DE2032099B2 - Verfahren zur herstellung eines mit ge dotierten einkristalls fuer eine elektroumineszenzvorrichtung und derartige vorrichtung - Google Patents

Description

2 032 09S
* ^{3 4}

if, dotierung des aufwachsenden Einkristalls verhindert In F i g. la ist eine Längsschnittansicht eines Zv ei-

U und durch Temperaturvariation der Donatorquellen- stufenqaarzreaktionsrohres dargestellt, das zum epif sch^:cht die Menge des dotierten Ge im aufwachsenden taktischen Wachstum verwendet wird, und F ig. t> W Einkristall für die Elektrolumineszenzvorrichtung ein- zeigt als Diagramm die Temperaturverteilung lnnerstellbar ist, uml daß danach zur Bildung einer P-Zoiie 5 halb des Rohres während des epitaktischen Wacns- W Akzeutoratome in den Einkristall eindiffundiert wer- rums. Das Reaktionsrohr 1 wird vorher gereinigt und "Jen getrocknet. Ein Ausgangsmaterial 2, das aus einer

Auf diese Weise ist es möglich, durch Justieren der Mischung von 0,35 g rotem Phosphor und 6 g^™

P TemDeratur der Donatorquellenschicht nicht nur die besteht, eine einkristalline Unterlage aus GaAs 4, die W: »ewünschte Einstellung der Germaniumdotierungs- xo von einem Träger 3 aus Quarz gehalten wird, und eine menge, sondern damit gleichzeitig auch die von dieser Masse von hochreinem rotem Phosphor 5 in einer Si Menge abhängige Elektrolumineszenzfarbe in einem Menge von 3 g sind innerhalb des Reaktionsronrs . weiten Bereich zu steuern. an den dargestellten Plätzen angeordnet. Die uaAS-

* Fine Weiterbildung des die Erfindung aufweisenden Unterlage 4 wird vorher mit Tellur ϊπ einer J^onzen-

Verfahrens besteht dar.,, daß mc. die als Donatoren- 15 tration \on 10¹⁸/cm³ dotiert und ist so ein n-ttnkristun. nudle dienende GaP-Schicht epitaktisch auf dem und man läßt eine Schicht au, GaP cpitaktiscti am Geimaniumkristall aufwachsen läßt, woN:i ihr Ge- dieser Unterlage 4 aufwachsen. Wei'er wird die unter-Geiult durch Selbstdotierung entsteht. lage 4 vorher so geschnitten, daß ihre= ^Obe^^cn^ⁿ?¹'

ν ach bevorzugten Ausführungsarten des die Erfin- der (lOO)-Ebcne übereinstimmt, und diese · iDeniacn«. du " aufweisenden Verfahrens läßt man auf der polier- 20 wird mittels Aluminiumoxyd bis zur Spiegelgute ροκ., Oberfläche als Einkristall für die Flektrolumines- liert. Weiter wird die Unterlage 4 unmittelbar vor aem zen/vorrichtung GaP. GaP^As₁ , (0.4 < .v < 1) oder Einbringen in das Reaktionsrohr 1 mit einer_f M>*« Gin ,P (0 < * < 1) aufwachsen. aus gleichen Teilen Wasser und H₂SO₄ geätzt um oil

'ts ist auch vorteilhaft, da3 die als DonaLorenquelie Verzerrungen und Verunreinigungen zu entfernen, dielende GaP-Schicht mit hohem Germaniumgehalt 25 Das Reaktionsrohr 1 wird in einen, nicht dargesieuau· die eine Oberfläche des Germaniumeinkristaiis ten elektrischen Ofen mit einem geeigneten lemperadureh Vakuumaufdampf ung aufgebracht wird. turgradienten angeordnet und man laßt einen.strom

<· hließlich bezieht sich die Erfindung auch auf eine gereinigten Wasserstoffs durch das Reaktionsronr 1 insD-sondere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren etwa 30 Minuten mit einer Strömungsgeschwindigkeit her-stellte Elektrolumineszenzvorrichtung aus mit 30 von 300 cm³/min durchströmen um die luii im Germanium dotiertem GaP mit einem pn-übergang Reaktionsrohr 1 durch Wasserstoff zu ersetze^ Dazu, i-rzeugung einer Elektrolumineszenz, bei der die nach wird dem elektrischen Ofen elektr scher Strom X, _genan^Snte^gAufgabe dadurch gelöst ist, daß das zugeführt, um ^JempeiBtur des Reakt^nOThr«l Em,sMons_Vektrum der Elektrolumineszenz im wesent- zu erhöhen. Durch geeignete Kontrolle des Tempera HdU durch die Menge der Germaniumdotierung zur 35 turgradienten in dem elektrischen Ofen und des dem Era« einer gewünschten Elektrolumineszenzfarbe elektrischen Ofen ^g^"^^"^⁰™⁵^" ^" ^ fm Bereich von Rot bis Gelb eingestellt ist. Temperaturverteilung innerhalb des Reaktio

Das die Erfindung aufweisende Verfahren und seiae in einer Weise beibehalten, wie sie in .- 1 g. Vorteile werden an Hand der in der Zeichnung veran- stellt ist, woraus man erkennt, JaL das schaulichten Ausführungsbei^iele näher erläutert; 40 rial 2, die Unterlage darin zeigt auf 950° C bzw. 8C

F i g. la einen Längsschnitt eines Zweistufenreak- erhitzt werden.

^Errind;v^er"^<s

£Zr+i »heische ™*h„U,a„s;ch_t eines =. ^^Z^l^<%^L· Ausfuhrungsbebpiels einer die Erfindung aufweiien- rohr "»^ⁿ ^"^JK, Wasserstoff wird to elekToluminesrierenden Vornchtung und «ne. J^MoljTO« OeH.^nthal^

^er ^Drei:r

tSsTsoil ein erstes Ausführungsbeispiel der die den 1«^^™%^ ** Erfindung aufwenden Elektrolumineszenzvornch- 60 i^^^^^SSSt etwa 250 μ Dicke tung beschrieben werden, in dem eine Schicht aus _M?»£Vj*terta«4^^ einem GaP-Kristall, ^r mit Germanium dotiert wird, »^u[.i«"ⁿ£^

epitaktisch auf einer einkristallinen Unterlage aus ^^^^^£^««^^ ^{von etwa} GA fh lassen wird wobei diese Schicht ist ™™^*^™?l{ⁿ Shih

epitaktisch auf einer einkristallinen g ^^^^^£^««^^ ^{von etwa}

GaAs aufwachsen gelassen wird, wobei diese Schicht ist ™™^*^™?l{ⁿ„ _daß diese Schicht vom naus GaP verwendet wird, um eine pn-Übergangsdiode 6₅ 9 · 10"/cm dotiert "JJJ _{d durch Abschlei}. zu schaffen, und eie Vorwärtsvorspannung an die ^»tungsjvp .st. Der Unte ag ^ ^

Diode angelegt wir
Sirahlen anzuregen.

aus GaP verwendet wird, um eine pnÜbergangsdiode ₅ 9 /JJJ _d

zu schaffen, und eine Vorwärtsvorspannung an die ^»tungsjvp .st. Der Unte ag ^

Diode angelegt wird, um die Em.ss.on von sichtbaren en entiernt, um *jj^«^ _{das Kri9t}allstück wird

Shl ^ιου I*

mittels einer Mischung gleicher Teile HCl und H₂O₂ daß die Elektronen, die thermisch von dem Germa-

geätzt, um Verzerrungszonen zu entfernen. Dieses niumdonorniveau in der n-Schicht 21 zum Leitungs-

Kristallstück wird zusammen mit Zink und Phosphor band erregt werden, unter der Einwirkung der Vor-

in einem Quarzgefäß eingeschlossen, und das Gefäß Spannungsquelle zur Wanderung in die p-Schicht 22

wird bis zu einem Vakuum von etwa 10-* Torr eva- 5 veranlaßt werden, in das Germaniumniveau in der p-

kuiert. Das Gefäß wird etwa 30 Minuten auf einer Schicht 22 eingefangen werden und mit den Löchern

Temperatur von 850⁰C gehalten, um Zink in das rekombinieren, die durch den Zinkakzeptor eingefan- Kristallstück eindiffundieren zu lassen und so einen gen sind, wodurch die Rekombinationsstrahlung aus-

pn-Übergang zu schaffen. Das Kristallstück wird dem gestrahlt wird. Obwohl der auffallende, bei 5700 A

Gefäß entnommen, und eine seiner Oberflächen wird io auftretende Spitzenwert vorstehend nur behandelt

durch Schleifen um etwa 50 μ abgearbeitet. Dann wurde, um die Tatsache zu zeigen, daß Germanium

wird auf die abgearbeitete Oberfläche Nickel aufplat- das flache Donorniveau in GaP schafft, zeigt eine nä-

tiert. Eine Tablette der Größe von 1 mm* wird von here Beobachtung des Emissionsspektrums auch die

dem Kristallstück, das in der beschriebenen Weise Tatsache, daß noch weitere Spitzenwerte der Lumines-

behandelt ist, abgeschnitten. >5 zenz auf Grund des Germaniumdonors bei 6780 und

In F i g. 2 ist eine Schaltskizze einer elektrolumines- 8000 A vorliegen. Die relative Intensität der drei zierenden Vorrichtung unter Verwendung der vorbe- Spitzenwerte, die mit dem Germaniumdonor zusamschriebenen Tablette dargestellt, wobei Teile der Vor- menhängen, variiert in Abhängigkeit von der Menge richtung im Schnitt gezeichnet sind. Eine Schicht 22, des eindotierten Germaniums. Daher läßt sich die die die Oberfläche des Einkristalls aus GaP 21 bedeckt, *o Lumineszenzfarbe zwischen Rot und Gelb variieren, der mit Germanium dotiert ist und daher den η-Lei- indem man die Menge des GeH₄ in dem während des tungstyp aufweist, ist auf Grund der Diffusion von epitaktisrhen Wachstums des GaP in das Reaktions-Zink in den p-Typ umgewandelt, und so hat sich rohr eingeführten Wasserstoffstroms variiert, zwischen den Schichten 21 und 22 ein pn-Übergang Das erste Ausführungsbeispiel belegte die Tatsache, gebildet. Die der die p-Schicht 22 tragenden Oberfläche as daß das flache Donorniveau von in Schichten aus GaP entgegengesetzte Oberfläche der Schicht 21 ist mit bzw. GaPjAs₁-, beim epitaktischen Wachstum auf Nickel plattiert, um eine Elektrode 23 zu schaffen. einer Unterlage aus GaAs dotiertem Germanium zur Eine Indiumelektrode ist an der Oberfläche der p- Emission von sichtbaren Strahlen wirksam ist. Jedoch Schicht 22 angebracht. Die Elektroden 23 und 24 sind ist der als Unterlage verwendete Einkristall aus GaAs in Ohmschem Kontakt mit den Schichten 21 bzw. 22. 30 gegenwärtig kein preiswertes Material. Wenn die Elektroden 23 und 24 mit einer Vorspan- Einige im folgenden beschriebene Ausführungsbeinungsquelle verbunden werden und man einen Vor- spiele beziehen sich auf eine elektrolumineszente Vorwärtsstrom von etwa 5 mA an die Elektroden 23 und richtung unter Verwendung eines mit Germanium 24 anlegt, wird ein gleichmäßiges Licht von orange- dotierten III-V-Verbindungshalbleiters, der gemäß dem gelber Farbe hauptsächlich von der p-Schicht 22 emit- 35 die Erfindung aufweisenden Verfahren epitaktisch auf tiert. einer Unterlage aus Germanium aufgewachsen ist.

Das Emissionsspektrum hat zwei auffallende Spit- Zunächst soll ein zweites Ausführungsbeispiel be-

zenwerte bei etwa 7000 und 57OOA. Der Spitzenwert schrieben werden, in welchem GaP epitaktisch auf

bei 7000 A fällt mit einem gut bekannten Spitzenwert einer einkristallinen Unterlage aus Germanium auf-

auf Grund der Rekombinationsstrahlung von Elek- 40 wachsen gelassen wird und man eine pn-Übergangs-

tronen, die durch den Sauerstoffdonor eingefangen diode aus dieser epitaktisch aufgewachsenen Schicht

sind, und Löchern zusammen, die durch den Zink- zur Emission sichtbarer Strahlen verwendet, akzeptor eingefangen sind. Der Sauerstoff wird in den In dem Reaktionsrohr 1 nach Fig. la wird hierzu

Kristall im Lauf des Wachsrums des Kristalls ein- der Unterlagenträger 3 nach rechts zu einei Stelle

dotiert, soweit er im Reaktionsiohr in Form eines 45 verlagert, an der die Temperatur der Unterlage ent-

Zersetzungsprodukts der Wand des Quarzreaktions- sprechend F i g. Ib 780⁰C beträgt. Die Unterlage 4 ist

rohres oder als Verunreinigung in den in das Reak- in diesem Fall ein Einkristall ans n-Oennanhitn mit

tionsrohr eingeführten Oasen enthalten ist Phosphorgehalt in einer Konzentration von lO^/cm».

Hinsichtlich des bei 5700 A auftretenden Spitzen- Der Einkristall aus n-Germanium wird an einer Oberwertes führte eine Untersuchung des Wachstumsvor- so fläche, die mit der (lM>Fläche übereinstimmt, geganges des Kristalls zu einem Schloß, daß dieser schliffen, um eine Kristallwachstumsfläche zu schaffen. Spitzenwert auf das eindotierte Germanium zurück' und die entgegengesetzte Oberfläche wird mit einem zuführen ist Weiter tritt bei einer herkömmlichen Siliziumdioxidfilm von etwa 5000 A Dicke bedeckt Diode, die durch Eindiffundieren von Zink in mit Während des epitaktischen Wachstums von GaP Tellur dotiertes GaP erhalten wird, ein Spitzenwert 55 im Reaktionsrohr I wird ein Strom vcn reinem Wasserder Lumineszenz auf Grund des Elektronenüberganges stoff ohne GeH₄-GeDaIt vom Gaseinlaß 7 her eingezwischen Tellur, das ein flaches Donorniveau ergibt, fährt Die weitere Behandlung beim Kristallwachstum und Zink, das ein Akzeptor ist, ebenfalls bei 5700 A ist der im ersten Ausführungsbeispiel entsprechend, auf. Aus den beiden vorgenannten Gründen kann man Daher wird k. diesem Fall kein Germaniumdotierannehmen, daß Germanium ein flaches Donorniveau 60 mittel in das Reaktionsrohr 1 von außen eingeführt, im GaP wie Tellur bildet und der Elektionenübergang Durch die vorstehende Behandlung wächst eine etwa zwischen Germanium und dem Zinkakzeptor die Re- 340 μ dicke Schicht von GaP auf der Unterlage aus kombinationsstrahlung ausstrahlt, deren Spitzenweit Germanium 4 in etwa 5 Stunden auf. Die so gewachbei 5700 A auftritt. sene Schicht aus GaP enthält eine große Menge von

Wie schon beschrieben, tritt die Lumineszenz haupt- 65 Germanium und ist schwarz und undurchsichtig. Im

sächlich in der p-Schicht 22 auf. So wird in dem in Lauf der vorstehenden Behandlung wird der die Rück-

F 1 g. 2 dargestellten Aufbau die Lumineszenz mit dem sehe der Unterlage aus Germanium 4 bedeckende SiIi- Snit7enwert bei 5700 A durch die Tatsache erzeugt, ziumdioxidfilm durch den H-'iogendampf wjggeätzt,

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so daß Germanium in einer großen Menge von der von der Unterlagenoberfläche war die Trägerkonzen-Rückseite und von den Seitenflächen der Unterlage 4 tration je nach der Temperatur der Unterlage 2 · IO¹⁷/ innerhalb des Reaktionsrohrs 1 verdampft wird. Der cm³ bzw. 7 · 10¹⁷/cm³bzw. 1 · 10¹⁸/cm³ für eine Unterso erzeugte Germaniumdampf wird in die wachsende lagentemperatur von 780 bzw. 800⁰C bzw. 820⁰C. Die Schicht aus GaP eindotiert. Das heißt, daß eine Dotie- 5 nach diesem Verfahren erhaltene aufgewachsene rung einer großen Menge von Germanium durch Schicht aus GaP zeigt einen befriedigenden Kristalli-Selbstdotierung bewirkt wird. Das Kristallwachstum sationsgrad, und eine pn-Übergangsdiode, die aus in Gegenwart einer so großen Menge von Germanium- dieser gewachsenen Schicht nach einer der vorher bedampf läuft entsprechend dem sogenannten Dampf- schricbenen ähnlichen Behandlung erhalten wurde. Flüssig-Fest-Verfahren ab, und so enthält die gewach- 10 emittiert sehr helles Licht, das in Abhängigkeit von sene Schicht Germanium in einer sehr großen Menge, der dotierten Germaniummenge von Orange bis Grün die fast der festen Löslichkeitsgrenze entspricht. Da variiert.

eine so große Menge Germanium sowohl in die Donor- So zeigt sich, daß das Verfahren zum epitaktischen

zone als auch in die Akzeptorzone des wachsenden Aufwachsenlassen einer Schicht aus GaP auf einer

Kristalls aus GaP eindotiert wird, ergibt sich zwischen 15 Germaniumunterlage, deren Rückseite mit einer Über-

dem Donor und dem Akzeptor eine Kompensierung. zugsschicht aus Germanium in großer Menge enthal-

Im Ergebnis ist die Trägerkonzentration höchstens in tendem GaP aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten auf

der Größenordnung von 5 bis 8 · 10¹⁸/cm⁸, trotz der Grund der Tatsache vorteilhaft ist, daß Germanium,

Tatsache, daß Germanium in großer Menge vorliegt. das viel preiswerter als GaAs ist, als Unterlage ver- Die vorstehend genannte Trägerkonzentration variiert ao wendet wird. Ein weiterer Vorteil beruht auf der Tat-

im wesentlichen auch dann nicht, wenn die Temperatur sache, daß die Menge des dotierten Germaniums leicht

der Unterlage während des K ristall Wachstums im und genau überwacht werden kann, indem man einfach

Bereich von 760 bis 810°C variiert wird. Daher ist es die Lage der Unterlage innerhalb des Reaktionsrohres

schwierig, den Germaniutndonor im Fall des Wachs- und damit die Temperatur der Unterlage variiert, so

turns des Kristalls aus GaP in der vorstehend beschrie- 35 daß die Farbe des ausgestrahlten Lichts durch Variie-

benen Weise zu steuern. ren der Germaniumdotiermenge eingestellt werden

Die Rückseite der Unterlage in dem Kristallstück, kann. Ein weiterer Vorteil ist der, daß der so gewach-

das aus der Unterlage aus Germanium und der ge- sene GaP-Kristall einen zufriedenstellenden Kristalli-

wachsenen Schicht aus GaP besteht, die durch die sationsgrad aufweist und eine pn-Übergangsdiode aus

beschriebene Kristallwachstumsbehandlung erhalten 30 einem solchen Kristall Licht einer sehr großen Hellig-

wurde, wird geschliffen, um sowohl irgendwelche ver- keit ausstrahlt.

bliebenen Teile des Siliziumdioxidfilms als auch auf Bei einem dritten Ausführungsbeispiel wird ein Grund der Verdampfung von Germanium unebene Mischkristall in Form von epitaktisch auf einer Ger-Teile der frei liegenden Germaniumoberfläche zu ent- maniumunterlage gewachsenem GaP₁As_{1 T} erzeugt, fernen, und die geschliffene Oberfläche wird weiter 35 Gleich dem zweiten Ausführungsbeispiel wiru eine bis auf Spiegelgüte poliert. Der erhaltene Kristallstück· Schicht aus auf Grund der Eigendotierung Germanium aufbau, der aus der Unterlage aus Germanium und in großer Menge enthaltendem GaP zunächst auf einer der aufgewachsenen Schicht aus GaP besteht, wird als Germaniumunterlage aufwachsen gelassen. Das aus Unterlage verwendet, und man führt das gleiche Ver- der Germaniumunterlage und der GaP-Schicht befahren des Kristallwachstums, wie es vorher beschrie- 40 stehende Kristallstück wird als Unterlage für das ben wurde, durch, um erneut ein epitaktisches Wachs- Wachstum eines Mischkristalls verwendet. Die Rücktum eines Kristalls aus GaP auf dieser Unterlage zu seite der Germaniumunterlage wird geschliffen und auf erzielen. Dabei ist die Spiegelfläche der Germanium- Spiegelgüte poliert, um die Mischkristallaufwachsunterlage die Kristallwachstumsfläche, und die vorher fläche zu schaffen, und die GaP-Schicht wird als Übergewachsene Schicht aus GaP mit Germaniumgehalt in 4·; zugsschicht verwendet.

großer Menge ist die Übtrzugsschicht für die Germa- Man leitet dann einen Strom von PCl₃ enthaltendem

fihtmonterlage. Durch dieses Kristallwachstum wächst Wasserstoff und einen Strom von AsCl₃ enthaltendem

tine Schicht ans QaP mit rotoranger oder rotbrauner Wasserstoff in das Reaktionsrohr ein, um eine Schicht

Farbe auf der Germaniumunterlage auf. aus GaPrAs₁-, auf der Unterlage aufwachsen zu Bei diesem Kristallwacbstumsveffahren verhindert so lassen. Es wird ein Strom von mit PG₃ gesättigtem

die Überzugsschicht, d. h. die Schicht aus GaP, die und mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 cm³/

Selbstdotierung von Germanium von der Rückseite min strömendem Wasserstoff mit einem Strom von

der Germaniumunterlage, und das Dotieren von Ger- mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 40 cnrVmin

manium in die aufgewachsene Schicht wird durch durch ein anderes, auf 2S⁰C gehaltenes Quarzrohr, in

Germanium, das aus der Unteriagenoberfläche aus- 55 welchem AsQ₃ enthalten ist, strömenden Wasserstoff

tritt, sowie Germanium bewirkt, das durch Zersetzung gemischt, und der gemischte Strom wird durch den

der Überzugsschicht entsteht. Wegen dieser Dotie- Gaseinlaß 6 in das Reaktionsrohr 1 eingeführt Bei

rungsart ist die Menge des in die auf gewach.-?ne diesem Ausführungsbeispiel verwendet man jedoch

Schicht dotierten Germaniums nicht so groß wie im reinen Wasserstoff, und durch die Zersetzung der Über- FaIl der Selbstdotierung. Weiter wird bei diesem Ver- 60 zugsschicht erzeugtes Germanium wird zur Ger-

fahrensschritt die Menge des dotierten Germaniums maniumdotierung in der Mischkristallschicht verwen-

und damit die Trägerkonzentration leicht und genau det. Die Strömungsgeschwindigkeit des PCl₃ enthal-

durch Überwachung der Temperatur der Unterlage tenden Wasserstoffstromes läßt sich im Verhältnis zur

gesteuert. Die Trägerkonzentration in einem tiefen Strömungsgeschwindigkeit des AsCl₃ enthaltenden

Teil der aufgewachsenen GaP-Schicht in einer Ent- 65 Wasserstoffstromes geeignet so variieren, daß der

fernung von der besonderen Zone in der Nähe der Mischkristall nach der Formel GaP_xAs₁-T den jeweils

Oberfläche der Unterlage wurde gemessen. Nach den gewünschten Wert von χ aufweist. Der so gewachsene Meßergebnissen an einem Punkt im Abstand von ISO μ Mischkristall wird einer Behandlung unterworfen, die

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der früher beschriebenen ähnlich ist, wodurch eine genannten Schritte v,ächst ein Mischkristall der Formel pn-Übergangsdiode geschaffen wird. Wenn diese pn- Ga₁In₁-ZP(O < χ < 1) epitaktisch auf der Germanium-Übergangsdiode jnit einer Vorspannungsquelle ver- unterlage 13 auf. Der Wert von χ in der vorstehenden bunden wird und man den Anschlüssen Vorwärts- Formel läßt sich durch Veränderung der relativen strom zuführt, hat das ausgestrahlte Licht einen Spit- 5 Strömungsgeschwindigkeit der Ströme von PCl₃ entzenwert auf Grund der Anwesenheit des flachen Donor- haltendem, durch die Gaseinlässe 17 und 18 eingef ührniveaus von Germanium, und dieser Spitzenwert ist in ten Wasserstoff variieren.
Abhängigkeit von dem Wert von χ variabel. Unter Mischkristallen verschiedener Zusammen-

Bei einem vierten Ausführungsbeispiel läßt man Setzungen wurde eine aufgewachsene Schicht, die aus

einen Mischkristall der Formel Ga^In_{1 X}P epitaktisch io einem Mischkristall der Zusammensetzung Ga_o,₃In_o,₇P

auf einer Germaniumunterlage aufwachsen. mit einer Germaniumdotierung in einer Konzentration

In den Fig. 3a und 3b erkennt man eine von 10¹⁷/cm³ bestand, ausgewählt und einer Behand-

Längsschnittansicht eines Dreistufenreaktionsrohres, lung ähnlich der bereits beschriebenen unterworfen,

das für das Wachstum des bei diesem Ausführungs- um eine pn-Übergangsdiode zu schaffen. Wenn ein

beispiel verwendeten Mischkristalls verwendet wird, 15 Vorwärtsstrom an diese pn-Übergangsdiode angelegt

und ein Diagramm zur Erläuterung der Temperatur- wurde, strahlte sie Licht von orangegelber Farbe mit

verteilung innerhalb des Reaktionsrohres. Das Reak- hoher Helligkeit aus, und das Spektrum dieses Lichtes

tionsrohr 9 wird vorher gereinigt und getrocknet. Ein zeigte einen ausgeprägten Spitzenwert bei etwa 6000 A.

Ausgangsmaterial 10 auf hoher Temperatur, das aus Wenn Germanium in einen Kristall aus GaP oder

einer Mischung von Phosphor und Gallium besteht, ao einen Mischkristall von Ill-V-Verbindungshalbleitem

ein Ausgangsmaterial 11 auf niedriger Temperatur, mit GaP-Gehalt eindotiert wird, liefert das Germanium

das aus einer Mischung von Phosphor und Indium be- ein flaches Donorniveau in dem Kristall, so daß der

steht, eine von einem Träger 12 aus Quarz gehaltene Kristall einen n-Leitungstyp zeigt. Dieses Donorniveau

Unterlage aus Germanium 13 und eine Menge roten läßt sich ausnutzen, um eine Elektrolumineszcnzvor-

Phosphors 14 werden innerhalb des Reaktionsrohres 9 »5 richtung zu erhalten.

an den dargestellten Plätzen angeordnet. Die Rückseite Weiter nutzt man beim Herstellen des mit Germader Germaniumunterlage 13 ist mit einer Schicht aus nium dotierten Kristalls eine aufgewachsene, durch GaP mit großem Germaniumgehalt, wie schon be- Selbstdotierung mit einer großen Menge von Germaschrieben wurde, überzogen. nium dotierte Schicht aus GaP als Überzugsschicht !

Das Reaktionsrohr 9 wird in einen nicht dargestell- 30 aus, die auf der Rückseite der Germaniumunterlage j

ten elektrischen Ofen mit einem geeigneten Tempera- angebracht wird, und läßt den Kristall epitaktisch auf I

turgradienten eingebracht. Man führt einen Strom der gegenüberliegenden Oberfläche der Germanium- !

reinen Wasserstoffs in das Reaktionsrohr 9 sowohl unterlage aufwachsen. Die Überzugsschicht dient nicht j

durch den Gaseinlaß 15 als auch durch den Gaseinlaß nur als eine die Selbstdotierung verhindernde Schicht, i

16 ein, während ein Strom von PCl₃ enthaltendem 35 sondern auch als geeignete Quelle für die Dotierung !

Wasserstoff in das Reaktionsrohr 9 sowohl durch den mit Germanium. Daher kann nicht nur die Menge des j

Gaseinlaß 17 als auch durch den Gaseinlaß 18 einge- dotierten Germaniums leicht und genau eingestellt

lassen wird, und diese Gasströme werden aus dem werden, indem man die Temperatur der Unterlage

Reaktionsrohr 9 durch den Gasauslaß 19 abgelassen. variiert, sondern der so aufgewachsene Kristall zeigt

Nach dem Ersatz der Luft im Reaktionsrohr 9 durch 40 auch einen befriedigenden Kristallisationsgrad und !

die so eingeführten Gasströme wird dem elektrischen ein ausgezeichnetes Verhalten. Ein weiterer Vorteil

Ofen zwecks Steigerung der Temperatur des Reak- beruht darauf, daß der dotierte Kristall frei von Ver-

tionsrohres 9 elektrischer Strom zugeführt. Durch unreinigung durch andere unerwünschte Stoffe ist, da

geeignete Überwachung des Temperaturgradienten im die bei der Dotierung mit Germanium teilnehmenden

elektrischen Ofen und des dem elektrischen Ofen zu- 45 Stoffe Germanium, das die Unterlage bildet, und

geführten Stromes wird die Temperaturverteilung im Gallium, Phosphor und Germanium in der Überzugs*

Reaktionsrohr 9 in einer in F i g. 3b gezeigten Weise schicht sind. Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß

gehalten, woraus sich ergibt, daß das Hochtemperatur- die Germaniutnunteilage preiswerter als die sonst ver-

Ausgangsmaterial 10, das Niedrigtemperatur-Aus- wendete Unterlage aus GaAs ist. gangsmaterial 11, die Unterlage 13 und die Masse roten so Weiter wirkt die als Überzugsschicht dienende GaP-

Phosphors 14 auf 950 bzw. 870⁰C bzw. 680 bis 720° C Schicht nur zum Verhindern der Selbstdotierung und

bzw. 370 bis 400°C erhitzt werden. Die Gesamt- Schaffung einer Dotierquelle von Germanium. Daher

strömungsgeschwindigkeit des in das Reaktionsrohr 9 ist das epitaktische Aufwachsen dieser GaP-Schicht in

eingeführten, PCI* enthaltenden Wasserstoffs wird auf der in den Ausführungsbeispielen erläuterten Weise weniger als 100 caPJmin begrenzt, während die Ge- 55 erläßlich und kann durch andere Verfahren, wie z. B.

Samtströmungsgeschwindigkeit des in das Reaktions- Vakuumaufdampfung von GaP mit einem großen

rohr 9 eingeführten reinen Wasserstoffs auf weniger Gehalt an Germanium, auf der Germaniumunterlage

ab 120 cm³/min begrenzt wird. Durch die vorstehend ersetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. der eine Gennaniumdotierung enthält, wobei der

   ' Patentansprüche: Bauteilkörper ein Paar Elektroden in Ohmschem Kontakt mit den entgegengesetzten Oberflächen des

   !.Verfahren tut Herstellungeines mit Ge dotier- Kristalls aufweist und eine Vorspannungsquelle

   tierten Einkristalls für eine Elektrolumineszenz- 5 zwecks Hervorrufens einer Wanderung der vom Niveau

   vorrichtung, der aus einer GaP enthaltenden III- der Germaniumdonordotierung angeregten Elektronen

   V-Halbleiterverbindung besteht, dadurch ge- in den Kristall mit den Elektroden verbunden ist

   kennzeichnet, daß auf einem Germanium- Aus der französischen Patentschrift 1 514 180 ist es

   einkristall eine GaP-Schicht mit großem Ge-Gehalt bekannt, einen pn-Übergang im Kristall zu bilden und

   als Donatorquelle aufgebracht wird, daß danach io die Vorspannungsquelle einen Vorwärtsstrom über

   die der Donatorquellenschicht gegenüberliegende üen Obergang liefern zu lassen, wodurch die Elek-

   Oberfläche des Germaniumeinkristalls poliert wird, tronen von der η-Schicht zur p-Schicht wandern und

   daß man auf der polierten Oberfläche den Einkri- über ein flaches Niveau in der p-Schicht die Rekombi-

   stall für die Elektrolumineszenzvorrichtung mit nationsstrahlung aussenden, wobei der Kristall ein

   N-Leitungstyp epitaktisch aufwachsen läßt, wobei 15 GaP-Kristall oder ein Mischkristall der Zusammen-

   die Donatot, uellenschicht die Selbstdotierung setzung GaPj-As₁-J sein kann.

   des aufwachsenden Einkristalls verhindert und Für ähnliche Zwecke ist aus »Applied Physics durch Temperaturvariation der Donatorquellen- Letters«, Vol. 13, 1968, Nr. 12, S. 421 bis 423, ein schicht die Menge des dotierten Ge mit aufwach- Mischkristall der Zusammensetzung Ga^In^P besenden Einkristall für die Elektrolumineszenzvor- 20 kannt.

   richtung einstellbar ist, und daß danach zur Bildung Aus »Applied Physics Letters«, Vol. 14, 15. 3. 1969,

   einer P-Zone Akzeptoratome in den Einkristall ein- Nr. 6, S. 193 bis !95, ist es schließlich bekannt, bei

   diffundiert werden. ähnlichen Vorrichtungen dem Kristall durch eine Vor-
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Spannungsquelle eine so hohe Spannung zuzuführen, zeichnet, daß man die als Donatorenquelle dienende 25 daß der Kristall einen negativen Körperwiderstand GaP-Schicht er.'taktisch auf dem Germaniumein- zeigt.

   kristall aufwachsen läßt, wobei ihr Ge-Gehalt durch Man nahm bisher an, daß Germanium als Donor

   Selbstdotierung entsteht. und als ein tiefes Energieniveau einnehmender Akzep-
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- tor wirkt, wenn ein Kristall aus GaP mit Germanium zeichnet, daß man auf der polierten Oberfläche als 30 dotiert wird. So wurde bei einer Lichtemissionsdiode Einkristall für die Elektrolumineszenzvorrichtung unter Verwendung von mit Germanium dotiertem GaP aufwachsen läßt. GaP eine Strahlung von sichtbarem Licht mit einer
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- geringeren Wellenlänge als der von rotem Licht durch zeichnet, daß man auf der polierten Oberfläche als Zusatz von Germaniumdotiermutel als unmöglich Einkristall für die Elektrolumineszenzvorrichtung 35 angesehen, da das GermaniumdotierungEmittel, wie GaP_xAs₁-J (0,4 < A^- < 1) aufwachsen läßt. beschrieben, ein tiefes Niveau besitzt. Wei-
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- ter ist angesichts des Segregationskoeffizienten das zeichnet, daß man auf der polierten Oberfläche als Dotieren von Germanium in den Kristall aus GaP Einkristall für die Elektrolumineszenzvorrichtung verhältnismäßig schwierig. Aus diesen Gründen wurde GaJ-In₁ j-P (0 < χ < 1) aufwachsen läßt. 40 der Kristall aus GaP mit Germaniumdotierung nicht
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- als Material einer elektrolumineszierenden Diode verzeichnet, daß die als Donatorenquelle dienende wendet.

   GaP-Schicht mit hohem Germaniumgehalt auf die Es wurde festgestellt, daß im Laufe von epitakti-

   eine Oberfläche des Germaniumeinkristalls durch schem Wachstum einer GaP-Schicht auf einer Ger-

   Vakuumaufdampfung aufgebracht wird. 45 maniumunterlage eine große Menge von Germanium
7. 7. Elektrolumineszenzvorrichtung aus mit Ger- auf der Unterlage durch den Mechanismus der Selbstmanium dotiertem GaP mit einem ρη-Übergang dotierung in die aufgewachsene Schicht dotiert wird, zur Erzeugung einer Elektrolumineszenz, insbe- wodurch darin eine η-Schicht gebildet wird, und daß sondere nach Herstellung gemäß einem der An- eine aus dieser gewachsenen Schicht hergestellte pnsprüohe 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das 50 Übergangsdiode sichtbare Strahlen aussendet.
   Emissionsspektrum der Elektrolumineszenz im Nach dem Stand der Technik wird die Elektrolumiwesentlichen durch die Menge der Germanium- neszenzfarbe üblicherweise durch Ändern des verwendotierung zur Erzeugung einer gewünschten Elek- deten Halbleitermaterialtyps und/oder Dotiermittels trolumineszenzfarbe im Bereich von Rot bis Gelb eingestellt.

   eingestellt ist. 55 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das

   eingangs genannte Verfahren so auszugestalten, daß

   sich zur Einstellung der Elektrolumineszenzfarbe die

   zum Dotieren verwendete Germaniummenge leicht steuern läßt.

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur 60 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

   rlerstellung eines mit Ge dotierten Einkristalls für eine löst, daß auf einem Germaniumeinkristall eine GaP-

   Blektrolumineszenzvorrichtung, der aus einer GaP ent- Schicht mit großem Ge-Gehalt als Donatorenquelle

   iahenden III-V-Halbleiterverbindung besteht, und auf aufgebracht wird, daß danach die der Donatorquel-

   :ine derartige Vorrichtung lenschicht gegenüberliegende Oberfläche des Germa-

   Aus der USA.-Pctentschrift 3 387 163 ist eine elek- 65 niumeinkristalls poliert wird, daß man auf der polierten

   ronische Halbleitervorrichtung mit einem Ill-V-Ver- Oberfläche den Einkristall für die Elektrolumineszenz-

   jbilungs-Halbleiterkristall bekannt, bei dem ein Bau- vorrichtung mit N-Leitungstyp epitaktisch aufwachsen

   eilkörper aus einem GaP-Halbleiterkristall vorliegt, läßt, wobei die Donatorquellenschicht die Selbst-