DE2416394C3 - Verfahren zur Herstellung von Grünlicht emittierenden Galliumphosphid-Elektrolumineszenzdioden - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Grünlicht emittierenden Galliumphosphid-Elektrolumineszenzdioden

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Description

30
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Grünlicht emittierenden Galliumphosphid-Elektrolumineszenzdioden, bei dem Stickstoff 'in hoher Konzentration aus einer Stickstoffverbindung einer auf einer Temperatur zwischen 1030 und 11000C gehaltenen Lösung von Galliumphosphid in Gallium zugesetzt wird und bei dem ein Substrat aus Galliumphosphid vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Lösung mit der Galliumphosphidlösung in Kontakt, gebracht wird, wonach die Lösung und das damit in Kontakt befindliche Substrat derart abgekühlt wird, daß sich eine stickstoffhaltige Epitaxialschicht auf dem Substrat bildet, und dann auf oder in dieser Schicht ein Bereich von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp gebildet wird.
Aus der Literaturstelle »Proc. of the IEEE« 60 (1972) S. 1101 —1102, ist ein derartiges Verfahren bekannt Nach diesem bekannten Verfahren wird Stickstoff beispielsweise in Form von NH3 bis zur Sättigung in eine Ga-Lösung eingebracht, wobei diese Lösung 7% GaP und 0,14% Zn für die p-Seite und 7% GaP für die n-Seite enthält Die Ausgangstemperatur für die genannte Ga-Lösung beträgt bei dem Abscheiden der Epitaxialschicht 10200C. Die Abkühlgeschwindigkeit liegt bei 7,5°C/Min. Der pn-Übergang wird bei einer Temperatur von 9800C gebildet. .
Aus der US-PS 36 46 406 ist ein Verfahren zur Herstellung von Elektrolumineszenzdioden mit einem pn-Übergang bekannt, bei welchem Stickstoffzentren in hoher Konzentration am pn-Übergang bis zu ein paar Diffusionslängeneinheiten erzeugt werden, dagegen in eo einer relativ geringen Konzentration in größerem Abstand von dem Übergang vorliegen. Durch diese Ausbildung soll die Absorption von Strahlung auf Grund der weiter vom pn-Übergang entfernt gelegenen Zentren minimal gehalten werden. Mit anderen Worten 65 ~~ wird durch diese Maßnahme das nahe dem pn-Über- I gang in dem Gebiet mit hoher Stickstoffkonzentration emittierte Licht durch die übrigen Bereiche des Halbleiterkörpers mit minimaler Absorption übertragen, wodurch der Lumineszenz-Wirkungsgrad verbessert wird. Bei diesem Verfahren wird ein Substrat zunächst auf eine Temperatur von 10500C in einer Wasserstoftgasatmosphaxe, die Spuren von Schwefel enthält, erhitzt Das Wasserstoffgas enthält zusätzlich eine geringe Menge Ammoniak. Der Ammoniak und der Schwefel reagieren mit der gesättigten Galliumlösung, die bei der genannten Temperatur mit dem Substrat in Berührung gebracht wird. Das Substrat wird dann um ca. 5°C in ca. 5 min abgekühlt, und anschließend aus dem Ofen entfernt
Der Erfindung iiegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, das aus der Literaturstelle »Proc ...« bekannte Verfahren zur Herstellung von Grünlicht emittierenden GaP-Elektrolumineszenzdioden so zu verbessern, daß die Strahlungsausbeute der verschiedenen Dioden nur geringen Schwankungen unterliegt
Ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgsmäQ dadurch gelöst, daß die Galliumphosphidlösung, ehe sie mit dem Substrat in Kontakt gebracht wird, auf eine Temperatur zwischen 600 und 10000C abgekühlt wird. Besonders vorteilhaft ist es, die Galliumphosphid-Lösung bei einer Temperatur zwischen 900 und 1000° C mit dem Substrat in Berührung zu bringen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, bei dem eine erste Epitaxialschicht vom η-Typ auf einem GaP-Substrat vom n-Typ abgeschieden und danach eine zweite Epitaxialschicht vom p-Typ auf der ersten Epitaxialschicht abgeschieden wird. Die in der ersten Epitaxialschicht enthaltenen, als Leuchtzentren wirkenden Stickstoffatome nehmen in ihrer Konzentration in Richtung auf den Bereich, in welchem die genannte Epitaxialschicht bei vergleichsweise niedriger Temperatur ausgefällt wurde, d. h. in Richtung der Oberfläche dieser Schicht, zu. Aus diesem Grund ist es ratsam, die Donator-Konzentration in der n-Typ-Epitaxialschicht nahe dem pn-Übergang niedriger zu halten als die Akzeptor-Konzentration in der p-Typ-Epitaxialschicht und die als Leuchtzentren dienenden Stickstoffatome in der n-Typ-Epitaxialschicht anstatt in die p-Typ-Schicht einzubauen.
Es wurden die Photolumineszenzeigenschaften einer großen Anzahl von GaP-Dioden ermittelt und die Ergebnisse an Hand der folgenden Tabelle zusammengefaßt Die Proben I wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, und zwar unter Zugabe von Stickstoff zur Epitaxialwachstumslösung bei 1100° C und Aufwachsen nach Abkühlung auf 9000C, hergestellt, während die Proben II unter Zugabe von Stickstoff zur Epitaxialwachstumslösung bei einer Temperatur von 1050° C und unmittelbarem Aufwachsen von dieser Temperatur aus hergestellt wurden. Die Gruppe »a« bezeichnet die GaP-Dioden mit einem p-Bereich, der nach dem Flüssigphasen-Epitaxialwachstumsverfahren ausgebildet wurde, während die Gruppe »b« die GaP-Dioden enthält, die einen nach dem Diffusionsverfahren ausgebildeten p-Bereich aufweisen:
Tabelle Probe Diode Nr. Äußere Quanten-Ausbeute (%) Gruppe a Gruppe b
0,092
0,094
0,092
0,045
0,051
0,053
24 Fortsetzung 16 394 Äußere Quanten-Ausbeute (%) Gruppe b
Probe Diode Nr. - Gruppe a 0,049
0,093 0,052
I. 4 0,093 0,052
5 0,091 0,048
6 0,093 0,050
7 0,092 0,051
8 0,092 0,052
9 0,093 0,023
10 0.08S 0,035
II 1 0,048 0,011
2 0,072 0,029
3 0,066 0,041
4 0,074 0,045
5 0,090 0,028
6 0,050 0,036
7 0,085 0,061
8 0,044 0,009
9 0,027
to
Wie aus der obigen Tabelle hen.'orgeht, besitzen die GaP-Dioden der Proben-1 äußerst geringe Schwankungen der äußeren Quanten-Ausbeute bei beiden Gruppen a und b. Bei den Proben I sind die als Leuchtzentren wirkenden Stickstoffatome nur in einem lichtemittierende.) Bereich stark konzentriert, wobei das von den an der Oberfläche der n-Epitaxialschicht konzentrierten Stickstoffatomen emittierte Licht nur in geringem Maß von den Stickstoffatomen selbst absorbiert wird. Im Gegensatz dazu besitzen die GaP-Dioden der Proben II beider Gruppen a und b stark variierende
Werte der äußeren Quanten-Ausbeute.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Grünlicht emittierenden Galliumphosphid-Elektrolumineszenzdioden, bei dem Stickstoff in hoher Konzentration aus einer Stickstoffverbindung einer auf einer Temperatur zwischen 10300C und 11000C gehaltenen Lösung von Galliumphosphid in Gallium zugesetzt wird und bei dem ein Substrat aus Galliumphosphid vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Lösung mit der Galliumphosphid-Lösung in Kontakt gebracht wird, wonach die Lösung und das damit in Kontakt befindliche Substrat derart abgekühlt wird, daß sich eine stickstoffhaltige Epitaxialschicht auf dem Substrat bildet, und dann auf oder in dieser Schicht ein Bereich von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Galliumphosphid-Lösung, ehe sie mit dem Substrat in Kontakt gebracht wird, auf eine Temperatur zwischen 600 und 1000° C abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Galliumphosphid-Lösung bei einer Temperatur zwischen 900 und 10000C mit dem Substrat in Berührung gebracht wird.
DE2416394A 1973-04-04 1974-04-04 Verfahren zur Herstellung von Grünlicht emittierenden Galliumphosphid-Elektrolumineszenzdioden Expired DE2416394C3 (de)

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