberflächenseite 1.5 × 10¹⁹ cm^-3. Die vierten Schichten waren n-leitend und wiesen eine Trägerkonzentration von 8 × 10¹⁵ cm^-3 auf. Anschließend wurden durch Vakuumaufdampfverfahren Elektroden und ähnliche Struk­ turen ausgebildet, um prismatische lichtemittierende Dioden mit einer Größe von 500 µm × 500 µm × 180 µm (Dicke) herzustellen, deren Luminanz anschließend bei 10 A/cm² ge­ messen wurde, wobei kein Epoxidharz aufgeschichtet war. Fünfzehn Chips wiesen eine Vorwärtsspannung von 1.8 ± 0.1 V, eine Lichtausbeute von 3400 Ft·L und eine Spitzenwellenlänge von 631 ± 3 nm auf.

Erfindungsgemäß kann, wie vorstehend beschrieben, ein Epitaxialwafer stabil hergestellt werden, wodurch lichte­ mittierende Dioden mit hoher Lichtausbeute als Sichtanzeigen hergestellt werden können. Eine verbesserte Lichtausbeute lichtemittierender Dioden ist wesentlich, weil diese häufig im Freien verwendet werden. Erfindungsgemäß kann eine hohe Lichtausbeute erhalten werden, weil die Trägerkonzentration des pn-Übergangsbereichs, die ein wesentlicher Faktor für die Lichtausbeute ist, gesteuert werden kann. Außerdem kann die Trägerkonzentration der über dem pn-Übergangsbereich an­ geordneten p-leitenden Schicht durch Dampfphasen-Epitaxie stabil gesteuert werden, so daß auf einfache Weise eine p- leitende Schicht mit einer Dicke hergestellt werden kann, die ausreichend ist, um einen genügend breiten Stromüber­ gangsbereich zu erhalten, wenn eine lichtemittierende Diode hergestellt wird. Außerdem wird durch Verwendung eines Dampfphasen-Epitaxieprozesses gewährleistet, daß pn-Über­ gänge mit besserer Qualität und dadurch mit einer höheren Lichtausbeute erhalten werden können, weil es unwahrschein­ lich ist, daß die pn-Übergänge während ihrer Ausbildung durch Diffusion beschädigt werden. Außerdem kann ein ausrei­ chend guter ohmscher Kontakt erhalten werden, indem durch Dissusion ermöglicht wird, daß der Oberflächenschichtbereich der p-leitenden Schicht eine höhere Trägerkonzentration auf­ weist. Obwohl beim vorliegenden Beispiel Zink als p-Dotier­ stoff für das Dampfphasenwachstum verwendet wird, können ähnliche Wirkungen auch dann erhalten werden, wenn Zink oder ein ähnliches Element in durch Dampfphasen-Epitaxie unter Verwendung von Magnesium erhaltene p-leitende Schichten thermisch eindiffundiert wird.

Claims (14)

1. Epitaxialwafer mit n-leitenden (1 bis 4) und p-leiten­ den (6, 7) Epitaxialschichten, durch die ein pn-Über­ gang gebildet wird, wobei die Epitaxialschichten aus GaAs_1-xP_x gebildet sind, wobei 0.45 < x 1 ist, wobei die p-leitenden Epitaxialschichten im wesentlichen aus einer ersten p-leitenden Schichtlage (6), die eine Seite des pn-Übergangs bildet und eine Trägerkonzentra­ tion von 0.5 bis 5 × 10¹⁸ cm^-3 aufweist, und einer zwei­ ten p-leitenden Schichtlage (7) gebildet wird, die eine Oberfläche der Epitaxialschichten bildet und eine Trä­ gerkonzentration von mindestens 5 × 10¹⁸ cm^-3 aufweist.

2. Epitaxialwafer nach Anspruch 1, wobei die erste p-lei­ tende Schichtlage eine Trägerkonzentration von 0.8 bis 3 × 10¹⁸ cm^-3 und die zweite p-leitende Schichtlage eine Trägerkonzentration von mindestens 5 × 10¹⁸ cm^-3 auf­ weist.

3. Epitaxialwafer nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Epi­ taxialschichten auf einem Substrat aus GaP ausgebildet sind.

4. Epitaxialwafer nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei minde­ stens eine n-leitende Schicht, die die pn-Übergangsflä­ che bildet, oder sowohl die n- als auch die p-leitenden Schichten mit Stickstoff dotiert sind.

5. Epitaxialwafer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste und die zweite p-leitende Schichtlage eine Gesamtdicke von mindestens 8 µm aufweisen.

6. Epitaxialwafer nach Anspruch 5, wobei die erste und die zweite p-leitende Schichtlage eine Gesamtdicke von mindestens 20 µm aufweisen.

7. Epitaxialwafer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei als p-Dotierstoff Zink und/oder Magnesium verwendet wird.

8. Epitaxialwafer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste und die zweite p-leitende Schichtlage anein­ ander angrenzen.

9. Epitaxialwafer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste und die zweite p-leitende Schichtlage mit dem pn-Übergang bzw. mit der Oberfläche der Epitaxial­ schicht in Kontakt stehen.

10. Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers mit n- und mit p-leitenden Epitaxialschichten, die einen pn- Übergang bilden, durch Ausbilden einer ersten p-lei­ tenden Schichtlage durch Dampfphasen-Epitaxie und an­ schließendes Ausbilden einer zweiten p-leitenden Schichtlage auf der ersten p-leitenden Schichtlage durch einen Thermodiffusionsprozeß, wobei die Träger­ konzentration der zweiten p-leitenden Schichtlage höher ist als diejenige der ersten p-leitenden Schichtlage.

11. Verfahren nach Anspruch 10 zum Herstellen eines Epita­ xialwafers nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Epitaxieprozeß ein Halogentransportprozeß oder ein Hydridprozeß ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Epitaxieprozeß ein Hydridprozeß ist.

14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, wobei ein für den Dampfphasen-Epitaxieprozeß verwendetes p-Dotiergas eine metallorganische Verbindung aus Zink oder Magne­ sium ist.