DE2305544A1 - SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTALS OF THE N-TYPE, METHOD OF BREEDING THE SAME AND APPLICATION OF SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTALS IN SEMICONDUCTOR LIGHT SOURCES - Google Patents
SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTALS OF THE N-TYPE, METHOD OF BREEDING THE SAME AND APPLICATION OF SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTALS IN SEMICONDUCTOR LIGHT SOURCESInfo
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Description
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SIUZIUIiKAffBIEEINIBISTALLE VOM η-ΤΪΡ, VEEPAHEEN ZUH ZÜCHTUNG DEBSELEEH UHD ANWENDUNG IXBE SILIZIUMKAREDJEINKRISIALLE IN HALBLEITERLICHTQUELLENSIUZIUIiKAffBIEEINIBISTALLE VOM η-ΤΪΡ, VEEPAHEEN ZUH BREEDING DEBSELEEH UHD APPLICATION IXBE SILICON KAREDJEINKRISIALLE IN SEMI-CONDUCTOR LIGHT SOURCES
Sie Erfindung bezieht sich auf Halbleiter und betrifft insbesondere Slllzlumkarbldelnkrlstalle vom η-Typ, Verfahren zur Züchtung derselben und die Anwendung der Siliziumkarbid» einkristalle in Halblelterllchtquellen·It relates to and relates to semiconductors in particular slum carlet claw stalls of the η type, process for the cultivation of the same and the application of silicon carbide » single crystals in half light sources
17 B9 Mg9 Mn9 Cu9 Tl9 u.a· in einer fiesamtkonzentratlon von 10 -17 B 9 Mg 9 Mn 9 Cu 9 Tl 9 a.o.in a total concentration of 10 -
1018 cm*"^ enthalt und eine Storstellendlchte von 5·1Ο2-#0^ cm"2 aufweist«10 18 cm * "^ and has a gap length of 5 · 1Ο 2 - # 0 ^ cm" 2 «
Es 1st auch ein Verfahren zur Züchtung von Slllzlumkarbtdelnkr 1st allen vom η-Typ durch Übers ubllmat lon bekannt (SammlungThere is also a method of growing Slllzlumkarbtdelnkr is known to all of the η-type through Übers ubllmat lon (Collection
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der III· Allunionskonferenz fur Halbleitersiliziumkarifcid, Moskau, 197O, S· 7-19; 25-42).· Die Züchtung findet bei einer {!temperatur von 25OO bis 26000C in einer Argonatmo Sphäre mit regelbarem Zusatz von Stickstoff im Laufe des Vorganges stattο Als Ausgangsmaterial dient o£ -Siliziumkarbidpulver bzw·the III · All Union Conference for Semiconductor Silicon Carifide, Moscow, 1970, S · 7-19; 25-42). · The cultivation takes place at a {! Temperature of 25OO to 2600 0 C in a Argonatmo sphere with adjustable addition of nitrogen during the process stattο The starting material used o £ -Siliziumkarbidpulver or ·
β -Silizlumkarbidpulver mit einer Korngröße von 1 bis 3 mm. Der Kristallwachstum erfolgt in Keimbohrongen von 1 bis 2 mm Durchmesser bzw. in Schlitzen von gleichem Querschnitt· Als Graphitwarme isolation wird Graphitschrott bzw· ein System von Graphitabschirmungen benutzt® β -silicon carbide powder with a grain size of 1 to 3 mm. The crystal growth takes place in seed drill bores with a diameter of 1 to 2 mm or in slots of the same cross-section
Auch ist eine Halbleiterlichtquelle aus stickstofflegiertem Siliziumkarbid vom Elektronenleltusgstyp mit einem im sichtbaren Spektralbereich lumineszlesenden pn-übergang bekannt, wobei das erwähnte Siliziumkarbid eine; Störstellendichte von 5»10 τ 10 esa"" 9 sin® Konzentration dar nichtkompensierten Donatoren von 0,8«10to « 5^10 cm -* und eine Konzentration der Eestfremdstoffe von ^- 10^' ca~^ aufweist, die Struktur dieser Lichtquelle besteht aus einer p-Schlcht, die mit einem Akzeptorstoff mit minimaler Aktivierungsenergie und einer Auflösbarkeit in dem Sillziuaikarbid von ca 2.10 2.10 Qif* legiert ist, einer Basis schicht mit einer Konzentration der nlchtkompensierten Donatos?©a von Ο,β.ΐο"18-cm und einer zwischen diesen liegenden 0,05-1 yUm.^fc Mittenschicht, die mit LimlaeszensaktivaliOren vom. Donatorbzw. Akzeptortyp bis auf Konzentrationen von O81 * 10 cnfAlso known is a semiconductor light source made of nitrogen-alloyed silicon carbide of the electron light type with a pn junction which reads luminescence in the visible spectral range, the silicon carbide mentioned being a; Impurity density of 5 »10 τ 10 esa"" 9 sin® concentration of non-compensated donors of 0.8« 10 to «5 ^ 10 cm - * and a concentration of the ester impurities of ^ - 10 ^ 'ca ~ ^ has the structure of this The light source consists of a p-layer alloyed with an acceptor substance with minimal activation energy and a solubility in the silicon carbide of approx. 2.10 2.10 Qif * , a base layer with a concentration of the non-compensated Donatos? © a of Ο, β.ΐο " 18 -cm and a 0.05-1 μm. ^ fc middle layer lying between these, which is active with limescences of the donor or acceptor type up to concentrations of 0 8 1 * 10 cnf
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2·1θ ca ·* legiert 1st und einen spezifischen Widerstand hat, der nicht weniger als um drei Größenordnungen den spezifischen Widerstand der Basisschicht übersteigt·2 · 1θ ca · * is alloyed and has a specific resistance that does not exceed the specific resistance of the base layer by less than three orders of magnitude.
Ein Nachteil dieser Ausgangs- n-Sillziumkarbldelnkrlstalle 1st die relativ hohe Konzentration der Fremdreststoffe sowie die große Störstellendichte·A disadvantage of these original silicon carbide claws Is the relatively high concentration of foreign residues as well the high density of impurities
SIn Nachteil des beschriebenen Verfahrens ist die relativ geringe Homogenitat des erhaltenen Materials. Groß ist die Ungleichmäßigkeit der Verteilung sowohl des Grundzusatzes (Stickstoff) als auch der Fremdzusätze innerhalb eines Erlstalls, von Kristall zu Kristall sowie von Vorgang zu Vorgang. Die Konzentration des Grundlegierungsstoffes schwankt in weiten Grenzen (von 1.1018 bis 8.1O18 ca~^). Die Einkristalle besitzen eine große Storstellendichte (10* - 1(X ca ), während der Anteil an brauchbaren Kristallen nicht groß ist·The disadvantage of the process described is the relatively poor homogeneity of the material obtained. There is great unevenness in the distribution of both the basic additive (nitrogen) and the external additions within a stable, from crystal to crystal and from process to process. The concentration of the base alloy fluctuates within wide limits (from 1.10 18 to 8.1O 18 ca ~ ^). The single crystals have a high density of defects (10 * - 1 (X ca), while the proportion of usable crystals is not large
. Ein Nachteil dieser Halbleiter licht quelle ist die verhältnismäßig geringe Strahlungshelligkeit OO bis 100 nt) bei einer. A disadvantage of this semiconductor light source is its relative size low radiation brightness OO to 100 nt) with a
2 »·2 »·
Stromdichte von 0,5 A/cm , wahrscheinlich infolge des betrachtlichen Anteils an strahlungslosen Ladungsträgerrekoablnatlons-Current density of 0.5 A / cm, probably due to the considerable Proportion of radiationless charge carrier recoablnatlons-
vorgängenoperations
ν in Gegenwart von Fremdetoffatomen sowie der erheblichenν in the presence of foreign substances as well as the considerable
Dur chlas-Spannungsa br ails tr e uung ·Dur chlas-voltage a br ails drainage
Zweck der Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile zu vermelden·The purpose of the invention is to address the disadvantages mentioned report
D«r Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Slllzluakarbldeinkrlstall vom η-Typ mit geringer Störsteilenzahl,The invention is based on the object of providing a Slllzluakarbldeinkrlstall of the η-type with a low number of interfering parts,
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niedriger Konzentration der Restverunrelnlgungen, mit erforderlicher Homogenitat und Verteilung der Fremdstoffe zu schaffen» ein Verfahren. zum Zuchten desselben mit erhöhtem Anteil an brauchbaren Einkristallen anzugeben und eine Halbleiter lichtquelle auf der Grundlage dieses Kristalls zu schaffen, die gegenüber der bekannten eine viel größere Strahlungshelligkeit;, eine höhere Homogenitat der Hauptparameter und folglich einen wesentlich höheren Prozent ante Il an brauchbaren Lichtquellen hat ·low concentration of residual impurities, with required To create homogeneity and distribution of foreign matter »a process. for breeding the same with an increased proportion of to specify usable single crystals and to create a semiconductor light source on the basis of this crystal, the compared to the known a much greater radiation brightness ;, a higher homogeneity of the main parameters and consequently one significantly higher percentage of usable light sources Has ·
Diese Aufgabe wird dadurch gelost, daß bei dem n-Slllzlumkarbldelnkrlstall mit Restbeimengungen der Elemente Fe, Nl, Al, B, ISg, Mn, Cu, Tl erfindungsgemäß diese Restbeimengungen In einer Gesamtkonzentration von 1·1Ο' -#«1(r cm*"^ enthalten sind, die Störstellendichte 0 -10 cm betragt, während die Konzen-This task is solved by the fact that in the case of the n-Slllzlumkarbldelnkrlstall with residual admixtures of the elements Fe, Nl, Al, B, ISg, Mn, Cu, Tl, according to the invention, these residual admixtures In a total concentration of 1 · 1Ο '- # «1 (r cm *" ^ are included, the impurity density is 0 -10 cm, while the concentration
18 '18 '
tratlon der nlchtkompenslerten Donatoren gleich 1.10' - 3.1oThe rate of non-compensated donors is 1.10 '- 3.1o
—3
cm ist©-3
cm is ©
Die Aufgabe wird auch dadurch gelost, daß bei dem Verfahren zum Zuchten eines Siliziumkarbideinkristalls vom n-Typ In Tiegeln mit Keimbohrungen durch iTbeisubllmatlon der vorherThe task is also achieved in that in the process for growing an n-type silicon carbide single crystal In crucibles with germination holes through itbeisubllmatlon the previously
(-charge) synthetisierten Siliziumkarbidgicht/bei einer Temperatur von über 24000C unter Anwendung einer GraphitIsolation und In einer Argonatmosphäre erfindungsgemäß die Ausgangsgicht eine Gesamtkonzentration der Fremdelemente Fe, Nl, Al, B, 1%, Mn, Cu, Tl von nicht über 5·1θ cm"^ hat, während man K@imbohrungen von 0,3 bis 0,8 mm Durchmesser wählt und eine . tiber-(-charge) synthesized silicon carbide gout / at a temperature of over 2400 0 C using graphite insulation and in an argon atmosphere according to the invention the starting gout a total concentration of the foreign elements Fe, Nl, Al, B, 1%, Mn, Cu, Tl of not more than 5 · 1θ cm "^, while one chooses K @ imbohrungen 0.3 to 0.8 mm in diameter and a.
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subllmationstemperatur im Bereich von 2650 bis 270O0C bei einem Gradienten In Hohenrlchtung des Tiegels von nicht über 2-4 Grad/cm unterhalt·Sublmation temperature in the range from 2650 to 270O 0 C with a gradient in the vertical direction of the crucible of not more than 2-4 degrees / cm maintain
Es 1st zweckmäßig eine unter Vakuum aus Silizium- und Graphitpulver mit einer Korngroße von 0,1 - 0,3 mm synthetisierte Gicht mit einer Korngroße von 0,1 - 0,4 mm zu benutzen·It is expediently one made of silicon and under vacuum Graphite powder with a grain size of 0.1 - 0.3 mm to use synthesized gout with a grain size of 0.1 - 0.4 mm
Bs 1st wünschenswert die ÜbeiBubllmation und Synthese der Karbldslllzlumglcht In einer Argonatmosphare unter Hinzufügen von 0,025 - 0»03 Volumenprozent Stickstoff durchznführen.It is desirable to practice and synthesize the Karbldslllzlumglcht In an argon atmosphere with adding Carry out from 0.025 - 0 »03 percent by volume nitrogen.
Als Graphltlsolatlon kann graphltlertes Gewebe bzw. graphltlerter Filz oder auch beides zusammen benutzt werden·Graphed tissue or tissue can be used as graphite solatlon. grappled felt or both can be used together
Die Aufgabe wird auch dadurch gelost, daß bei der Halbleiterlichtquelle mit einem stickstofflegierten Silizlumkarbldeinkrlstall vom n-Ty$ mit einem im sichtbaren Spektralbereich elektrolumlneszlerenden pn-übergang und einer Struktur, bestehend aus einer p-Schlcht, die mit einem Akzeptorstoff mit minimaler Aktivierungsenergie und einer Auflosbarkelt in dem Siliziumkarbid von ca. 2.10 - 2·102 cm"^, einer Basisschicht und einer zwischen diesen liegenden 0,05 - 1,0 Ατδ dickenThe object is also achieved in that in the case of the semiconductor light source with a nitrogen-alloyed silicon carbide crystal of the n-type with a pn-junction which is electroluminescent in the visible spectral range and a structure consisting of a p-layer which is dissolvable with an acceptor substance with minimal activation energy in the silicon carbide of about 2.10 - 2 · 10 2 cm "^, a base layer and a thickness between these 0.05 - 1.0 Ατδ
Mittenschicht, die mit Lumineszenzaktivatoren vom Donator-IS ■ bzw. Akzeptor typ bis auf Konzentrationen von 0,1,10 - 2.10' Middle layer with luminescence activators of the donor IS or acceptor type up to concentrations of 0.1, 10 - 2.10 '
csT* legiert 1st und einen spezifischen Widerstand hat, der nicht weniger als um drei Größenordnungen den spezifischen Widerstand der Baslsechftcht übersteigt, als Basiseinkristall der vorstehend angegebene Slllzlumkarbldeinkristall vom n-TypcsT * is alloyed and has a specific resistance that no less than three orders of magnitude the specific Resistance exceeds that of Baslechftcht, as a base single crystal the above-mentioned n-type solid carbide single crystal
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benutzt 1st·used 1st
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von vorzugsweisen Ausfuhrungsvarlanten und konkreten Beispielen erläutert·In the following, the invention will be described with reference to preferred Design variants and specific examples explained
Die n-Sillziumkarbldeinkristalle enthalten Restbeimengungen der Elemente Fe9 Kl, Al, B, Mg, Mn, Cu,Ti. Die Gesamtkonzentration dieser Beimengungen soll 1.1Cr - 8.10* cnT* bei einer Störstellendlchte von Null bis 10 cm und einer Konzentration der nlchtkompenslerten Donatoren von 1.10 - 3,10 cm"^ nicht übersteigen·The n-silicon carbide crystals contain residual admixtures of the elements Fe 9 Kl, Al, B, Mg, Mn, Cu, Ti. The total concentration of these admixtures should not exceed 1.1Cr - 8.10 * cnT * with an impurity thickness of zero to 10 cm and a concentration of the non-compensated donors of 1.10 - 3.10 cm "^.
Der n-Sillziumkarbldelnkristall von hexagonaler Modifikation enthält Restbeimengungen in einer Konzentration von wenigerThe n-silicon carbide crystal of hexagonal modification contains residual amounts in a concentration of less
16 — 316-3
als 10 cm , d.h« unter der Empfindlichkeitsgrenze der Spektralapparatur, wahrend die Gesamtkonzentration dieser Beimengungen gleich 5»1Q cm 1st· Die Storstallendichte ist bei diesem nahezu gleich Mulle Die Konzentration der nichkompenslerten Donatoren (Stickstoff und Sauerstoff) beträgt 1,5.10 cm ^.than 10 cm, i.e. below the sensitivity limit of the Spectral apparatus, while the total concentration of these admixtures is equal to 5 »10 cm 1 · the density of the stables with this almost the same Mulle The concentration of the non-compensated Donors (nitrogen and oxygen) is 1.5.10 cm ^.
Der Slllzlumkarbidelnkristall besitzt Restbeimengungen In einer Konzentration von weniger als 10 cm", d.h.· unter der Empfindlichkeitsgrenze d©r Spektralapparatur· Die Gesamtkonzentration der Restbeimanguagen betragt 4-, 5*101 om™^· Die Stör-The Slllzlumkarbidelnkristall has residual impurities in a concentration of less than 10 cm ", ie · below the sensitivity limit d © r Spektralapparatur · The total concentration of Restbeimanguagen amounts to 4, 5 * 10 ^ 1 ™ om · The disturbance
*. —Ρ*. —Ρ
stellendiohte batragt 7 oa · Die Konvent sat lon der nichtkom-posendiohte asked 7 oa · The Convention sat lon of the
■ ■ penslerten Donatoren ist gleleh 1«10■ ■ pensored donors is equal to 1 «10
309841/1047309841/1047
Der Siliziumkarbidelnkristall hat eine Konzentration der Restbelmengungen von weniger als 10 cm"·, d.h.· unter der Empflndllchkeltsgrenze der Spektralapparatur· Die Storstellendichte 1st bei diesem gleich 60 cm · Die Konzentration der nlchtkompensiertea Donatoren (Stickstoff und Sauerstoff) betragt bei diesem 2,1·1Ο18 cm~^The silicon carbide crystal has a concentration of the residual amounts of less than 10 cm "·, ie · below the sensitivity limit of the spectral apparatus 18 cm ~ ^
Die Züchtung der erwähnten Einkristalle besteht in folgendem. Man nimmt SlÄslumpulver und Graphitpulver mit einer Korngroße von 0,1 - O9^ mm in stoohloaetrischem Verhältnis· Nach Mischung und Vakuumlerung derselben hat die Gicht eine Korngroße von 0,1 - 0,4 mm und die Gesamtkonzentration der Beimengungen In dieser beträgt 1.10 - 8.10' cm*"^· Die Gicht wird In einen Tiegel eingebracht, In dem ein Impf keim mit Keimbohrungen von 0,3 - 0,8 mm Durchmesser untergebracht 1st· Der !Tiegel wird auf eine Temperatur von etwa 210O0C erhitzt, der Ofen bei dieser Temperatur vakuumlert und dann ein Argon-Stickstoff-Gemisch mit einem Stickstoffgehalt von 0,025 ~ °#5 lolumenprozent eingeführt· Die Ofentemperatur wird auf 2650-27000C bei einem Gradienten in Hohenrlchtung des Tiegels von 2-4 Grad/cm erhöht und der Slllzlumkarbldelnkristall bei dieser Temperatur Im Laufe von 9-11 Stunden gezüchtet· Sodann, werden der Ofen abgekühlt, ale Kristalle abgesplittert und aus dem Tiegel geschattet·The cultivation of the aforementioned single crystals consists in the following. SlÄslum powder and graphite powder with a grain size of 0.1 - O 9 ^ mm are taken in a stoohloaetric ratio.After mixing and vacuuming them, the gout has a grain size of 0.1 - 0.4 mm and the total concentration of the admixtures in this is 1.10 - 8.10 'cm * "^ · gout is introduced into a crucible, in which a seed germinating seed with bores of 0.3 - 0.8 mm diameter housed 1st · the crucible is heated to a temperature of about 210o C 0, the vakuumlert oven at this temperature and then an argon-nitrogen mixture introduced lolumenprozent having a nitrogen content of 0.025 ~ 5 ° # · the furnace temperature is increased from 2650 to 2700 cm to 0 C at a gradient in the crucible Hohenrlchtung of 2-4 degrees / and The carrots are grown at this temperature for 9-11 hours.
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~8" 23Ü55U~ 8 "23Ü55U
Die β -Siliziumkarbidgicht mit einer Korngroße von 0,1 - 0,4 mm und einem Iremdstoffgehalt von unter 5·1Ο1 enT^ wird aus einem stoch.lometrxe.Ghen" Silizium- und Graphltpulvergemlsch mit einer Korngroße von 0,1 - O, 3 sau in einem Vakuum von 10 mm Torr bereitet· Das Gemisch wird In einen Tiegel mit einem Impf ke Im9 der Keimbohr nagen von 0,6 mm Durchmesser hat, eingebracht. Der Tiegel wird auf ein® Temperatur von etwa 21000C im Laufe 1 Stunde ©£hltzt9 dar Ofen bei dieser Temperatur im Laufe einer Stund© bei einem Vakuum von 10 Torr vakuumiert, dann eine l^gonalsohuag mit einem Stickstoffgehalt von 0,025 Volumenprozent bis zu einem Druck im Ofen von 1,25 atm elngefHhTt8 die Template auf 2670°C bei einem Temperaturgradienten in der Hohaarichtusg des Tiegels von 2,50C gesteigert und der Siliziumkarbid©inkristall bei dieser Temperatur im Laufe von 10 Stunden geraehtet· Nach der Abkühlung des Ofens werden die Kristalle voa dan KeimbohrUBgen abgesplittert und aus dem Tiegel geschütteteThe β- silicon carbide gout with a grain size of 0.1 - 0.4 mm and an impurity content of less than 5 · 1Ο 1 enT ^ is made from a stoch.lometrxe.Ghen "silicon and graphite powder mixture with a grain size of 0.1 - O, · sow prepared in a vacuum of 10 mm Torr 3 the mixture is ke in a crucible with a vaccine in 9 of the chew Keimbohr of 0.6 mm diameter, is introduced. the crucible is on ein® temperature of about 2100 0 C in the course 1 hour © £ hltzt 9 represents oven at this temperature in the course of an hour © at a vacuum of 10 Torr vacuum packed, then a l ^ gonalsohuag having a nitrogen content of 0.025 percent by volume up to a pressure in the furnace of 1.25 atm elngefHhTt 8, the template increased to 2670 ° C at a temperature gradient in the crucible of 2.5 Hohaarichtusg 0 C and the silicon carbide © inkristall geraehtet at this temperature over the course of 10 hours · After the cooling of the furnace, the crystals are VOA dan chipped KeimbohrUBgen and from the crucible poured ete
Nachstehend folgt eine Verglelchstabell© für die Daten der nach dem bekannten und dem ©rfladungsgemaßen Verfahren erhaltenen Kristalle und der Lichtquellen auf deren Grundlage.A comparison table © for the data follows those obtained by the known and the charge according to the method Crystals and the light sources based on them.
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üonzantration der .nichtkoapensierten · Doktoren (Stickstoff)üonzantration of .non-capped Doctors (nitrogen)
StörstöllandlchteStörstöllandlchte
Konzentration der P.o st be imengungenConcentration of P.o st restrictions
0,5 - 8.1.013ca~5 0.5 - 8.1.0 13 approx ~ 5
cncn
"2 1,2 -" 2 1.2 -
0 - 102, ca"2 0 - 10 2 , approx " 2
^ 2»1O17 ca"5 ^ 2 »1O 17 ca" 5
50 - 65% 55 -50-65% 55 -
cmcm
"5 " 5
von Durchlas -Spannunssabfall und a) 88 - 150%of leakage voltage drop and a) 88 - 150%
I-lsktrölusineszenz Strahl unsshelligkeitI-Isolusinescence Ray unbrightness
b) 30 - 100% 30 - 100 nt .10Of, 96%b) 30 - 100% 30 - 100 nt .10Of, 96%
20 - 40% 10-40%20-40% 10-40%
150 - 300 nt150-300 nt
1,0-3,0.1O1.0-3.0.1O
bei einer StroE.- bai oiner Strom- dichte 0,5.i./c2i2 dichte 0,5A/cq2; 250 - 600 nt beiwith a StroE.bai oiner current density 0.5.i. / c2i 2 density 0.5A / cq 2 ; 250 - 600 nt at
einer Stromdichte 1,0 A/cma current density of 1.0 A / cm
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■ - 10 - ■■ - 10 - ■
Aus der Tabelle geht hervor, daß die Konzentration der Restbeimengüngen nach dem e rf Indungsgemaßen Verfahren 4- - 10 Mal niedriger, die Diirchlaß-Spannungsabfallstreuung und die Elektrolumlneezenzhelligkeitsstreuung 2-4 Mal kleiner, die Strahlungshelligkeit 3-5 Mal höher ist. The table shows that the concentration of Remaining additions according to the method according to the invention 4-10 times lower, the direct voltage drop scatter and the electroluminescent brightness scatter 2-4 times smaller, the radiation brightness is 3-5 times higher.
Nachstehend werden die Anwendungsbe!spiele der erflndungsgeaaßen SlllzlumkarbldeinkrIstalle vom n-Tjp in Halbleiter lichtquellen sowie einige Verfahren zur Herstellung derselben betrachtet· In the following, the application examples of the invention-specific silver carbide crystals of the n-type in semiconductor light sources as well as some processes for the production of the same are considered.
-licht-DIe Halblelter%uelle mit Slllzlumkarbideinkristallen nach-licht-The half-elder% uelle with silver carbide monocrystals
dem Beispiel 1 enthalt erfiadtsngagemaß einen Ausgangsbaifcssilizlumkarbldelnkrlstall voa η-Typ mit einer Stb'rstellendlchte, die nahezu gleich Hall ist, einer Dicke von 230 ^m, der mitExample 1 contains an initial building block voa η-type with a starboard end, which is almost equal to Hall, a thickness of 230 ^ m, which is with
"18 —*5"18 - * 5
Stickstoff und Sauerstoff in einer Konzentration von 1,5·1Ο cm ^ legiert ist und Restbeimeagungen Ee§ Et9 Al, B, Mg, Mn, Cu, Ti in einer GesamtkonzentratloB. von 5®1° cm"^ enthalt. Die p-SchJctt hat eine Dick· von 0,2 Jim, und 1st mit Aluminium in einer Eonzentratlon von 2.10 >y cm ^ legiert* Die an der p-Schicht anliegende aktivierte Mittensühtcht hat ©is.® Blek® von O9I ^m und 1st mit einem Bona^o*8*0^ (Stickstoff und Sauerstoff) und einem Akzeptosstoff (Bor) in eis©!1 &©nzenfcsa"&ioa ^©n Ι^βίΟ18 cm~^ legiert«Nitrogen and oxygen are alloyed in a concentration of 1.5 · 1Ο cm ^ and residual admixtures Ee§ Et 9 Al, B, Mg, Mn, Cu, Ti in a total concentrate. of 5®1 ° cm "^ contains. The p-SchJctt has a thickness of 0.2 · Jim and 1st has aluminum in a Eonzentratlon of 2.10> y cm ^ alloyed * The voltage applied to the p-layer activated Mittensühtcht © is.® Blek® from O 9 I ^ m and 1st with a Bona ^ o * 8 * 0 ^ (nitrogen and oxygen) and an acceptor (boron) in eis ©! 1 & © nzenfcsa "& ioa ^ © n Ι ^ βίΟ 18 cm ~ ^ alloyed «
Als Ohmscht Kontakt® dl©a.@a zw@Ilagig® Metallüberzuge Al-NI und Tl-Nl an des p^Sshlsfet bswe ®a d®j? n=Schieht. Die ,.As Ohmscht Kontakt® dl © a. @ A zw @ Ilagig® metal coatings Al-NI and Tl-Nl an des p ^ Sshlsfet bswe ®ad®j? n = happens. The ,.
3098 4 1/10473098 4 1/1047
Lichtquelle hat eine Strahlungshelligkeit von 15O - 3OO nt beiThe light source has a brightness of 15O - 3OO nt at
ρ
einer Stromdichte von 0,5 A/cm und 25O - 600 nt bei einerρ
a current density of 0.5 A / cm and 25O - 600 nt at a
ρ bezüglichρ with respect to
Stromdichte von 1,0 A/cm » Der Anteil an brauchbaren ν der Fotolumineszenz (nach der Diffusion) Kristallen betragt 99%»Current density of 1.0 A / cm »The proportion of usable ν der Photoluminescence (after diffusion) crystals is 99% »
bezüglich während der Anteil an brauchbaren ν der Elektrolumineszenz Lichtquellen 97% betragt·with regard to the proportion of useful ν of the electroluminescence Light sources is 97%
Die Slllzlumkarbld&lchtquelle enthält einen Basissillζlumterldeinkrlßtall vom η-Typ nach dem Beispiel 2 mit einer Dicke von 3OO ^m, der mit Stickstoff und Sauerstoff in einer Konzentration bis 1.10 cm~* legiert ist, mit einer StorstellendichteThe light source contains a basic light source of the η type according to Example 2 with a thickness of 3OO ^ m, that with nitrogen and oxygen in one concentration up to 1.10 cm ~ * is alloyed, with a density of imperfections
„2
7 cm und einer Gesamtkonzentration der Restbeimengungen Fe, Hl, Al, B, Mg, Mh, Cu, Tl von 4,5.1016 cm~^, eine 0,25 Jt^
dicke p-Schicht, die mit Aluminium in einer Konzentration von 2,10 ° cm~^ legiert ist, und eine an dieser anliegende aktivierte
1,2 ^a m dicke Mittenschicht, die mit einem Donatorstoff
(Stickstoff und Sauerstoff) und einem Akzeptorstoff (Bor) in"2
7 cm and a total concentration of the residual admixtures Fe, Hl, Al, B, Mg, Mh, Cu, Tl of 4.5.10 16 cm ^ ^, a 0.25 Jt ^ thick p-layer, which with aluminum in a concentration of 2 , 10 ° cm ~ ^ is alloyed, and an activated 1,2 ^ am thick middle layer adjacent to this, which is coated with a donor substance (nitrogen and oxygen) and an acceptor substance (boron) in
18 — 3
einer Konzentration von 1.10 cm ^ legiert ist.18-3
a concentration of 1.10 cm ^ is alloyed.
Die Lichtquelle hat eine Strahlungshelligkeit von etwa 200 - 380 nt bei einer Stromdichte von 0,5 A/cm2 und 320 - 680 ntThe light source has a radiation brightness of around 200-380 nt at a current density of 0.5 A / cm 2 and 320-680 nt
bei einer Stromdichte von 1 A/cm·at a current density of 1 A / cm
bezüglich Die Ausbeute an brauchbaren ^ der Fotolumineszenz (nachRegarding the yield of usable photoluminescence (after
der Diffusion) Kristallen betragt £8,5% und die an brauchbaren ν der Fotolumineszenz Quellen - 97*5%·of diffusion) crystals is £ 8.5% and that of usable ν of the photoluminescence sources - 97 * 5%
* Int = 1 cd/m2 * Int = 1 cd / m 2
309841/KK7309841 / KK7
Die Herstellung f&ner Halbleiterlichtquelle nach dem Beispiel 5 mit dem erfindungsgemaßen Siliziumkarbideinkristall wird durch getrennte Diffusion aus der Gasphase zuerst von Aluminium bei einer Temperatur von 215°°C SLbi Lauf® von 295 Stunden in einer Argonatmosphare bei einem Druck von 2 atm dad dann von Bor bei einer Temperatur von 193O°G im Lauf© von 3 Minuten in einer Argonatmosphare bei einem Drück von 2 ata bewirkt· Bei dem ersten Stadium der getrennten Diffusion» namllela bei der Diffusion von Aluminium, wurden 0,5 g DyspEösXüsoxyd zum Aluminium hinzugefugt· Die Konzentration der nichtkompaaslestea Donatoren (Stickstoff)The production of a semiconductor light source according to Example 5 with the silicon carbide single crystal according to the invention is carried out by separate diffusion from the gas phase first of aluminum at a temperature of 215 ° C SLbi Lauf® for 2 9 5 hours in an argon atmosphere at a pressure of 2 atm then from Boron at a temperature of 1930 ° G in the course of 3 minutes in an argon atmosphere at a pressure of 2 ata The concentration of non-compaaslestea donors (nitrogen)
18 18 —*5 in den Ausgangskristallen betrug 1,8β1Ο ·? 2S2«1Q cm J und18 18 - * 5 in the starting crystals was 1.8β1Ο ·? 2 S 2 «1Q cm J and
16 — 316-3
die Gesamtkonzentration der EesSbelmengusgen 5»10 cm » Die Storstellendlchte was nahezu gleloh lull© lach des Diffusion wiesen 99% der Kristalle eine homogen© und seoht helle Lumlnezenz auf, die mindestens 2 - .5 Mal die Fotolumineszenzlielllgkelt, die gewöhnlich bei den Standasdkr!stallen mit relativ hoher Gesamtkonzentration der kompeasier enden Fremdstoff Zentren (Akzeptoren) und Storstellendlchte erhalten wirdg übersteigt, wobei bei den letztgenannten Kristallen der Anteil an bezüglichthe total concentration of EesSbelmengusgen 5 "10 cm" The Storstellendlchte what almost gleloh lull © laughing diffusion showed 99% of the crystals, a homogeneously © and seoht bright Lumlnezenz at least 2 - .5 times that typically stall the Fotolumineszenzlielllgkelt in Standasdkr! with a relatively high total concentration of the competing foreign matter centers (acceptors) and imperfection sites, g is greater than g, and in the case of the latter crystals the proportion of
brauchbarenuseful
der Potolumineszenz^Platten im Durchschnitt 5° - &5% beträgt·the potoluminescence ^ plates averages 5 ° - & 5%
Die Ohmschen Kontakte an den pn-Dlffuslonsübargängen wurden durch Vakuumaufdampfen von zweilaglgen überzügen aus Titan-Nickel Aluminium-Nickel jeweils an der Diffusloasschicht bzw. dem Aus-The ohmic contacts on the pn-Dlffuslonsübargang were through Vacuum evaporation of two-layer coatings made of titanium-nickel Aluminum-nickel in each case on the diffuser layer or the outlet
hergestelltj
gangskrlstall vom n-Typfi^DleAuf dampf temperatur fur Aluminium undmanufactured telltj
n-type gang crampons for aluminum and steam
309841/1047309841/1047
ο
Kontakten in Quadrate von 1,5x1,5 am wiesen 96$ de* Elemente
eine homogene Elektrolumineszenz auf, deren Helligkeit 15Ο - 35ΟΟ
nt bei einer Stromdichte von 0,5 A/cm (Strom 10 mA) und 25Ο -600 nt bei einer Stromdichte von 1,0 A/cm (Strom 20 mA) betrug.
ο
Contacts in squares of 1.5x1.5 am showed 96 $ de * elements a homogeneous electroluminescence, their brightness 15Ο - 35ΟΟ nt at a current density of 0.5 A / cm (current 10 mA) and 25Ο -600 nt at a current density of 1.0 A / cm (current 20 mA).
bezüglich der Anteil an brauchbaren v der Elektrolumineszenz Elementewith regard to the proportion of usable v of the electroluminescent elements im Durchschnitt 35 - 70% betragt, wahrend die Streuung der Elemente nach Strahlungshelligkeit und Durchlaß-Spannungsabfall mindestens 1,5-2 Mal hoher als bei den nach dem neuen Verfahren hergestellten Elementen 1st·is on average 35-70% , while the scatter of the elements in terms of radiation brightness and forward voltage drop is at least 1.5-2 times higher than with the elements manufactured using the new process
Die Herstellung einer Halbleiterlichtquelle nach dem Beispiel 6 mit dem erwähnten Slllzlumkarbldelnkrlstall erfolgt durch getrennte Diffusion aus der Gasphase zuerst von Aluminium bei einer !Temperatur von 22000C im Laufe von 6 Stunden in einer Argonatmosphare bei einem Druck von 2 atm und dann von Bor bei einer Temperatur von 1920·C im Laufe von 4 Hinuten in einer Argonatmosphare bei einem Druck von 2 aim. Bei dem ersten Stadium der getrennten Diffusion, nämlich der Alumlnlumdiffueton, wird zum Aluminium 0,5 g Slllzlummonooiyd hinzugefügt· Dlt Konzentration der nichtkompenalerten Donatoren (Stickstoffatome) in den Ausgangskrlatallen betrug O,8.1O18 - 2,Ο·1Ο18 cm"5. Die Störstellendtohte war 5 -10 cm ·The production of a semiconductor light source according to Example 6 with the mentioned Slllzlumkarbldelnkrlstall takes place by separate diffusion from the gas phase first of aluminum at a temperature of 2200 0 C in the course of 6 hours in an argon atmosphere at a pressure of 2 atm and then of boron at a Temperature of 1920 ° C for 4 minutes in an argon atmosphere at a pressure of 2 aim. In the first stage of the separate diffusion, namely the Alumlnlumdiffueton becomes the aluminum added 0.5 g Slllzlummonooiyd • DLT concentration of nichtkompenalerten donors (nitrogen atoms) in the Ausgangskrlatallen was O, 8.1O 18-2, · Ο 1Ο 18 cm '5. The impurity end depth was 5 -10 cm
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Die Strahlungshelligkett der hergestellten Lichtquellen betrug 120 - 120 nt bei einer Stromdichte ton 0,5 A/cm (StromThe radiation brightness chain of the light sources produced was 120 - 120 nt at a current density of 0.5 A / cm (current
10 mA) und 200 - 600 nt bei einer Stromdichte von 1,0 A/cm (Strom 20 mA)·10 mA) and 200 - 600 nt at a current density of 1.0 A / cm (Current 20 mA)
brauchbaren Die Ausbeute an bezüglich der Fotolumlneszenz ν useful The yield of photoluminescence ν
(nach der Diffusion) Kristallen betrug 99^ und der an brauchbezüglich
baren >/ der Elektrolumineszenz - 97j3"fo.(after diffusion) crystals was 99 ^ and the on use related
baren> / of electroluminescence - 97j3 "fo.
Herstellung einer Halbleiterlichtquelle mit dem erwähnten Siliziumkarbideinkristall vom n-Typ.Manufacture of a semiconductor light source with the aforementioned N-type silicon carbide single crystal.
Es wird eine getrennte Diffusion aus der Gasphase zuerst von Aluminium bei einer Temperatur von 215O°C im Laufe von 2 Stunden in einer Argonatmosphäre bei einem Druck von 2 atm und dann von Bor bei einer Temperatur von 19100C im Laufe von 2 Minuten in einer Argonatmosphäre bei einem Druck von 2 atm vorgenommen· Siliziummonooxyd und Dysprosiumoxyd in Mengen von jeweils 0,7 g und 0,2 g wird zum Aluminium (bei dem ersten Stadium der getrennten Diffusion - der Diffusion *on Aluminium) sowie in das feinkristalline ' Siliziumkarbid, das die Siliziumkarbidkristalle, welche der Aluminiumdiffus lon ausgesetzt werden, umgeben, hinzugefugt. Die Konzentration der nichtkompensierten It is first atm a separate diffusion from the gaseous phase of aluminum at a temperature of 215o ° C during 2 hours in an argon atmosphere at a pressure of 2 and then boron at a temperature of 1910 0 C in the course of 2 minutes in a Argon atmosphere at a pressure of 2 atm.Silicon monoxide and dysprosium oxide in quantities of 0.7 g and 0.2 g, respectively, become aluminum (in the first stage of separate diffusion - the diffusion * on aluminum) and into the fine crystalline silicon carbide, surrounding the silicon carbide crystals exposed to the aluminum diffusion. The concentration of the uncompensated
1818th
Stickstoffatome in den Ausgangskristallen betrug 1,5·10 3,0.10 oaf"-5 und die Gesamtkonzentration der Bestbeimengungen 5.10 cm"*· Die Storsteilendicht* war nahezu gleich Null.Nitrogen atoms in the starting crystals were 1.5 · 10 3.0.10 oaf "- 5 and the total concentration of the determinations was 5.10 cm" *. The density of the parts of the disturbance * was almost zero.
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Die Strahlungshelligkeit der hergestellten LichtquellenThe brightness of the light sources produced
betrug 100 - 200 nt und 180 - 600 : .bei einer Stromdichte vonwas 100-200 nt and 180-600:. at a current density of
2 22 2
0,5 A/cm und 1,0 A/cm . Der Anteil an bezüglich der0.5 A / cm and 1.0 A / cm. The proportion of regarding the
brauchbarenuseful
Fotolumineszenz1'Kristallen betrug 97% und der Anteil an bezügbrauchbaren lieh der Elektrolumineszenz "Lichtquellen - 94,5%·Photoluminescence 1 'crystals was 97% and the proportion of available borrowed electroluminescence "light sources - 94.5%
Die Benutzung der erfindungsgemäßen Methode zur Züchtung von n-Elnkrlstallen gestattet es, die Ausbeute an brauchbaren Einkristallen wesentlich zu erhöhen, die Störst ellendichte um 2-3 Größenordnungen zu senken, eine gleichmaßige und reproduzierbare Verteilung der Donatoren (Stickstoff) innerhalb des Kristalle (sowie von Kristall zu Kristall und von Vorgang zu Vorgang) in einem schmalen Intervall optimaler Konzentration zu erhalten, demzufolge der Anteil an brauchbaren Lichtquellen bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Methode zur Gewinnung der Struktur des pn-überganges um das 1,5 - 2fache erhöht wird und Q0L. 99% beträgt.The use of the method according to the invention for breeding of n-Elnkrlstallen allows the yield of useful To increase single crystals significantly, the Störst ellendensity 2-3 orders of magnitude lower, a uniform and reproducible one Distribution of donors (nitrogen) within the crystal (as well as from crystal to crystal and from process to Process) to optimal concentration within a narrow interval obtained, accordingly the proportion of usable light sources the application of the method according to the invention to obtain the Structure of the pn junction is increased by 1.5-2 times and Q0L. 99%.
Die Benutzung der erfindungsgemäßen Lichtquelle gestattet es, beispielsweise die Strahlungshelligkeit der bekannten Lichtquellen im Durchschnitt um das 2fache zu erhöhen, die Durchlaß-Spannungsabfallstreuung um das 2 - ^fache und die Strahlungshelligkeltsstreuung um das 3 - 5fache zu senken·The use of the light source according to the invention is permitted it, for example, to increase the radiation brightness of the known light sources by an average of 2 times that Forward voltage drop spread by 2 - ^ times and the Radiation brightness scattering to be reduced by 3 - 5 times
Die Lichtquellen auf der Grundlage von Siliziumkarbid werden sowohl fur die visuelle Informationsanzeige, als auch fur die Aufzeichnung derselben auf lichtempfindliche Materialien) fur die Ein- und Ausgabe In der Eechentechnik, für verschiedenartige Anzeigetafeln, für digitale Meßgeräte usw. benutzt.The light sources based on silicon carbide are used both for the visual display of information and for the recording of the same on light-sensitive materials) for input and output in computing technology, for various types Display boards, used for digital measuring devices, etc.
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Claims (6)
stellendichte 0-10 cm und die Konzentration der nichtkompenslerten Donatoren 1.10 - 3.1018 cm~* beträgt.2-2
site density 0-10 cm and the concentration of uncompensated donors 1.10-3.10 18 cm ~ *.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU1742653 | 1972-02-08 | ||
| SU1742653A SU430797A1 (en) | 1972-02-08 | 1972-02-08 | The way to create a diode light source on silicon carbide |
| SU1795129 | 1972-06-08 | ||
| SU1795129 | 1972-06-08 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2305544A1 true DE2305544A1 (en) | 1973-10-11 |
| DE2305544B2 DE2305544B2 (en) | 1975-09-18 |
| DE2305544C3 DE2305544C3 (en) | 1976-04-29 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3613021A1 (en) * | 1985-04-18 | 1986-11-06 | Sharp K.K., Osaka | Process for producing a SiC single-crystal semiconductor |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3613021A1 (en) * | 1985-04-18 | 1986-11-06 | Sharp K.K., Osaka | Process for producing a SiC single-crystal semiconductor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA996845A (en) | 1976-09-14 |
| FR2171184B1 (en) | 1979-05-04 |
| DD108213A1 (en) | 1974-09-12 |
| IT977246B (en) | 1974-09-10 |
| GB1423037A (en) | 1976-01-28 |
| DE2305544B2 (en) | 1975-09-18 |
| FR2171184A1 (en) | 1973-09-21 |
| DD116733A1 (en) | 1975-12-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |