DE3324220A1

DE3324220A1 - Gallium-phosphid-leuchtdiode

Info

Publication number: DE3324220A1
Application number: DE19833324220
Authority: DE
Inventors: Kentaro Hyogo Inoue; Tadanobu Tottori Yamazawa
Original assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Consumer Electronics Co Ltd
Priority date: 1982-07-08
Filing date: 1983-07-05
Publication date: 1984-01-19
Also published as: DE3324220C2; US4562378A

Description

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER:. · : * : - ^,«,_Jr,_v^u. l_ _o ο ο / ο ο η

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q EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

RICHARD GLAWE KLAUS DELFS DR.-ING. DIPL-ING. ULRICH MENGDEHL WALTER MOLL DIPL-CHEM. DR. RER. NAT. DIPLPHYS. DR. RER. NAT HEINRICH NIEBUHR OFF. BEST. DOLMETSCHER DIPL-PHYS. DR. PHIL HABIL.

Sanyo Electric Co., Ltd.

Keihanhondori 2-chome,

Mnrimifhi-Qhi O^aVa-fn Tsnsn sooo München 26 2000 Hamburg 13

Morigucni sni, usajca ru, japan postfachi62 postfach257o

LIEBHERRSTR. 20 ROTHENBAUM-

Tottori Sanyo Electric Co., Ltd. ^^spez SSS?»«

Mxnamiyoshxkata 3-cnome, telecopier(089)223938 telex21292ispez

Tottori-shi, Tottori-ken, Japan

MÜNCHEN Gallium-Phosphid-Leuchtdiode _„

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gallium-Phosphid-Leuchtdiode und insbesondere eine grünes Licht emittierende Gallium-Phosphid-Leuchtdiode.

Bei bisher bekannten Leuchtdioden aus Galliumphosphid GaP, ist ein Verfahren, bei dem die Konzentration einer η-leitenden Schicht eines pn-überganges verringert wird, als wirksames Verfahren bekannt, um grünes Licht mit großem Wirkungsgrad zu emittieren. Aus der Toshiba Review Vol. 37, No. 6, S. 537, ist bekannt, daß ein Elektrolumineszenz-Wirkungsgrad von ungefähr 0,3% konstant erzielt werden kann, wenn eine η-leitende Schicht in zwei Schichten aufgeteilt ist, so daß die Störstellenkonzentration stufenförmig geänderte Wert aufweist. Dies wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben,. Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Gallium-

BA-,κ DRESDNER BANK. HAMBURG. 4030448 iBLZ 20OiOOUO) POSTSCHECK. HAMBURG !4^07-200 (BLZ 200 10020) TELECSAMM SPECHHfSS

Phosphid-Leuchtdiode. Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Verteilung der Störstellenkonzentration für jeden Teil der Leuchtdiode gemäß Fig. 1. Eine herkömmliche Gallium-Phosphid-Leuchtdiode 1 hat eine n-leitende Schicht 11, die auf einem η-leitenden Substrat 10 geformt ist. eine η-leitende Schicht 12, die auf der nleitenden Schicht 11 und eine p-leitende Schicht 13, die auf der η-leitenden Schicht 12 geformt ist. Die Störstellenkonzentration für die η-leitenden Schichten 11 und 12 ist, wie, in der Fig. 2 dargestellt, stufenförmig unterschiedlich. Eine solche Verteilung der Störstellenkonzentration bewirkt jedoch oft eine Schaltoperation (d.h. einen Betrieb als Thyristor oder Transistor). Es wurden Versuche angestellt, um die Ursache herauszufinden und es wurde gefunden, daß für den Fall, daß die Konzentration der nleitenden Schicht in der Nähe des pn-Überganges einfach verringert wurde, ein großer elektrischer Strom und andere Faktoren existieren, die nicht dazu dienen, an der η-leitenden Schicht Licht zu emittieren, und daß gewisse Störstellen als eine Schaltoperation verursachende Minoritätsträger wirken. Genauer gesagt werden in der n-leitenden Schicht Bereiche erzeugt, in denen die Akzeptor-Konzentration höher als die Donator-Konzentration ist, und es erfolgt nur in solchen Bereichen eine p-leitende Inversion. Demgemäß wird ein unerwünschter npnp-Ubergang oder npn-übergang erzeugt, der die Schaltoperation bewirkt. Daher hat es sich als notwendig erwiesen, sowohl an die Perfektion des Kristalls angepaßte η-leitende Schichten zu formen (insbesondere

Gitteranpassung oder Versetzung in den Bereichen unterschiedlicher Störstellenkonzentrationen) als auch die Störstellenkonzentration der η-leitenden Schicht in der Nähe des pn-überganges zu verringern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gallium-Phosphid-Leuchtdiode mit hohem Elektrolumineszenz-Wirkungsgrad zu schaffen, bei der keine Schaltoperation verursacht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Galliur Phosphid-Leuchtdiode gelöst, gekennzeichnet durch ein η-leitendes Substrat aus Galliumphosphid, mit einer erster η-leitenden Schicht auf dem η-leitenden Substrat mit einei höheren Störstellenkonzentration als die des n-leitenden Substrats, einer zweiten n-leitehden Schicht auf der erste η-leitenden Schicht mit einer Störstellenkonzentration niedriger als die des η-leitenden Substrats und einer pleitenden Schicht auf der zweiten η-leitenden Schicht, die mit der zweiten η-leitenden Schicht einen pn-übergang bildet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Störstellenkonzentration der zweiten η-leitenden Schicht niedriger als die des η-leitenden Substrats und demgemäß ist der Wirkungsgrad der Trägerinjektion von der p-leitenden Schicht in die zweite η-leitende Schicht verbessert. Hier-

aus resultiert eine Verbesserung des Elektroluminszenz-Wirkungsgrades. Da die erste η-leitende Schicht mit hoher Störstellenkonzentration versehen ist, wird somit die Kristallausbildung für jede η-leitende Schicht justiert. Dadurch ist das fehlende Auftreten einer Schaltoperation begründet.

Ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine hoher Elektrolumineszenz-Wirkungsgrad erzielt wird, ohne daß eine Schaltoperation verursacht wird.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Diode gemäß der vorliegenden Erfindung eine lange Lebensdauer hat.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt :

Fig. 1 eine Ansicht einer herkömmlichen Gallium-Phosphid-Leuchtdiode;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Verteilung der Störstellenkonzentration in jedem Teil einer

Leuchtdiode gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Gallium-Phosphid-Leuchtdiode;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Verteilung der Störstellenkonzentration in jedem Teil

einer Leuchtdiode gemäß Fig. 3;

Fig. 5 die Temperatürstufen der flüssigen Phase beim epitaxialen Aufwachsen einer Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ein Flußdiagramm der Herstellstufen einer Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 die gemessenen Werte bezüglich der Verteilung der

Störstellenkonzentration in den entsprechenden Teilen einer Leuchtdiode gemäß einer Ausführungs

form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 die Kurven, welche die Beziehung zwischen der Störstellenkonzentration einer ersten n-leitenden Schicht, dem Elektrolumineszenz-Wirkungsgrad und einer S-Loch-Dichte einer Leuchtdiode gemäß einer

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen; und

Fig. 9 eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen der Wellenlänge und dem Elektrolumineszenz-Wirkungsgrad in zahlreichen Leuchtdioden .

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsforin einer Gallium-Phosphid-Leuchtdiode. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Verteilung der Störstellenkonzentration in jedem Teil einer in der Fig. 3 gezeigten Leuchtdiode. Eine Gallium-Phosphid-Leuchtdiode 2 hat ein η-leitendes Substrat 20, eine η-leitende Schicht 21, die auf dem n-leitenden Substrat 20 geformt ist, eine n-leitende Schicht 22, die auf der η-leitenden Schicht 21 geformt ist, eine η-leitende Schicht 23_; die auf der n-leitenden Schicht 22 geformt ist und eine p-leitende Schicht 24, die auf der η-leitenden Schicht 23 geformt ist. Zwischen der η-leitenden Schicht 23 und der p-leitenden Schicht ist ein pn-übergang 25 ausgebildet. Das η-leitende Substrat 20, dessen Störstellenkonzentration 1-3*10 cm ist, ist eine Scheibe eines einzigen Kristalls, der durch ein LEC-Verfahren (Liquid Encapsulated Czochralski) und dergleichen hergestellt ist. Die η-leitenden Schichten 21 bis 23 sind epitaxiale Aufwachsschichten mit einer jeweiligen Störstellenkonzentration von 5 - 8 · 10 cm , 1 - 2 · 10¹⁷cm"³ und 0,6 - 3 · 10¹⁶cm~³. Die n-leitenden Schichten 21 bis 23 haben jeweils eine Aufwachsdicke von 40 - 50 um, 15 - 25 um und 8-14 um. Von diesen n-leitenden

Schichten ist nur die oberste η-leitende Schicht 23 mit Stickstoff dotiert. Die Störstellenkonzentration der p-leitenden Schicht 24 beträgt 5 - 10 · 10 cm und ihre Aufwachsdicke beträgt ungefähr 25 μηκ Die Verteilung der Störstellenkonzentrationswerte in den entsprechenden Teilen der vorstehend beschriebenen Leuchtdiode ist aus der Fig. 4 zu ersehen.

Die in der Fig. 3 gezeigte Leuchtdiode 2 kann beispielsweise durch ein im folgenden beschriebenes Herstellverfahren hergestellt werden. Fig. 5 zeigt die Temperaturstufen beim epitaxialen Aufwachsen einer Leuchtdiode. Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm der Herstellstufen einer Leuchtdiode. In der Stufe S1 werden polykristallines Galliumphosphid GaP, η-leitende Fremdatome und eine geringe Menge Silizium in einer Schmelze aus Gallium Ga zu einer Schmelze vermischt, die an einem anderen Ort als das Halbleitersubstrat bei einer hohen Temperatur von beispielsweise 1030⁰C angesetzt wird. Nachdem die Schmelze für einen Moment auf 1030⁰C gehalten worden ist, wird in der Stufe S2 die Schmelze dem Halbleitersubstrat zugeführt, so daß die Oberfläche des Substrats mit der Schmelze benetzt wird. In der Stufe S3 wird vor dem epitaxialen Aufwachsen Schwefelwasserstoff H S-Gas in die Atmosphäre geleitet, um die Störstellenkonzentration der Schmelze zu erhöhen. Das Einleiten von Schwefelwasserstoffgas H-S in die Atmosphäre erfolgt mit großer Dichte von

beispielsweise 5,0 cm /min. in einer kurzen Zeit. In der Stufe S4 wird die Temperatur mit einer niederen Geschwindigkeit von beispielsweise 2 - 3,5°C pro Minute verringert, um eine η-leitende Schicht 21 epitaxial aufzuwachsen. Die η-leitende Schicht 21 hat eine Störstellen-

17 -3 konzentration von 5 - 8 · 10 cm , welche höher als die

17 -3

des Substrats 20 von 1 - 3 · 10 cm ist. Bei der Störstellenkonzentration der η-leitenden Schicht 21 basiert

16 — ^
der Wert 5 - 6 · 10 cm auf dem vorstehend genannten Silizium Si. Da die Siliziummenge gegenüber dem Hauptanteil der Fremdatome Schwefel extrem klein ist, ist die vorstehend erwähnte Zugabe von Silizium zur Schmelze nicht eigens nötig, falls in der Schmelze eine ausreichende Menge Silizium aus dem Reaktionssystem, wie beispielsweise einem Quarzrohr und anderen, hohen Temperaturen ausgesetzten Gefäßen, gelöst ist. Für das epitaxiale Aufwachsen ist die Schmelze vorzugsweise 2,1 - 2,8 mm dick und es wird ein Gitter o.dgl. als eine Abdeckung für die obere Fläche verwendet, so daß die Schmelze mit der Atmosphäre in Berührung steht. Obwohl eine Schmelze mit kleiner Dicke wie vorstehend beschrieben dazu neigt, nur die aufgewachsene Schicht zu verkleinern, wird eine lange Lebensdauer erzielt, wenn der pn-übergang vom Substrat entfernt gehalten wird, und die Aufwachsmenge kann in einer kurzen Zeitdauer erhöht werden, wenn in der Schmelze ein gesättigter Zustand mit polykristallinem Galliumphosphid GaP von mehr als 4,0

Gew.-% aufrechterhalten wird.

In der Stufe S5 wird eine Unterbrechung des epitaxialen Aufwachsen für 45 - 120 Minuten aufrechterhalten . In der Stufe S6 wird das epitaxiale Aufwachsen weitergeführt, um eine η-leitende Schicht 22 zu bilden. In der Stufe S7 erfolgt auf die gleiche Art wie in der Stufe S5 eine Unterbrechung des expitaxialen Aufwachsens für ungefähr 45 - 120 Minuten. In der Stufe S8 wird damit begonnen, Ammoniakgas NH in die Atmosphäre zu leiten. In der Stufe S9 erfolgt in der Ammoniakgas enthaltenden Atmosphäre wiederum ein epitaxiales Aufwachsen, um eine nleitende Schicht 23 zu formen. Wie vorstehend beschrieben sind Unterbrechungen (Zeitdauern in denen eine konstante Temperatur aufrechterhalten wird) vorgesehen, und hieraus resultiert die Verringerung der Versetzungsdichte im Kristall, aber gleichzeitig wird die Störstellenkonzentration in der Schmelze ebenfalls verringert. Demgemäß können dann η-leitende Schichten mit graduell niedrigeren Werten der.Störstellenkonzentration erhalten werden. Insbesondere beim epitaxialen Aufwachsen in der Stufe S9 beeinflussen das Ammoniakgas und das Silizium in der Schmelze das Abscheiden von Siliziumnitrid Si N u.dgl., und das Silizium in der Schmelze wird im wesentlichen auf ein 1/4 bis 1/10 der Ausgangsmenge reduziert. Demgemäß wird, obwohl Stickstoff enthalten ist, eine n-leiten Schicht 23 mit extrem niederer Störstellenkonzentration von beispielsweise 10 cm geformt. In der Stufe S10 erfolgt eine Unterbrechung von ungefähr 45 - 120 Minuten.

In der Stufe S11 wird der Schmelze Zink Zn zugeführt. In der Stufe S12 erfolgt ein epitaxiales Aufwachsen, um eine p-leitende Schicht 24 zu formen.

Fig. 7 zeigt die Meßwerte der Störstellenkonzentration in den jeweiligen Teilen einer Leuchtdiode, die durch den vorstehend beschriebenen Herstellprozeß hergestellt ist. Aus der Fig. 7 ist zu ersehen,' daß- die Storstellenkonzentration der η-leitenden Schicht -22 von der Seite der η-leitenden Schicht 21 zur Seite der n-leitenden Schicht 23 hin gradweise abfällt.

Da die durch den vorstehenden Herstellprozeß erhaltene Leuchtdiode 2 eine η-leitende Schicht 21 hoher Storstellenkonzentration auf dem η-leitenden Substrat 20 hat, kann die Kristallausbildung (insbesondere Gitteranpassung oder Versetzung in Regionen mit unterschiedlichen Konzentrationen) justiert werden. Weiterhin kann eine η-leitende Schicht 23 mit niederer Storstellenkonzentration erhalten werden. Demgemäß kann verglichen mit dem Elektrolumineszenz-Wirkungsgrad einer herkömmlichen Leuchtdiode (0,2-0,3%) ein weit höherer Elektrolumineszenz-Wirkungsgrad (0,45 %) erhalten werden, und es ist sichergestellt, daß keine Schaltoperation auftritt. Zusätzlich konnte bei einem Versuch bei hoher Temperatur und großem Strom (50⁰C, 4OmA) festgestellt werden, daß bei einer Leuchtdiode mit

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langer Lebensdauer ein Helligkeitsabfall auf 80 % nach mehr als 1500 Stunden erhalten wurde. Weiterhin ist die Dicke der epitaxialen Aufwachsschicht auf das Substrat ungefähr gleichförmig und demgemäß wird die Herstellung bei den nachfolgenden Stufen wie beispielsweise der Befestigung der Elektroden leichter und die Produktivität wird erhöht, da die Schmelzendicke klein ist.

Im folgenden wird im einzelnen jeder Teil einer Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Als erstes wird das n-leitende Substrat 20 beschreiben. Die Störstellenkonzentration des η-leitenden Substrates 20 beträgt vorzugsweise 1 - 3 · 10 cm . Bei zu kleinem Störstellenkonzentrations· wert würde der Restwiderstand erhöht werden, und es wäre schwierig für die Elektroden einen ohmschen Kontakt herzustellen. Im Gegensatz hierzu würde bei zu großem Störstellenkonzentrationswert die Lichtabsorption erhöht werden. Der vorstehend beschriebene Wert ist der gleiche wie bei einer herkömmlichen Leuchtdiode.

Als nächstes wird die η-leitende Schicht 21 beschrieben. Die Störstellenkonzentration der η-leitenden Schicht :

17 -3 beträgt vorzugsweise 3 - 10 · 10 cm und vorzugsweise 5 - 8·10 cm . Dies wird anhand der Fig. 8 beschrieben.

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AS

Fig. 8 zeigt Kurven die eine Beziehung zwischen der Störstellenkonzentration der ersten η-leitenden Schicht 21, den Elektrolumineszenz-Wirkungsgrad und der S-Loch-Dichte einer Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeben. In der Fig. 8 gibt die gestrichelte Linie einen Elektrolumineszenz-Wirkungsgrad und die durchgezogene Linie die S-Gruben-Dichte an. Wenn die Störstellenkonzentration erhöht ist, wird der Elektrolumineszenz-Wirkungsgrad ebenfalls erhöht, aber an einem gewissen Punkt beginnt eine Sättigung. Die S-Gruben-Dichte erhöht sich abrupt, wenn die StörStellenkonzentration auf

18 ~3

ungefähr 10 cm ansteigt. Daraus folgt, daß unerwünschterweise eine nicht strahlende Rekombination verursacht wird.

Daher ist die Störstellenkonzentration der n-leitenden

17 -3 Schicht 21 vorzugsweise 3-10-10 cm und insbesondere

17 -3

5 - 8 · 10 cm . Für den Fall, daß die Störstellenkonzentration einen solchen bevorzugten Wert hat, wird zwischen dem η-leitenden Substrat 20 und der η-leitenden Schicht 21 eine Feinanpassung zur Kristallausbildung erhalten. Eine solche Anpassung zur Kristallausbildung kann festgestellt werden, wenn der Grenzbereich zwischen dem n-leitenden Substrat 20 und der n-leitenden Schicht 21 geätzt wird, und die Grenze durch ein Mikroskop betrachtet wird. Als Ätzmittel kann beispielsweise ein Gemisch aus Salpetersäure und Flußsäure verwendet werden. Die Ätzgeschwindigkeit

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variiert an der Kristallfläche und dem Übergang der Kristalle, und wenn die Kristallanpassung nicht erfolgreich durchgeführt worden ist, erscheint eine schwarze Linie. Im unteren Teil der Fig. 8 sind die Ergebnisse einer mikroskopischen Untersuchung der Grenze zwischen dem η-leitenden Substrat 20 und der n-leitenden Schicht 21 gezeigt. Für den Fall, daß die Störstellen-

17 -3 konzentration bis zu ungefähr 1 · 10 cm ist, ist die Grenze klar. Für den Fall, daß die Störstellenkonzentration ungefähr 1 - 5 · 10 cm ist, ist die Grenze schwach.

Für den Fall, daß die Störstellenkonzentration ungefähr

17 -3
5 - 10 * 10 cm beträgt, ist die Grenze unbestimmt.

18 — 3

Wenn die Störstellenkonzentration 10 cm übersteigt, wird die Grenze wieder klar. Demgemäß ist anzumerken, daß eine gute Anpassung zwischen dem η-leitenden Substrat 20 und der η-leitenden Schicht 21 für den Fall realisiert

17 -" ist, bei dem die StörStellenkonzentration 5-10· 10 cm ~ beträgt. Durch einen Versuch wurde verifiziert, daß wenn die Störstelle (Donator) der η-leitenden Schicht 21 nur aus Schwefel S besteht, eine schwarze Linie in der Grenze nicht verschwindet, und daß eine p-Inversion auftreten kanr wenn Silizium Si als ein hauptsächliches Fremdatom (Donatoi verwendet wird. Demgemäß kann die Anpassung zur Kristallausbildung mit einem höheren Grad angenommen werden, wenn für die η-leitende Schicht 21 Schwefel S als Hauptstörsteil enthalten ist, und weiterhin eine geringe Menge Silizium

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enthalten ist. Die Dicke der η-leitenden Schicht 21 ist größer als 35 μπι, z.B. vorzugsweise 40 - 50 μπι. Dies ist deshalb der Fall, weil der Einfluß des η-leitenden Substrates 20 an der epitaxialen Aufwachsschicht, die auf dem Substrat 20 angeordnet ist, vorzugsweise getilgt werden sollte und im allgemeinen Unregelmäßigkeiten beim epitaxialen Aufwachsen verursacht werden, wenn die Dicke der η-leitenden Schicht 21 geringer als 15 μπι ist, und der Einfluß des Substrates 20 teilweise verbleibt, wenn sie kleiner als 35 μπι ist.

Im folgenden wird die η-leitende Schicht 22 beschrieben. Diese Schicht ist nicht unbedingt erforderlich. Sie kann weggelassen werden. Wenn die η-leitende Schicht 22 jedoch vorgesehen ist, ist es leichter, zu verhindern, daß Schwefel in der nächsten Schicht 23 verbleibt. Für den Fall, daß die η-leitende Schicht 22 vorgesehen ist, kann die Störstellenkonzentratxon der η-leitenden Schicht 22 von der Seite der η-leitenden Schicht 21 zur n-leitenden Schicht 23 (siehe Fig. 7) hin leicht und gradweise verringert sein. Andererseits kann die Störstellenkonzentratxon der Schicht 22 stufenweise verringert sein (siehe Fig. 4)

Die η-leitende Schicht 23 wird im folgenden beschrieben. Die Störstellenkonzentratxon der η-leitenden Schicht

1 fi — "\ beträgt vorzugsweise 0,6 - 3 · 10 cm . Dies ist deshalb

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der Fall, weil der Wirkungsgrad der Trägerinjektion von der p-leitenden Schicht 24 in die η-leitende Schicht 23 hoch wird und demgemäß der Elektrolumineszenz-Wirkungsgrad erhöht wird, wenn am pn-übergang 25 ein großer Unterschied in der Störstellenkonzentration ist. Die nleitende Schicht 23 dient im wesentlichen als eine lichtemittierende Schicht. In der η-leitenden Schicht 23 enthaltenes Silizium wird Donator, und trägt nicht direkt zur Lichtemission bei.Daher wird wie vorstehend beschrieben Ammoniakgas in die Atmosphäre eingeleitet, um Silizium zu entfernen. Es ist allgemein bekannt, daß durch Einleiten von Ammoniakgas in die Atmosphäre die n-leitende Schicht 23 mit Stickstoff des Ammoniakgases dotiert wird, und daraus resultiert eine Erhöhung des Elektrolumineszenz-Wirkungsgrades und die Wellenlänge wird in den Bereich langer Wellenlängen verschoben. Dies wird anhand der Zeichnung beschrieben. Fig. 9 zeigt eine Kennlinien-Darstellung der Beziehung zwischen der Wellenlänge und dem Elektrolumineszenz-Wirkungsgrad bei zahlreichen Leuchtdioden. Für den Fall, daß die η-leitende Schicht 23 nicht aktiv mit Stickstoff dotiert ist, wird die Stickstoffkonzentration ungefähr 10 cm . In diesem Fall wird eine Kurve C3 erhalten, wenn eine η-leitende Schicht 21 mit hoher Konzentration wie bei der Leuchtdiode 2 gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, und wenn eine solche

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η-leitende Schicht hoher Konzentration wie bei einer herkömmlichen· Leuchtdiode 1 nicht vorgesehen ist, wird eine Kurve C4 erhalten. Die mittlere Wellenlänge der Kurven C3 und C4 beträgt ungefähr 556 nm. Für den Fall, daß die η-leitende Schicht 23 aktiv mit Stickstoff dotiert

18 19 —3 ist, wird die Stickstoffkonzentration 10 - 10 cm .

Im letztgenannten Fall wird eine Kurve C1 erhalten, wenn eine η-leitende Schicht 21 hoher Konzentration wie bei der Leuchtdiode 2 vorgesehen ist, und wenn eine solche η-leitende Schicht hoher Konzentration wie bei einer herkömmlichen Leuchtdiode 1 nicht vorgesehen ist, wird eine Kurve C2 erhalten. Die mittlere Wellenlänge der Kurven C1 und C2 beträgt ungefähr 568 nm. Wie aus der Fig. 9 zu ersehen ist, hat eine Leuchtdiode 2 gemäß der vorliegenden Erfindung mit oder ohne aktiv dotiertem Stickstoff einen höheren Elektrolumineszenz-Wirkungsgrad als eine herkömmliche Leuchtdiode.

Zum Schluß wird die p-leitende Schicht 24 beschrieben. Die Störstellenkonzentration der p-leitenden Schicht 24 beträgt vorzugsweise 5-10-10 cm · Dies ist deshalb der Fall, weil mit einem zu hohen Wert der Störstellenkonzentration die Kristallausbildung nicht aufrechterhalten werden könnte oder Lichtabsorption auftreten würde.

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Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig anhand der Figuren und Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, bleibt anzumerken, daß zahlreiche Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfanges der Patentansprüche denkbar sind.

Leerseite

Claims

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1. Gallium-Phosphid-Leuchtdiode gekennzeichnet durch

ein η-leitendes Substrat (20) aus Galliumphosphid,

eine erste η-leitende Schicht (21) , die auf dem η-leitenden Substrat (20) geformt ist, und eine höhere Störstellenkonzentration als das Substrat (20) hat,

eine zweite η-leitende Schicht (23),die auf oder über der ersten η-leitenden Schicht (21) geformt ist und eine niedrigere Störstellenkonzentration als das Substrat (20) hat, und

eine p-leitende Schicht (24),die auf der zweiten η-leitenden Schicht (23) geformt ist, und mit dieser einen pn-übergang (25) bildet.

BANK DRESDNER BANK. HAMBURG, 4030448 (BLZ 20080000) POSTSCHFCK HAMBURG 147607-200 (BLZ 200 ICOCO) TELEGRAMM SPECHTZI6S

2. Gallium-Phosphid-Leuchtdiode nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet , daß die StOrstellenkonzentration der ersten η-leitenden Schicht (21) 3-10 · 10¹⁷Cm"³ beträgt.

3. Leuchtdiode nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , daß die Störstellenkonzentration der ersten η-leitenden Schicht (21) 5 - 8 · 10 c beträgt.

4. Leuchtdiode nach Anspruch 1 , dadurch g e kennzeichnet, daß die Dicke der ersten η-leitenden Schicht (21) größer als 35 um ist.

5. Leuchtdiode nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet / daß die erste n-leitende Schicht (21) als Hauptstörstellen Schwefel und weiterhin eine geringe Menge Silizium enthält.

6. Leuchtdiode nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , daß die Konzentration von Silizium 5-6 · 10 cm beträgt.

7. Leuchtdiode nach Anspruch 1 , dadurch g e kennzeichnet, daß die zweite n-leitende Schicht (23) Stickstoff enthält.

8. Leuchtdiode nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Störstellenkonzentration der zweiten η-leitenden Schicht (23) 0,6 - 3 · 10¹⁶cm"³ beträgt.

9. Leuchtdiode nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Störstellenkonzen-

17 -3 tration des η-leitenden Substrates (20) 1 - 3 · 10 cm beträgt.

10. Leuchtdiode nach Anspruch 1 , dadurch g e kennzeichnet, daß zwischen der ersten η-leitenden Schicht (21) und der zweiten n-leitenden Schicht (23) eine dritte η-leitende Schicht (22) vorgesehen ist.

11. Leuchtdiode nach Anspruch 10 , dadurch g e kennzeichnet, daß die Störstellenkonzentration der dritten η-leitenden Schicht (22) von der Seite der ersten η-leitenden Schicht (21) zur Seite der zweiten η-leitenden Schicht (23) allmählich verringert ist.

12. Leuchtdiode nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet , daß die Störstellenkonzentration der dritten η-leitenden Schicht (22) von der Seite der ersten η-leitenden Schicht (21) zur Seite der zweiten η-leitenden Schicht (23) stufenweise verringert ist.