DE19627838A1 - Epitaxial wafer for LED manufacture - Google Patents

Epitaxial wafer for LED manufacture

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Abstract

In an epitaxial wafer, in which a gradient cooling liq. phase epitaxy (LPE) process is used to grow a thin Si-contg. GaAs or AlGaAs epitaxial layer on the surface of a single crystal GaAs substrate and a pn-junction is formed in the thin epitaxial layer by spontaneous silicon inversion, the substrate surface is tilted by 0.5-5 deg from a (100) or equivalent surface. Also claimed is a light emitting semiconductor device, produced from the above epitaxial wafer by forming an electrode of first conductivity type on the back face of the substrate and forming an electrode of second conductivity type on the front face of the epitaxial layer. The total thickness of the entire grown thin epitaxial layer is 20-150 microns.

Description

Diese Erfindung betrifft einen Epitaxialwafer und eine licht­ emittierende Halbleitervorrichtung, insbesondere einen Epita­ xialwafer, der gebildet wird, indem das Rampenkühlungs-Flüs­ sigphasen-Epitaxieverfahrens verwendet wird, um eine dünne Epitaxialschicht aus Si-dotiertem GaAs oder AlGaAs auf ein GaAs-Einkristallsubstrat aufzuwachsen, und indem spontane Siliziuminversion verwendet wird, um einen p-n-Übergang in der dünnen Epitaxialschicht zu bilden, und eine lichtemittie­ rende Halbleitervorrichtung, die aus dem Wafer hergestellt wird.This invention relates to an epitaxial wafer and a light emitting semiconductor device, in particular an epita xialwafer, which is formed by the ramp cooling flow sigphase epitaxy is used to make a thin Epitaxial layer made of Si-doped GaAs or AlGaAs on a GaAs single crystal substrate growing, and by spontaneous Silicon inversion is used to make a p-n transition in to form the thin epitaxial layer, and a light emission semiconductor device made from the wafer becomes.

Bekanntlich ist Silizium ein amphoteres Dotiermittel in Halb­ leitern einer Verbindung der Gruppen III-V. Weil Silizium ein Element der Gruppe IV ist, wirkt es genauer als ein Donor, wenn es ein Element der Gruppe III in dem Haupthalb­ leiter ersetzt, und als ein Akzeptor, wenn es ein Element der Gruppe V in dem Haupthalbleiter ersetzt. Infolgedessen werden der Leitfähigkeitstyp und die wirksame Trägerdichte eines Halbleiters einer Verbindung der Gruppen III-V, der Silizium enthält, durch die Beziehung zwischen der Größe der Konzentration des Siliziums, das das Element der Gruppe III ersetzt, und der der Konzentration des Siliziums, das das Element der Gruppe V ersetzt, und der Differenz dazwischen bestimmt.Silicon is known to be an amphoteric dopant in half conduct a group III-V connection. Because silicon is a Group IV element, it acts more accurately than Donor if there is a Group III element in the main half head replaced, and as an acceptor if there is an element of group V in the main semiconductor. Consequently become the conductivity type and the effective carrier density of a semiconductor of a group III-V compound, the Contains silicon, through the relationship between the size of the Concentration of silicon that is the element of group III replaced, and that of the concentration of silicon that the Group V element replaced, and the difference between them certainly.

Es ist bekannt, daß, wenn das Rampenkühlungs-Flüssigphasen- Epitaxieverfahren verwendet wird, um eine dünne Epitaxial­ schicht aus GaAs oder AlGaAs, die Silizium enthält, aufzu­ wachsen, die Temperaturabhängigkeit des Absonderungskoeffi­ zienten des Siliziums als ein Donor und die des Absonderungs­ koeffizienten davon als ein Akzeptor unterschiedlich sind. Infrarotlichtemittierende Dioden, die diese Erscheinung verwenden, werden weithin produziert. It is known that when the ramp cooling liquid phase Epitaxy is used to make a thin epitaxial layer of GaAs or AlGaAs that contains silicon grow, the temperature dependence of the secretion coefficient silicon as a donor and secretion coefficients are different as an acceptor. Infrared light emitting diodes that this phenomenon use are widely produced.  

Bei der Herstellung derartiger infrarotlichtemittierender Dioden wird, falls eine hohe Aufwachstemperatur verwendet wird, wenn die dünne Epitaxialschicht aus GaAs oder AlGaAs, die Silizium enthält, durch das Rampenkühlungs-Flüssigpha­ sen-Epitaxieverfahren aufgewachsen wird, der Absonderungs­ koeffizient des Siliziums als ein Donor größer als der Abson­ derungskoeffizient davon als ein Akzeptor. Infolgedessen ist die aufgewachsene dünne Epitaxialschicht vom n-Typ.In the manufacture of such infrared light emitting Diodes is used if a high wax-up temperature is used if the thin epitaxial layer made of GaAs or AlGaAs, which contains silicon, through the ramp cooling liquid phase sen epitaxy is growing, the secretion coefficient of silicon as a donor larger than the Abson coefficient of change as an acceptor. As a result the grown n-type thin epitaxial layer.

Da jedoch die Beziehung zwischen der Größe des Absonderungs­ koeffizienten des Siliziums als ein Donor und die davon als ein Akzeptor sich bei einer bestimmten Grenztemperatur in dem Kühlungsschritt des Aufwachssystems umkehrt, ist die dünne Epitaxialschicht, die auf der Niedertemperaturseite der Grenze aufgewachsen wird, vom p-Typ.However, since the relationship between the size of the secretion coefficients of silicon as a donor and those thereof as an acceptor gets in at a certain limit temperature reverses the cooling step of the recovery system is thin epitaxial layer on the low temperature side the border is grown up, p-type.

Dies erzeugt einen p-n-Übergang in der dünnen Epitaxial­ schicht. Diese Erscheinung wird allgemein als "spontane Sili­ ziuminversion" bezeichnet, und die Temperatur, bei der sich die Größenbeziehung zwischen den Absonderungskoeffizienten umkehrt, wird die "Spontaninversionstemperatur" genannt.This creates a p-n junction in the thin epitaxial layer. This phenomenon is commonly called "spontaneous sili ziuminversion ", and the temperature at which the size relationship between the secretion coefficients conversely, is called the "spontaneous inversion temperature".

Das Verfahren zum Produzieren lichtemittierender Dioden, das spontane Siliziuminversion anwendet, ist vorteilhaft in Aspekten der Volumenproduktion und Kostenverringerung. Dies ist so, weil, ungleich anderen weithin angewendeten Verfah­ ren zur Produktion lichtemittierender Dioden, die das Flüs­ sigphasen-Epitaxieverfahren anwenden, es keinen Bedarf zum Bereiten einer Lösung, um die dünne p-Typ-Schicht aufzuwach­ sen, und einer anderen Lösung gibt, um die dünne n-Typ-Dünn­ schicht aufzuwachsen. Ein p-n-Übergang kann unter Verwendung einer einzigen Lösung gebildet werden. Weil die Anzahl von pro Substrat erforderlichen Lösungstiegeln daher klein ist, ist näherungsweise das doppelte Epitaxialwachstum in einem Epitaxialaufwachsofen eines gegebenen Volumens möglich. The process for producing light emitting diodes, the Spontaneous silicon inversion is advantageous in Aspects of volume production and cost reduction. This is because, unlike other widely used procedures for the production of light-emitting diodes that Apply sigphase epitaxy method, there is no need for Prepare a solution to wake up the thin p-type layer sen, and another solution there to the thin n-type thin layer growing up. A p-n junction can be used a single solution. Because the number of solution crucible required per substrate is therefore small, is approximately double epitaxial growth in one Epitaxial growth oven of a given volume possible.  

Wie schematisch in Fig. 1 gezeigt, wird jedoch, wenn sponta­ ne Siliziuminversion verwendet wird, um eine dünne Epitaxial­ schicht, die aus einer n-Typ-Schicht 2 und einer p-Typ- Schicht 3 besteht, auf einem GaAs-Substrat 1 zu bilden, leicht eine keilförmige n-Typ-Schicht 4 gebildet, die in die p-Typ-Schicht 3 eindringt.As schematically shown in FIG. 1, however, when spontaneous silicon inversion is used, a thin epitaxial layer consisting of an n-type layer 2 and a p-type layer 3 is grown on a GaAs substrate 1 form, easily formed a wedge-shaped n-type layer 4 , which penetrates into the p-type layer 3 .

Zu dem Zeitpunkt, wo lichtemittierende Vorrichtungen aus einem Epitaxialwafer mit dieser Grenzflächenkonfiguration ge­ schnitten werden, wird irgendeine Vorrichtung, welche die Struktur umfaßt, die zwischen den gepunkteten Linien in Fig. 1 zeigt ist, nicht die beabsichtigte Dioden-(pn)-Struktur, die in Fig. 2(a) gezeigt ist, aufweisen, sondern die Thyri­ stor-(pnpn)-Struktur, die in Fig. 2(b) gezeigt ist, und wird keinen Strom leiten, wenn die berechnete Spannung angelegt wird.At the time light emitting devices are cut from an epitaxial wafer having this interface configuration, any device that includes the structure shown between the dotted lines in FIG. 1 will not become the intended diode (pn) structure as shown in Fig. 2 (a), exhibit, but the Thyri Stor (pnpn) structure, which in Fig. 2 (b) is shown, and will not conduct current, when the calculated voltage is applied.

Hinsichtlich der charakteristischen Form der keilförmigen n-Typ-Schicht 4, die in die p-Typ-Schicht 3 eindringt, wird diese Struktur als ein Zickzack-Thyristor bezeichnet.With regard to the characteristic shape of the wedge-shaped n-type layer 4 , which penetrates into the p-type layer 3 , this structure is referred to as a zigzag thyristor.

Obwohl Temperaturfluktuation und ungleichmäßige Siliziumkon­ zentration in der Lösung als mögliche Ursachen des Zickzack- Thyristors vermutet worden sind, sind auch verschiedene ande­ re Ursachen möglich, und die tatsächliche Ursache ist bisher noch nicht schlüssig bestimmt worden.Although temperature fluctuation and uneven silicon con concentration in the solution as possible causes of the zigzag Thyristors have been suspected are also various others re causes possible, and the actual cause is so far has not yet been conclusively determined.

Das Hauptziel dieser Erfindung ist, einen Epitaxialwafer, worin kein Zickzack-Thyristor in einer dünnen Epitaxial­ schicht enthalten ist, die einen p-n-Übergang umfaßt, der unter Verwendung spontaner Siliziuminversion gebildet worden ist, und eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung zu schaffen, die aus dem Wafer hergestellt wird. The main object of this invention is an epitaxial wafer, wherein no zigzag thyristor in a thin epitaxial Layer is included, which includes a p-n junction, the using spontaneous silicon inversion and a semiconductor light emitting device create that is made from the wafer.  

Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist, einen Epitaxialwafer, worin Oberflächenunregelmäßigkeiten der aufgewachsenen dün­ nen Epitaxialschicht extrem klein sind, und eine lichtemit­ tierende Halbleitervorrichtung zu schaffen, die aus dem Wafer hergestellt wird.Another object of this invention is to provide an epitaxial wafer wherein surface irregularities of the grown thin Epitaxial layer are extremely small, and a light with tive semiconductor device to create that from the Wafer is manufactured.

Im Stand der Technik ist das Aufwachsen einer dünnen Epita­ xialschicht aus GaAs oder AlGaAs, die Silizium enthält, auf ein GaAs-Einkristall-Substrat durch das Rampenkühlungs-Flüs­ sigphasen-Epitaxieverfahren im allgemeinen auf der (100)- Oberfläche oder einer äquivalenten Oberfläche des GaAs-Ein­ kristall-Substrats durchgeführt worden.The growth of a thin epita is in the prior art Axial layer made of GaAs or AlGaAs, which contains silicon a GaAs single crystal substrate through the ramp cooling flow sigphase epitaxy in general on the (100) - Surface or an equivalent surface of the GaAs-Ein crystal substrate has been carried out.

Durch Studien, die auf einen reduzierten Zickzack-Thyristor­ auftritt gerichtet waren, entdeckte der Erfinder, daß der Winkel zwischen der Normalen zu der Substratoberfläche und der [100]-Richtung (nachstehend der "Fehlorientierungswin­ kel" genannt) die Konfiguration der p-n-Übergangsgrenzfläche beeinflußt.Through studies based on a reduced zigzag thyristor , the inventor discovered that the Angle between the normal to the substrate surface and the [100] direction (hereinafter the "misorientation win kel ") the configuration of the p-n interface influenced.

Genauer wurde verdeutlicht, daß ein Kippen der Oberfläche des Substrats um nicht mehr als 0,2 Grad keine Änderung in der Konfiguration der p-n-Übergangsgrenzfläche von dem Fall schafft, wo die Substratoberflächenorientierung nicht ge­ kippt ist, aber daß ein Kippen davon um 0,5 Grad oder mehr, die Länge des Zickzack-Thyristors in der Richtung parallel zu der Epitaxialaufwachsoberfläche auf nicht mehr als 50 µm hält, und daß ein Kippen davon um 1 Grad oder mehr, das Auftreten von Zickzack-Thyristoren eliminiert.It was clarified more precisely that a tilting of the surface of the substrate by no more than 0.2 degrees in the configuration of the p-n junction interface from the case creates where the substrate surface orientation is not ge tilts, but that tipping it 0.5 degrees or more, the length of the zigzag thyristor in the parallel direction to the epitaxial growth surface to not more than 50 µm holds, and that tilting it 1 degree or more, that Occurrence of zigzag thyristors eliminated.

Andererseits verschlechtert sich die Oberflächenmorphologie des Epitaxialwafers mit zunehmendem Fehlorientierungswinkel. Weil eine schlechte Oberflächenmorphologie verschiedene Feh­ ler in der lichtemittierenden Vorrichtung im Verlaufe ihrer Produktion hervorruft, ist es bevorzugt, die Epitaxialwafer­ oberflächenunregelmäßigkeit so klein wie möglich zu halten.On the other hand, the surface morphology deteriorates of the epitaxial wafer with increasing misorientation angle. Because a bad surface morphology different faults in the light emitting device in the course of its  Production causes, it is preferred to use the epitaxial wafer to keep surface irregularity as small as possible.

Der Erfinder führte deshalb Studien aus, um die obere Grenze eines tolerierbaren Substratfehlorientierungswinkels, d. h., den maximalen Fehlorientierungswinkel zu bestimmen, bis zu welchem die Epitaxialwaferoberflächenmorphologie daran gehin­ dert werden kann, verschiedene Fehler in der lichtemittieren­ den Vorrichtung im Verlaufe ihrer Produktion zu verursachen. Infolgedessen wurde herausgefunden, daß, wenn der Fehlorien­ tierungswinkel nicht größer als 5 Grad ist, das Auftreten verschiedener Fehler in der lichtemittierenden Vorrichtung im Verlaufe ihrer Produktion verhindert werden kann, indem ein Oberflächenpolierverfahren oder dergleichen angewendet wird.The inventor therefore conducted studies around the upper limit a tolerable substrate misorientation angle, d. H., to determine the maximum misorientation angle, up to which the epitaxial wafer surface morphology is concerned with Different errors in the light emitting can be changed to cause the device in the course of its production. As a result, it was found that when the mislead angle is not greater than 5 degrees, the occurrence various defects in the light emitting device can be prevented in the course of their production by a surface polishing method or the like is applied becomes.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Epitaxialwafer vor­ gesehen, der gebildet wird, indem ein Rampenkühlungs-Flüssig­ phasen-Epitaxieverfahren verwendet wird, um eine dünne Epitaxialschicht aus GaAs oder AlGaAs, die Silizium (Si) ent­ hält, auf eine Oberfläche eines GaAs-Einkristall-Substrats aufzuwachsen, und ein p-n-Übergang in der dünnen Epitaxial­ schicht durch spontane Siliziuminversion gebilden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des GaAs-Einkri­ stall-Substrats aus einer (100)-Oberfläche oder einer äquiva­ lenten Oberfläche um zwischen 0,5 Grad und 5 Grad gekippt ist.According to one aspect of the invention, an epitaxial wafer is in front seen which is formed by a ramp cooling liquid phase epitaxy is used to make a thin Epitaxial layer made of GaAs or AlGaAs that contains silicon (Si) holds on a surface of a GaAs single crystal substrate grow up, and a p-n junction in the thin epitaxial layer is formed by spontaneous silicon inversion, characterized in that the surface of the GaAs single crystal stall substrate from a (100) surface or an equiva lent surface tilted between 0.5 degrees and 5 degrees is.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine lichtemit­ tierende Halbleitervorrichtung vorgesehen, die gebildet wird, indem ein Rampenkühlungs-Flüssigphasen-Epitaxieverfah­ ren verwendet wird, um eine dünne Epitaxialschicht aus GaAs oder AlGaAs, die Silizium (Si) enthält, auf eine Oberfläche eines GaAs-Einkristall-Substrats aufzuwachsen, ein p-n-Über­ gang in der dünnen Epitaxialschicht durch spontane Silizium­ inversion gebildet wird, eine Elektrode aus einem ersten Leitfähigkeitstyp auf einer hinteren Oberfläche des Substrats gebildet wird, und eine Elektrode aus einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf einer vorderen Oberfläche der dünnen Epitaxialschicht gebildet wird, dadurch gekennzeich­ net, daß die Oberfläche des GaAs-Einkristall-Substrats aus der (100)-Oberfläche oder einer äquivalenten Oberfläche um zwischen 0,5 Grad und 5 Grad gekippt ist.According to another aspect of the invention is a light emitter ing semiconductor device is provided, which are formed is performed using a ramp cooling liquid phase epitaxy ren is used to form a thin epitaxial layer made of GaAs or AlGaAs containing silicon (Si) on a surface of a GaAs single crystal substrate, a p-n over passage in the thin epitaxial layer through spontaneous silicon  inversion is formed, an electrode from a first Conductivity type on a back surface of the Substrate is formed, and an electrode from a second conductivity type on a front surface of the thin epitaxial layer is formed, characterized net that the surface of the GaAs single crystal substrate the (100) surface or an equivalent surface is tilted between 0.5 degrees and 5 degrees.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:The invention is exemplified below with reference to Drawing described; in this shows:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Auftretens von Zickzack-Thyristoren. Fig. 1 is a schematic diagram for explaining the occurrence of zigzag thyristors.

Fig. 2(a) ein schematisches Diagramm zur Erläuterung einer lichtemittierenden Vorrichtung, die aus einem Bereich eines Epitaxialsubstrats produziert wird, der einen gewöhnlichen p-n-Übergang enthält. Fig. 2 (a) is a schematic diagram for explaining a light emitting device which is produced from a region of an epitaxial substrate which contains an ordinary pn junction.

Fig. 2(b) ein schematisches Diagramm zur Erläuterung einer lichtemittierenden Vorrichtung, die aus einem Bereich eines Epitaxialsubstrats produziert wird, der einen Zickzack-Thyri­ stor enthält. Fig. 2 (b) is a schematic diagram for explaining a light emitting device which is produced from a region of an epitaxial substrate containing a zigzag thyri stor.

Fig. 3 ein Diagramm, das die Richtung des Epitaxial­ wachstums und die Richtung des Atomstufen­ wachstums zeigt. Fig. 3 is a diagram showing the direction of epitaxial growth and the direction of atomic growth.

Fig. 4 ein Diagramm, das das Aufwachsen zeigt, wobei die Substratoberfläche durch einen vorgeschriebenen Winkel aus der (100)-Ober­ fläche gekippt worden ist. Fig. 4 is a diagram showing the growth, wherein the substrate surface has been tilted from the (100) surface by a prescribed angle.

Fig. 5 ein Diagramm, das die Struktur einer licht­ emittierenden Halbleitervorrichtung zeigt, die den Epitaxialwafer der Erfindung verwen­ det. Fig. 5 is a diagram showing the structure of a semiconductor light-emitting device that det USAGE the epitaxial wafer of the invention.

Diese Erfindung betrifft einen Epitaxialwafer, der erhalten wird, indem das Rampenkühlungs-Flüssigphasen-Epitaxieverfah­ ren verwendet wird, um eine dünne Epitaxialschicht aus GaAs oder AlGaAs, die Silizium (Si) enthält, auf ein GaAs-Einkri­ stall-Substrat 1 aufzuwachsen, und ein p-n-Übergang in der dünnen Epitaxialschicht 2, 3 durch spontane Siliziuminver­ sion gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflä­ che des GaAs-Einkristall-Substrats aus der (100)-Oberfläche oder einer äquivalenten Oberfläche um zwischen 0,5 Grad und 5 Grad gekippt ist.This invention relates to an epitaxial wafer obtained by using the ramp cooling liquid phase epitaxial method to grow and thin a thin epitaxial layer made of GaAs or AlGaAs containing silicon (Si) on a GaAs single-crystal substrate 1 pn junction in the thin epitaxial layer 2 , 3 is formed by spontaneous silicon inversion, characterized in that the surface of the GaAs single crystal substrate from the (100) surface or an equivalent surface by between 0.5 degrees and 5 degrees is tilted.

Genauer ist, wie in Fig. 4 gezeigt, die vordere Oberflä­ che 1′ des GaAs-Einkristall-Substrats 1 um einen Winkel von α° (im Bereich von 0,5 Grad bis 5 Grad) aus der (100)-Ober­ fläche 9 gekippt, und sowohl die vorderen als auch hinteren Oberflächen davon werden geschnitten, um α°-Winkelteile davon zu entfernen. Die geschnittenen Oberflächen werden dann poliert, und eine dünne Epitaxialschicht wird auf die vordere Oberfläche aufgewachsen, während spontane Silizium­ inversion verwendet wird, um einen p-n-Übergang zu bilden, indem ein n-Typ-Schichtteil 2 und ein p-Typ-Schichtteil 3 in der dünnen Epitaxialschicht gebildet werden.More specifically, as shown in Fig. 4, the front Oberflä surface 1 'of the GaAs single crystal substrate 1 by an angle of α ° (in the range of 0.5 degrees to 5 degrees) from the (100) surface 9 -Ober tilted, and both the front and rear surfaces thereof are cut to remove α ° angular parts thereof. The cut surfaces are then polished and a thin epitaxial layer is grown on the front surface while spontaneous silicon inversion is used to form a pn junction by forming an n-type layer part 2 and a p-type layer part 3 in of the thin epitaxial layer.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird der auf diese Weise erhaltene Epitaxialwafer verwendet, um eine lichtemittierende Vorrich­ tung herzustellen, indem eine p-Typ-Elektrode 11 auf der vorderen Oberfläche der p-Typ-Schicht 3 und eine n-Typ-Elek­ trode 10 auf der hinteren Oberfläche des n-Typ-GaAs-Einkri­ stall-Substrats 1 gebildet werden und das Ergebnis in Unter­ teilstücke der gewünschten Größe geschnitten wird. As shown in Fig. 5, the epitaxial wafer thus obtained is used to manufacture a light emitting device by a p-type electrode 11 on the front surface of the p-type layer 3 and an n-type electrode 10 are formed on the rear surface of the n-type GaAs single-crystal substrate 1 and the result is cut into sub-pieces of the desired size.

Es wird angenommen, daß der Grund dafür, daß die Erfindung in der Lage ist, das Auftreten von Zickzack-Thyristoren zu verhindern, wie folgt ist.It is believed that the reason that the invention is able to prevent the occurrence of zigzag thyristors prevent as follows.

Bekanntlich ist die Morphologie eines Epitaxialwafers von dem Fehlorientierungswinkel der Substratoberfläche abhängig. Dies ist so, weil die Dichte der Atomschichtstufen, die auf der Substratoberfläche auftritt, mit dem Fehlorientierungs­ winkel der Substratoberfläche variiert. Genauer, wenn die Oberflächenorientierung des Substrats nicht gekippt ist, ist die Dichte der Atomschichtstufen gering, und die Atomschicht­ stufen sind zufällig auf der Oberfläche vorhanden. In diesem Fall weist die Oberflächenmorphologie des Epitaxialwafers keine Richtung auf. Wenn die Substratoberflächenorientierung gekippt ist, sind jedoch die Atomschichtstufen auf der Sub­ stratoberfläche bei Intervallen in der Kipprichtung propor­ tional zum Kehrwert der Tangente des Kippwinkels vorhanden. In diesem Fall zeigt deshalb die Morphologie der Epitaxial­ waferoberfläche ein Streifenmuster in der entsprechenden Richtung.As is known, the morphology of an epitaxial wafer is from depends on the misorientation angle of the substrate surface. This is because the density of the atomic layer levels is based on the substrate surface occurs with the misorientation angle of the substrate surface varies. More specifically if the Surface orientation of the substrate is not tilted the density of the atomic layer levels low, and the atomic layer levels randomly exist on the surface. In this Fall shows the surface morphology of the epitaxial wafer no direction on. If the substrate surface orientation is tilted, however, are the atomic layer levels on the sub strat surface at intervals in the tilt direction proportions tional to the reciprocal of the tangent of the tilt angle. In this case, therefore, shows the morphology of the epitaxial wafer surface a stripe pattern in the corresponding Direction.

Nun wird die Konfiguration der p-n-Übergangsgrenzfläche be­ trachtet. Während das Gesamtwachstum der Epitaxialschicht 2 senkrecht zu der Substratoberfläche 1 erfolgt, wie durch Be­ zugszeichen 7 in Fig. 3 gezeigt, ist dieses Wachstum vom Fortschritt der zuvor erwähnten Atomschichtstufen 6 in einer unterschiedlichen Richtung begleitet, wie durch Be­ zugszeichen 8 in Fig. 3 gezeigt.The configuration of the pn junction interface is now considered. While the overall growth of the epitaxial layer 2 is perpendicular to the substrate surface 1 , as shown by reference numeral 7 in FIG. 3, this growth is accompanied by the progress of the aforementioned atomic layer stages 6 in a different direction, as shown by reference number 8 in FIG. 3 .

Weil die Epitaxialschicht und die Atomschichtstufen mit unterschiedlichen Raten in unterschiedlichen Richtungen aufwachsen, unterscheiden sich die effektiven Absonderungs­ koeffizienten von Unreinheiten zwischen den jeweiligen Berei­ chen. Im Fall von Si-dotiertem GaAs variiert die Spontanin­ versionstemperatur abhängig von der Aufwachsrichtung. (Siehe Journal of Applied Physics, 1971, Band 42, Seiten 4512-4513). Deshalb unterscheidet sich die Spontaninversions­ temperatur zwischen den Epitaxialschicht- und Atomschicht­ stufenbereichen, wobei die Spontaninversionstemperatur des Atomschichtstufenbereiches kleiner ist, wenn das Substrat in der (100) Richtung orientiert ist. Selbst wenn die System­ temperatur die Spontaninversionstemperatur der Epitaxial­ schicht im Verlaufe ihres Wachstums erreicht, invertieren die Atomschichtstufen deshalb nicht spontan, und n-Typ tritt nur auf dem Weg des Fortschritts der Atomschichtstufen bis zu dem Zeitpunkt auf, wo das System die Spontaninversions­ temperatur der Atomschichtstufe erreicht. Es wird angenom­ men, daß dies die Ursache für das Auftreten von Zickzack- Thyristoren ist, wie in Fig. 1 gezeigt.Because the epitaxial layer and the atomic layer stages grow at different rates in different directions, the effective secretion coefficients of impurities differ between the respective areas. In the case of Si-doped GaAs, the spontaneous version temperature varies depending on the growth direction. (See Journal of Applied Physics, 1971, volume 42, pages 4512-4513). Therefore, the spontaneous inversion temperature differs between the epitaxial layer and atomic layer step regions, the spontaneous inversion temperature of the atomic layer step region being lower when the substrate is oriented in the (100) direction. Therefore, even if the system temperature reaches the spontaneous inversion temperature of the epitaxial layer in the course of its growth, the atomic layer stages do not invert spontaneously, and n-type only occurs on the path of the atomic layer stages to the point where the system reaches the spontaneous inversion temperature of the atomic layer stage reached. It is assumed that this is the cause of the occurrence of zigzag thyristors, as shown in Fig. 1.

Wie früher gezeigt, sind, wenn die Oberfläche des Substrats gekippt ist, Atomschichtstufen auf der Oberfläche vorhanden. Weil die Atomschichtstufen sich im Verlauf des Epitaxial­ wachstums zusammenschließen, bilden sie bei der Vervollstän­ digung des Epitaxialwachstums eine für das bloße Auge sicht­ bare makroskopische Struktur.As shown earlier, when the surface of the substrate tilted, atomic layer levels are present on the surface. Because the atomic layer levels change in the course of the epitaxial growth together, they form at the completion epitaxial growth is visible to the naked eye bare macroscopic structure.

Je größer die Dichte der Atomschichtstufe ist, desto dichter nähert sich der Zeitpunkt dieses Zusammenschließens dem Start des Epitaxialwachstums. Experimentelle Ergebnisse zei­ gen, daß wenn der Oberflächenfehlorientierungswinkel 0,5 Grad beträgt, das Zusammenschließen geringfügig auf der Niedertemperaturseite der Spontaninversionstemperatur der Epitaxialschicht ist, was bedeutet, daß es auf der Seite auf­ tritt, auf der das Epitaxialwachstum fortschreitet. Infolge­ dessen ist die Länge des Zickzack-Thyristors kürzer, als wenn die Substratoberflächenorientierung nicht gekippt ist. Wenn der Fehlorientierungswinkel weiter vergrößert wird, ver­ ursacht die resultierende Zunahme der Atomschichtstufendich­ te, daß sich die Atomschichtstufen zusammenschließen, bevor die Spontaninversionstemperatur der Epitaxialschicht erreicht wird. Es wird angenommen, daß deshalb Zickzack- Thyristoren nicht länger auftreten.The greater the density of the atomic layer level, the denser the time of this merger is approaching that Start of epitaxial growth. Experimental results show that if the surface misalignment angle Is 0.5 degrees, the merging slightly on the Low temperature side of the spontaneous inversion temperature of the Is epitaxial layer, which means that it is on the side occurs on which the epitaxial growth progresses. As a result the length of the zigzag thyristor is shorter than if the substrate surface orientation is not tilted. If the misorientation angle is further increased, ver causes the resulting increase in atomic layer levels that the atomic layer levels merge before  the spontaneous inversion temperature of the epitaxial layer is achieved. It is believed that therefore zigzag Thyristors no longer occur.

Experimente, die vom Erfinder durchgeführt wurden, zeigen, daß ein Substratfehlorientierungswinkel von wenigstens 1 Grad für ein vollständiges Zusammenschließen der Atom­ schichtstufen erforderlich ist, bevor die Spontaninversions­ temperatur der Epitaxialschicht erreicht ist. Es wurde je­ doch auch herausgefunden, daß selbst ein Substratoberflächen­ fehlorientierungswinkel von 0,5 Grad das Problem eines Zick­ zack-Thyristorauftritts bei der Herstellung von lichtemittie­ renden Vorrichtungen eliminiert, weil dieser Grad von Fehl­ orientierungswinkel verursacht, daß das Zusammenschließen der Atomschichtstufen unmittelbar nach der Spontaninversion der Epitaxialschicht beginnt, die senkrecht zu der Substrat­ oberfläche aufgewachsen ist und somit die Länge des Zickzack-Thyristors auf beträchtlich kleiner als jene in gewöhnlichen Vorrichtungen reduziert.Experiments carried out by the inventor show that a substrate misalignment angle of at least 1 degree for a complete union of the atom layer levels is required before the spontaneous inversion temperature of the epitaxial layer is reached. It ever was yet also found out that even a substrate surface misalignment angle of 0.5 degrees the problem of a zig Zack thyristor appearance in the manufacture of light emitters devices eliminated because of this degree of failure Orientation angle causes the merge of the atomic layer levels immediately after spontaneous inversion the epitaxial layer begins, which is perpendicular to the substrate surface has grown and thus the length of the Zigzag thyristors to considerably smaller than those in ordinary devices reduced.

Weil die Erfindung das Problem eines Zickzack-Thyristorauf­ tritts durch den im vorangehenden beschriebenen Mechanismus eliminiert, hängt die Wirkung der Erfindung nicht von der Richtung der Substratfehlorientierung ab. Die Erfindung er­ laubt daher, daß das Substrat in irgendeine Richtung gekippt wird.Because the invention addresses the problem of a zigzag thyristor occurs through the mechanism described above eliminated, the effect of the invention does not depend on the Direction of substrate misalignment. The invention he therefore allows the substrate to tilt in any direction becomes.

Es ist jedoch bekannt, daß beim Aufwachsen einer Epitaxial­ schicht aus GaAs oder AlGaAs, die Silizium enthält, die Spon­ taninversionstemperatur von der Oberflächenorientierung ab­ hängt.However, it is known that when growing an epitaxial layer made of GaAs or AlGaAs, which contains silicon, the spon Tan inversion temperature from the surface orientation hangs.

Deshalb variieren das Verhältnis zwischen den Dicken der n-Schicht und der p-Schicht, die durch das Epitaxialwachstum gebildet werden, und die Trägerdichte der Epitaxialschicht auf der Vorderseite (die p-Seite) mit der Richtung der Substratoberflächenfehlorientierung.Therefore, the ratio between the thicknesses of the n layer and the p layer caused by the epitaxial growth are formed, and the carrier density of the epitaxial layer  on the front (the p-side) with the direction of the Substrate surface misalignment.

Abhängig von der Richtung der Substratoberflächenfehlorien­ tierung ist es daher in bestimmten Fällen notwendig, um die unten diskutierten Eigenschaftsunterschiede, was das Verhält­ nis zwischen den Dicken der n-Schicht und der p-Schicht angeht, die durch das Epitaxialwachstum gebildet werden, und die Trägerdichte der Epitaxialschicht auf der vorderen Seite (die p-Seite) in Betracht zu ziehen.Depending on the direction of the substrate surface misory It is therefore necessary in certain cases to property differences discussed below, what the relationship nis between the thicknesses of the n-layer and the p-layer which are formed by the epitaxial growth, and the carrier density of the epitaxial layer on the front side (the p-side).

Der erste Fall ist, wenn die Richtung, in welcher die Sub­ stratoberflächenorientierung gekippt wird, eine Richtung ist, in welcher eine Oberfläche erscheint, die nicht polar bezüglich der (100)-Oberfläche ist, nämlich, wenn sie die [110), [1-10], [101] oder [10-1]-Richtung ist. In diesem Fall sind die p-Schicht und n-Schicht der Epitaxialschicht und die Oberflächenträgerdichte nicht die gleichen, als wenn ein Substrat verwendet wird, dessen Oberflächenorientierung nicht gekippt ist. Es ist daher in derartigen Fällen mög­ lich, eine dünne Epitaxialschicht mit den gleichen Eigen­ schaften zu erhalten, wie in dem Fall der Verwendung eines Substrats mit keiner Fehlorientierung unter den gleichen Epitaxialwachstumsbedingungen, wie im Fall der Verwendung eines Substrats mit keiner Fehlorientierung.The first case is when the direction in which the sub strat surface orientation is tilted, one direction is in which a surface appears that is not polar with respect to the (100) surface, namely if it is the [110), [1-10], [101] or [10-1] direction. In this The case is the p-layer and n-layer of the epitaxial layer and the surface carrier density is not the same as if a substrate is used whose surface orientation is not tilted. It is therefore possible in such cases Lich, a thin epitaxial layer with the same properties as in the case of using a Substrate with no misorientation among the same Epitaxial growth conditions, as in the case of use a substrate with no misorientation.

Der zweite Fall ist, wenn die Richtung, in welcher die Sub­ stratoberflächenorientierung gekippt wird, die [111] oder [1-1-1]-Richtung bezüglich der (100)-Oberfläche ist, nämlich eine Richtung, in welcher die (111)A-Oberfläche erscheint. In diesem Fall führen die gleichen Epitaxialwachstumsbedin­ gungen, wie für ein Substrat mit keiner Fehlorientierung ver­ wendet, zu einer dickeren p-Schicht und einer höheren Ober­ flächenträgerdichte. The second case is when the direction in which the sub strat surface orientation is tilted, the [111] or [1-1-1] direction with respect to the (100) surface is namely a direction in which the (111) A surface appears. In this case, the same epitaxial growth conditions result conditions, as for a substrate with no misorientation turns to a thicker p-layer and a higher top surface density.  

Der dritte Fall ist, wenn die Richtung, in welcher die Sub­ stratoberflächenorientierung gekippt wird, die [11-1] oder [1-11]-Richtung bezüglich der (100)-Oberfläche ist, nämlich eine Richtung, in welcher die (111)B-Oberfläche erscheint. In diesem Fall führen die gleichen Epitaxialwachstumsbedin­ gungen, wie für ein Substrat mit keiner Fehlorientierung ver­ wendet, zu einer dünneren p-Schicht und einer geringeren Oberflächenträgerdichte.The third case is when the direction in which the sub strat surface orientation is tilted, the [11-1] or [1-11] direction with respect to the (100) surface, namely a direction in which the (111) B surface appears. In this case, the same epitaxial growth conditions result conditions, as for a substrate with no misorientation turns to a thinner p-layer and a smaller one Surface carrier density.

Der vierte Fall ist, wenn die Richtung, in welcher die Sub­ stratoberflächenorientierung gekippt wird, keine von jenen in den obigen ersten bis dritten Fällen ist. In diesem Fall liegen die Spontaninversionstemperatur und das Epitaxial­ schichtdickenverhältnis zwischen der p-Schicht und der n-Schicht zwischen jenen der ersten bis dritten Fälle.The fourth case is when the direction in which the sub strat surface orientation is tilted, none of those in the first to third cases above. In this case are the spontaneous inversion temperature and the epitaxial layer thickness ratio between the p-layer and the n-layer between those of the first to third cases.

Weil kein Unterschied der Eigenschaften der lichtemittieren­ den Vorrichtung auftritt, die unter den vier Fällen produ­ ziert wird, kann die Fehlorientierung der Substratoberfläche irgendeine Richtung aufweisen, insofern wie die vorangehen­ den Punkte berücksichtigt werden.Because no difference in the properties of light emitting the device occurs, which is produ is adorned, the misorientation of the substrate surface have any direction in that as the preceding the points are taken into account.

Weil der Auftritt von Zickzack-Thyristoren auf die vorherge­ hende Weise eliminiert werden kann, sind die aus dem resul­ tierenden Epitaxialsubstrat produzierten lichtemittierenden Vorrichtungen auch frei von Thyristoren.Because the appearance of zigzag thyristors on the previous can be eliminated from the resul epitaxial substrate produced light emitting Devices also free of thyristors.

Es muß jedoch angemerkt werden, daß, wenn die Erfindung umge­ setzt wird, die Unregelmäßigkeiten, die die Substratfehl­ orientierung auf der Oberfläche des Epitaxialwafers produ­ ziert, in der Größe abhängig von der Dicke variiert, zu wel­ cher die dünne Epitaxialschicht aufgewachsen wird. Im allge­ meinen neigen sie dazu, stärker betont zu werden, wenn die dünne Epitaxialschicht dicker ist. However, it must be noted that when the invention is reversed is set, the irregularities that the substrate defect Orientation on the surface of the epitaxial wafer produ graced, varies in size depending on the thickness to which the thin epitaxial layer is grown. Generally they tend to be emphasized more when the thin epitaxial layer is thicker.  

Selbst wenn die obere Grenze des Winkels der Substratfehl­ orientierung auf 5 Grad eingestellt wird, treten leicht ver­ schiedene Fehler während des Produktionsprozesses der licht­ emittierenden Vorrichtung auf, wenn die dünne Epitaxial­ schicht auf eine überhöhte Dicke aufgewachsen wird, die die Unregelmäßigkeiten auf der Epitaxialwaferoberfläche über­ mäßig vergrößert.Even if the upper limit of the angle of the substrate defect orientation is set to 5 degrees, slightly various errors during the light production process emitting device when the thin epitaxial layer is grown to an excessive thickness which the Irregularities on the epitaxial wafer surface moderately enlarged.

Der Erfinder untersuchte die obere Grenze der Dicke der Epi­ taxialschicht, unter welcher keine Oberflächenunregelmä­ ßigkeiten in einem Grad auftreten, welcher verschiedene Fehler in der lichtemittierenden Vorrichtung im Verlaufe ihrer Produktion verursacht. Infolgedessen wurde herausge­ funden, daß im Fall von dünnen Epitaxialschichten, die auf ein Substrat aufgewachsen wurden, das zwischen 0,5 Grad und 5 Grad gekippt ist, das Auftreten von verschiedenen Fehlern in der lichtemittierenden Vorrichtung im Verlaufe ihrer Produktion stark verringert werden kann, indem die Dicke der aufgewachsenen dünnen Epitaxialschicht auf nicht mehr als 150 µm gehalten wird.The inventor examined the upper limit of the thickness of the epi taxial layer, under which no surface irregularities liquids occur in a degree which is different Error in the light emitting device in the course of their production. As a result, it was identified find that in the case of thin epitaxial layers based on a substrate was grown that was between 0.5 degrees and Tilted 5 degrees, the appearance of various errors in the light emitting device in the course of it Production can be greatly reduced by the thickness of the grown thin epitaxial layer on no more than 150 microns is kept.

In dieser Erfindung beträgt die Dicke der aufgewachsenen dün­ nen Epitaxialschicht vorzugsweise nicht mehr als 150 µm. Wenn die Dicke der aufgewachsenen dünnen Epitaxialschicht größer als 150 µm ist, neigen verschiedene Fehler dazu, in der lichtemittierenden Vorrichtung im Verlaufe ihrer Produk­ tion aus dem oben beschriebenen Grund aufzutreten.In this invention, the thickness of the grown is thin NEN epitaxial layer preferably not more than 150 microns. If the thickness of the grown thin epitaxial layer is larger than 150 µm, various errors tend to occur in the light emitting device in the course of its produc tion for the reason described above.

Die Dicke der dünnen Epitaxialschicht kann gesteuert werden, indem der Temperaturbereich für epitaktisches Aufwachsen der dünnen Schicht und die Dicke der Lösung, die für das Aufwach­ sen verwendet wird, gesteuert werden.The thickness of the thin epitaxial layer can be controlled by the temperature range for epitaxial growth of the thin layer and the thickness of the solution used for waking up sen is used to be controlled.

Während die vorangehende Erläuterung eine dünne Epitaxial­ schicht aus GaAs als ein Beispiel nimmt, tritt die gleiche Erscheinung auch bei dem Aufwachsen einer dünnen Epitaxial­ schicht aus AlGaAs auf. Die Erfindung kann daher ähnlich auf einen Epitaxialwafer angewendet werden, der erhalten wird, indem das Rampenkühlungs-Flüssigphasen-Epitaxieverfahren verwendet wird, um eine dünne Epitaxialschicht aus AlGaAs, die Silizium (Si) enthält, auf ein GaAs-Einkristall-Substrat aufzuwachsen, und ein p-n-Übergang in der dünnen Epitaxial­ schicht durch spontane Siliziuminversion gebildet wird.During the previous discussion a thin epitaxial taking GaAs layer as an example, the same occurs  Appearance also when growing a thin epitaxial layer of AlGaAs. The invention can therefore be similar an epitaxial wafer is obtained which is obtained by the ramp cooling liquid phase epitaxy method is used to make a thin epitaxial layer of AlGaAs, containing silicon (Si) on a GaAs single crystal substrate grow up, and a p-n junction in the thin epitaxial layer is formed by spontaneous silicon inversion.

Beim Umsetzen der Erfindung kann außerdem der Epitaxialwafer der Erfindung nicht nur als eine dünne Epitaxialschicht aus GaAs oder AlGaAs, die mit einem p-n-Übergang durch Addition von Silizium (Si) und Verwendung von spontaner Inversion gebildet wird, sondern auch ohne Änderung der Wirkung als beispielsweise eine dünne Epitaxialschicht ausgebildet sein, die zusätzlich mit einer Fensterschicht zum Steigern der Wirksamkeit der Lichtemission versehen ist. In diesem letzte­ ren Fall überschreitet die Gesamtdicke von allen aufgewach­ senen dünnen Epitaxialschichten vorzugsweise nicht 150 µm.In implementing the invention, the epitaxial wafer can also of the invention not only as a thin epitaxial layer GaAs or AlGaAs with a p-n junction by addition of silicon (Si) and use of spontaneous inversion is formed, but without changing the effect as for example, a thin epitaxial layer can be formed, which additionally with a window layer to increase the Effectiveness of the light emission is provided. In this last one In this case, the total thickness of everyone woke up its thin epitaxial layers preferably not 150 microns.

Die Dicke der n-Typ-Schicht 2 muß wenigstens 10 µm betragen, um den Einfluß des Substrats auf den p-n-Übergang zu mil­ dern, und die Dicke der p-Typ-Schicht 3 muß wenigstens 10 µm betragen, um ein Ausbreiten des elektrischen Stroms in der Richtung parallel zu dem p-n-Übergang sicherzustellen. Die minimale erforderliche Dicke der dünnen Epitaxialschicht beträgt daher 20 µm.The thickness of the n-type layer 2 must be at least 10 microns to change the influence of the substrate on the pn-junction, and the thickness of the p-type layer 3 must be at least 10 microns in order to spread the electrical Ensure current in the direction parallel to the pn junction. The minimum required thickness of the thin epitaxial layer is therefore 20 µm.

Die Erfindung wird nun auf Basis besonderer Beispiele und Vergleichsbeispiele erläutert.The invention will now be based on specific examples and Comparative examples explained.

Die GaAs-Substrate, die in den Beispielen der Erfindung ver­ wendet werden, wiesen Oberflächen auf, deren kristallographi­ sche Oberflächenorientierungen um 0,5 Grad, 1,0 Grad, 2,0 Grad und 5,0 Grad in der [1-10]-Richtung aus der (100)-Ebene gekippt waren.The GaAs substrates used in the examples of the invention were used, had surfaces whose crystallographi surface orientations by 0.5 degrees, 1.0 degrees, 2.0  Degrees and 5.0 degrees in the [1-10] direction from the (100) plane were tipped.

Die GaAs-Substrate, die in den Vergleichsbeispielen verwen­ det wurden, wiesen Oberflächen auf, deren kristallographi­ sche Oberflächenorientierungen um 0,2 Grad und 10,0 Grad in der [1-10]-Richtung aus der (100)-Ebene gekippt waren.The GaAs substrates used in the comparative examples Detected had surfaces whose crystallographi surface orientations by 0.2 degrees and 10.0 degrees in in the [1-10] direction were tilted from the (100) plane.

Zum Produzieren von infrarotlichtemittierenden Dioden auf diesen Substraten, wurden dünne Epitaxialschichten aus GaAs, die Silizium enthielten, darauf durch das Rampenkühlungs- Flüssigphasen-Epitaxieverfahren unter Verwendung des übli­ chen Einschubbootverfahrens gebildet.For producing infrared light emitting diodes these substrates, thin epitaxial layers made of GaAs, which contained silicon on it by ramp cooling Liquid phase epitaxy method using the übli Chen push-in boat procedure formed.

Die Lösung für das Epitaxialwachstum bestand aus metalli­ schem Ga als das Lösungsmittel und 145 g GaAs pro 1 kg des metallischen Ga und 2 g Silizium pro 1 kg des metallischen Ga als der gelöste Stoff. Die Lösung wurde in den Lösungs­ tiegel gegeben, und, wobei das GaAs-Substrat separat auf die Aufwachsvorrichtung gesetzt wurde, das Einschubboot der Aufwachsvorrichtung in einen Aufwachsofen eingesetzt, um die Lösung auf 910°C in einer Wasserstoffatmosphäre zu erhitzen und den GaAs-Polykristall und das Silizium in der GaAs-Lö­ sung vollständig zu schmelzen. Die Temperatur der Lösung wurde dann auf 905°C abgesenkt, und das Einschubboot wurde eingeschoben, um die Lösung auf das Substrat zu führen. Die Einrichtung war konstruiert, um eine 10 mm dicke Schicht der Ga-Lösung auf dem Substrat zu erhalten. Die Temperatur wurde dann mit einer Kühlungsrate von 1°C/min verringert, um eine dünne Epitaxialschicht auf das GaAs-Substrat aufzuwachsen. Nachdem die Temperatur 785°C erreicht hatte, wurde das Atmo­ sphärengas gegen Argon gewechselt, und der Kühlung wurde erlaubt, spontan fortzufahren. Die Temperatur entsprechend der zuvor erwähnten Spontaninversionstemperatur unter diesen Wachstumsbedingungen betrug näherungsweise 860°C. Der Prozeß bildete einen p-n-Übergang in der dünnen Epitaxial­ schicht.The solution for epitaxial growth consisted of metalli chemical Ga as the solvent and 145 g GaAs per 1 kg of metallic Ga and 2 g silicon per 1 kg of metallic Ga as the solute. The solution was in the solution given crucible, and, wherein the GaAs substrate separately on the Waxing device was set, the slide-in boat Waxing device used in a growth oven to the Heat the solution to 910 ° C in a hydrogen atmosphere and the GaAs polycrystal and silicon in the GaAs solder solution to melt completely. The temperature of the solution was then lowered to 905 ° C, and the push-in boat became inserted to guide the solution onto the substrate. The The device was designed to cover a 10 mm thick layer of To get Ga solution on the substrate. The temperature was then reduced to a cooling rate of 1 ° C / min growing a thin epitaxial layer on the GaAs substrate. After the temperature reached 785 ° C, the atmosphere became spherical gas was changed to argon, and the cooling was allowed to continue spontaneously. The temperature accordingly the aforementioned spontaneous inversion temperature among them Growth conditions were approximately 860 ° C. Of the  Process formed a p-n junction in the thin epitaxial layer.

Der Epitaxialwafer, der auf diese Weise erhalten wurde, war eine dünne GaAs-Epitaxialschicht, die näherungsweise 120 µm in der Dicke maß. Die ersten 40 µm auf der Substratseite waren vom n-Typ und die folgenden 80 µm darauf waren vom p-Typ. Der GaAs-Epitaxialwafer zeigte eine n-Typ-Trägerdich­ te von 5 × 10¹⁷ cm-3 nahe der Grenzfläche mit dem Substrat, und eine p-Typ-Trägerdichte von 2 × 10¹⁸ cm-3 an der Oberflä­ che der dünnen Epitaxialschicht.The epitaxial wafer obtained in this way was a thin GaAs epitaxial layer measuring approximately 120 µm in thickness. The first 40 µm on the substrate side were of the n-type and the following 80 µm after that were of the p-type. The GaAs epitaxial wafer showed an n-type carrier density of 5 × 10¹⁷ cm -3 near the interface with the substrate, and a p-type carrier density of 2 × 10¹⁸ cm -3 on the surface of the thin epitaxial layer.

Die Oberflächenmorphologie und die p-n-Übergangskonfigura­ tion des Epitaxialwafers, der auf die vorhergehende Weise zur Verwendung bei der Herstellung von infrarotlichtemittie­ renden Dioden produziert wurde, wird nun erläutert.The surface morphology and the p-n transition configuration tion of the epitaxial wafer, which in the previous way for use in the manufacture of infrared light emitting rende diodes is now explained.

Tabelle 1 zeigt die Qualität der p-n-Übergangskonfiguration und die Oberflächenmorphologie von Epitaxialwafern, die unter Verwendung von Substraten mit dem unterschiedlichen Fehlorientierungswinkel produziert wurden.Table 1 shows the quality of the p-n junction configuration and the surface morphology of epitaxial wafers that using substrates with the different Misorientation angles were produced.

Der p-n-Übergang wurde gespalten und die Konfiguration der Grenzfläche mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet, nachdem sie für drei Minuten mit einer Ätzlösung aus Schwe­ felsäure, Wasserstoffperoxid und Wasser in einem Verhältnis von 8 : 1 : 1 geätzt worden war. In Tabelle 1 werden die Über­ gangsgrenzflächen, die vollständig frei von Zickzack-Thyri­ storen waren, mit G (gut) bewertet, jene, in welchen die Länge der Zickzack-Thyristoren kleiner als 50 µm durch das ganze Epitaxialsubstrat betrug, mit Z (zufriedenstellend) bewertet, und jene, in welchen selbst ein einziger Zickzack- Thyristor mit einer Länge von 200 µm oder größer beobachtet wurde, mit S (schlecht) bewertet. The p-n junction was split and the configuration of the Interface observed with a polarizing microscope, after three minutes with a caustic solution from Schwe rock acid, hydrogen peroxide and water in a ratio of 8: 1: 1 was etched. Table 1 shows the above corridors that are completely free of zigzag thyri were rated G (good), those in which the Length of the zigzag thyristors less than 50 microns through that whole epitaxial substrate, with Z (satisfactory) rated, and those in which even a single zigzag Thyristor with a length of 200 µm or larger was observed was rated S (bad).  

Die Oberflächenmorphologie wurde mit G bewertet, wenn eine gewöhnliche ohmsche Elektrode auf der unpolierten Epitaxial­ waferoberfläche im Verlaufe der Herstellung der lichtemittie­ renden Vorrichtung gebildet werden könnte, Z, wenn eine ge­ wöhnliche ohmsche Elektrode nach einem zusätzlichen Polier­ schritt auf eine Tiefe von 10 µm gebildet werden könnte, und S, wenn eine gewöhnliche ohmsche Elektrode selbst nach einem Polieren auf eine Tiefe von 10 µm nicht gebildet werden könnte.The surface morphology was rated G if one ordinary ohmic electrode on the unpolished epitaxial wafer surface in the course of the production of the light emission renden device could be formed, Z, if a ge usual ohmic electrode after an additional polishing step could be formed to a depth of 10 microns, and S if an ordinary ohmic electrode even after one Polishing to a depth of 10 µm cannot be formed could.

Tabelle 1 Table 1

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß die p-n-Übergangsgrenzflä­ chenkonfiguration mit dem Fehlorientierungswinkel der Sub­ stratoberfläche variierte, wobei Zickzack-Thyristoren, die 200 µm oder mehr maßen, bei einem Fehlorientierungswinkel von 0,2 Grad auftraten, aber absolut kein Zickzack-Thyristor bei einem Fehlorientierungswinkel von 1,0 Grad und mehr auf­ trat. Während Zickzack-Thyristoren bei einem Fehlorientie­ rungswinkel von 0,5 Grad auftraten, überschritt ihre Länge nicht 50 µm. From Table 1 it can be seen that the p-n transition interface configuration with the misorientation angle of the sub strat surface varied, using zigzag thyristors that Measured 200 µm or more at a misorientation angle of 0.2 degrees occurred, but absolutely no zigzag thyristor at a misorientation angle of 1.0 degrees and more kicked. During zigzag thyristors in a misorientation angle of 0.5 degrees occurred, their length exceeded not 50 µm.  

Tabelle 1 zeigt weiter, daß die Epitaxialwaferoberflächenmor­ phologie auch mit dem Fehlorientierungswinkel der Substrat­ oberfläche variierte, wobei eine gute Oberfläche ermöglich­ te, daß eine gewöhnliche ohmsche Elektrode auf dem unpolier­ ten Epitaxialwafer im Verlaufe der Herstellung der lichtemit­ tierenden Vorrichtung erhalten wurde, wenn der Fehlorientie­ rungswinkel nicht mehr als 2,0 Grad betrug, wobei aber eine Oberfläche mit betonten Unregelmäßigkeiten erhalten wurde, die kein Bilden einer ohmschen Elektrode selbst nach dem Polieren auf eine Tiefe von 10 µm erlaubte, wenn der Fehl­ orientierungswinkel 10,0 Grad betrug. Wenn der Fehlorientie­ rungswinkel 5,0 Grad betrug, erlaubte die erhaltene Ober­ fläche ein Bilden einer gewöhnlichen ohmschen Elektrode nach einem zusätzlichen Polierschritt auf eine Tiefe von 10 µm.Table 1 further shows that the epitaxial wafer surface mor phology also with the misorientation angle of the substrate surface varied, whereby a good surface enables te that an ordinary ohmic electrode on the unpolished epitaxial wafers during the production of the light emitters tive device was obtained when the misorientation angle was not more than 2.0 degrees, but one Surface with stressed irregularities was obtained, which do not form an ohmic electrode even after Polishing to a depth of 10 µm allowed if the defect orientation angle was 10.0 degrees. If the misorientation angle was 5.0 degrees, the upper obtained surface resembling an ordinary ohmic electrode an additional polishing step to a depth of 10 µm.

Lichtemittierende Vorrichtungen, die aus den Epitaxialwafern hergestellt wurden, die unter Verwendung von Substraten mit unterschiedlichen Oberflächenfehlorientierungswinkeln produ­ ziert wurden, wurden hinsichtlich Thyristorauftritts vergli­ chen.Light emitting devices emerging from the epitaxial wafers were made using substrates with different surface misalignment angles produ were adorned, were compared with regard to thyristor occurrence chen.

Die Struktur der lichtemittierenden Vorrichtungen ist in Fig. 5 gezeigt. Genauer wurde die Oberfläche der p-Typ- Schicht 3 des Epitaxialwafers mit p-Typ-Elektroden 11 aus Au-Be-Legierung gebildet, die 140 µm im Durchmesser maß, und die Oberfläche des GaAs-Einkristall-Substrats 1 wurde mit einer n-Typ-Elektrode 10 aus Au-Be-Legierung über im wesent­ lichen die gesamte Fläche davon gebildet. Das Ergebnis wurde dann in näherungsweise Quadrate geschnitten, die 250 µm pro Seite in seitlichem Querschnitt maßen.The structure of the light emitting devices is shown in FIG. 5. More specifically, the surface of the p-type layer 3 of the epitaxial wafer was formed with p-type electrodes 11 made of Au-Be alloy measuring 140 µm in diameter, and the surface of the GaAs single crystal substrate 1 was coated with an n- Type electrode 10 made of Au-Be alloy is formed over essentially the entire surface thereof. The result was then cut into approximately squares measuring 250 µm per side in side cross-section.

Tabelle 2 zeigt die Thyristorauftrittsrate. Die Daten basie­ ren auf 10000 Proben für jeden Substratfehlorientierungswin­ kel. Es ist anzumerken, daß kein Thyristorauftritt beobach­ tet wird, wenn ein Substrat mit einem Oberflächenfehlorien­ tierungswinkel von 0,5 Grad oder größer verwendet wird.Table 2 shows the thyristor occurrence rate. The data is based to 10,000 samples for each substrate misorientation win kel. It should be noted that no thyristor occurrence was observed  is used when a substrate with a surface defect angle of 0.5 degrees or larger is used.

Die Ergebnisse demonstrieren deutlich die Überlegenheit der Erfindung.The results clearly demonstrate the superiority of the Invention.

Tabelle 2 Table 2

Wie in dem Vorangehenden dargelegt, mildert die Erfindung das Problem von Zickzack-Thyristorauftritt, das den p-n-Über­ gängen eigen ist, die unter Verwendung von spontaner Sili­ ziuminversion gebildet werden, oder eliminiert dieses, und bewirkt ein Eliminieren des Auftritts von Thyristorstruk­ turen in lichtemittierenden Elementen.As stated in the foregoing, the invention mitigates the problem of zigzag thyristor occurrence that affects the p-n-over is peculiar, using spontaneous sili zium inversion are formed, or eliminated, and causes the appearance of thyristor structure to be eliminated doors in light-emitting elements.

Zusätzlich zu der Entdeckung eines Verfahrens zum Eliminie­ ren von Zickzack-Thyristorauftritt durch Kippen der Oberflä­ chen eines GaAs-Einkristall-Substrats um nicht weniger als 0,5 Grad aus seiner (100)-Oberfläche oder einer äquivalenten Oberfläche, entdeckte der Erfinder auch, daß dieses Verfah­ ren den gleichzeitigen Effekt aufweist, das neue Problem von Epitaxialwaferoberflächenunregelmäßigkeiten überwindet. In addition to the discovery of an elimination process zigzag thyristor appearance by tilting the surface a GaAs single crystal substrate by not less than 0.5 degrees from its (100) surface or equivalent Surface, the inventor also discovered that this process ren has the same effect, the new problem of Overcomes epitaxial wafer surface irregularities.  

Zusammengefaßt ist ein Epitaxialwafer vorgesehen, der ein GaAs-Einkristall-Substrat mit einer Oberfläche umfaßt, die aus der (100)-Oberfläche oder einer äquivalenten Oberfläche um zwischen 0,5 Grad und 5 Grad gekippt ist, wobei eine dünne Epitaxialschicht aus GaAs oder AlGaAs, die Silizium enthält, auf die Oberfläche des Substrats aufgewachsen wird, und ein p-n-Übergang in der dünnen Epitaxialschicht durch spontane Siliziuminversion gebildet wird.In summary, an epitaxial wafer is provided, the one GaAs single crystal substrate having a surface comprising from the (100) surface or an equivalent surface is tilted between 0.5 degrees and 5 degrees, one thin epitaxial layer made of GaAs or AlGaAs, the silicon contains, is grown on the surface of the substrate, and a p-n junction in the thin epitaxial layer spontaneous silicon inversion is formed.

Claims (4)

1. Epitaxialwafer, der gebildet wird, indem ein Rampenküh­ lungs-Flüssigphasen-Epitaxieverfahren verwendet wird, um eine dünne Epitaxialschicht aus GaAs oder AlGaAs, die Silizium (Si) enthält, auf eine Oberfläche eines GaAs- Einkristall-Substrats aufzuwachsen, und ein p-n-Übergang in der dünnen Epitaxialschicht durch spontane Silizium­ inversion gebilden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des GaAs-Einkristall-Substrats aus einer (100)-Oberfläche oder einer äquivalenten Oberflä­ che um zwischen 0,5 Grad und 5 Grad gekippt ist.1. Epitaxial wafer formed using a ramp cooling liquid phase epitaxial process to grow a thin GaAs or AlGaAs epitaxial layer containing silicon (Si) on a surface of a GaAs single crystal substrate and a pn- Transition in the thin epitaxial layer is formed by spontaneous silicon inversion, characterized in that the surface of the GaAs single crystal substrate is tilted from a (100) surface or an equivalent surface by between 0.5 degrees and 5 degrees. 2. Epitaxialwafer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke der gesamten aufgewachsenen dünnen Epitaxialschicht im Bereich von 20-150 µm liegt.2. epitaxial wafer according to claim 1, characterized, that the total thickness of the total grown thin Epitaxial layer is in the range of 20-150 microns. 3. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung, die gebildet wird, indem ein Rampenkühlungs-Flüssigphasen-Epitaxiever­ fahren verwendet wird, um eine dünne Epitaxialschicht aus GaAs oder AlGaAs, die Silizium (Si) enthält, auf eine Oberfläche eines GaAs-Einkristall-Substrats aufzu­ wachsen, ein p-n-Übergang in der dünnen Epitaxialschicht durch spontane Siliziuminversion gebildet wird, eine Elektrode aus einem ersten Leitfähigkeitstyp auf einer hinteren Oberfläche des Substrats gebildet wird, und eine Elektrode aus einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf einer vorderen Oberfläche der dünnen Epitaxialschicht gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des GaAs-Einkristall-Substrats aus der (100)-Oberfläche oder einer äquivalenten Oberfläche um zwischen 0,5 Grad und 5 Grad gekippt ist.3. Semiconductor light emitting device formed by using a ramp cooling liquid phase epitaxy server is used to drive a thin epitaxial layer made of GaAs or AlGaAs containing silicon (Si) to surface a surface of a GaAs single crystal substrate grow, a p-n junction in the thin epitaxial layer is formed by spontaneous silicon inversion, a Electrode of a first conductivity type on a rear surface of the substrate is formed, and an electrode of a second conductivity type a front surface of the thin epitaxial layer is formed  characterized, that the surface of the GaAs single crystal substrate the (100) surface or an equivalent surface is tilted between 0.5 degrees and 5 degrees. 4. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke der gesamten aufgewachsenen dünnen Epitaxialschicht im Bereich von 20-150 µm liegt.4. The semiconductor light emitting device according to claim 3, characterized, that the total thickness of the total grown thin Epitaxial layer is in the range of 20-150 microns.
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