DE69207503T2 - Einkristall einer Halbleiterverbindung - Google Patents

Einkristall einer Halbleiterverbindung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Verbundwerkstoff aus einem GaP Einkristall, der als ein Substrat verwendet wird, und einer epitaktischen Abscheidung darauf von einer lichtaussendenden Einrichtung, die grünes Licht aussendet, und ein Verfahren zum Aussenden von Licht, das grünes Licht umfaßt, von einer Leuchtdiode.
  • JP-A-60210599 offenbart ein Verfahren zum Aufwachsen von halbleitendem GaAs Kristall. Insbesondere wird beschrieben, daß, wenn gleiche Bedingungen während der Ionenimplantation bei allen Kristallsubstraten angewendet werden, die durch Schneiden des Blockkristalls erhalten werden, mit Ionen implantierte Schichten, die die gleiche Freielektronenkonzentration aufweisen, mit großer Reproduzierbarkeit gebildet werden können. JP- A-602 10599 schlägt vor, daß eine gesteuerte Menge an Sauerstoff hinzugefügt wird, um einen halbleitenden GaAs Kristall zu wachsen. Diese gesteuerte Menge an Sauerstoff (3 x lO¹&sup6; cm 3) führt dann zu einer gleichförmigen c Konzentration über den gesamten Kristall. Das Journal of Applied Physics, Bd. 45, Nr. l, Januar 1974, Seiten 243 bis 245 ist lediglich eine Grunduntersuchung des gesamten Sauerstoffanteils von Galliuinphosphid, das durch Czochralski Technik gewachsen wird, wobei eine flüssige Einkapselung verwendet wird. Insbesondere ist geoffenbart, daß umso mehr Substitutionssauerstoff in dem Galliumphosphid enthalten ist, desto größer die Rotlumineszenzintensität ist. Ausgehend von dieser bekannten Tatsache ist die Sauerstoffkonzentration in Kristallen, die durch verschiedene Aufwachstechniken aufgewachsen worden sind, in einem Bereich von 2 x 10 bis 5 x 1017 Atome/cm³ untersucht worden.
  • Schließlich offenbart GB-A-2006043 Galliuinphosphid Einkristalle mit einer geringen Störstellendichte und ihr Herstellungsverf ahren. Die Lehre dieser Druckschrift beruht auf der Tatsache, daß die strukturelle Qualität der epitaktischen Schicht durch das Substrat beeinflußt wird (Seite l Zeilen 28 bis 30, Seite 2, Zeilen 40 bis 43).
  • Die Nachfrage nach einer GaP Leuchtdiode für grünes Licht mit hoher Luminanz hat Jahr um Jahr zugenommen. Da jedoch die Luminanzverringerung durch verschiedene Ursachen bewirkt wird, ist eine zufriedenstellende Lösung für die vorstehende Nachfrage nicht vorgeschlagen worden. Beispielsweise tritt, wenn eine epitaktische Schicht aus der Flüssigphase auf einem GaP Einkristallsubstrat abgeschieden wird, um einen epitaktischen Waf er für eine Leuchtdiode mit grünem Licht herzustellen, ein Problem dahingehend auf, daß die Luminanz an einem bestimmten Abschnitt des Substrats unzulänglich wird.
  • Durch eine Untersuchung der Verunreinigungskonzentration von GaP Einkristallsubstraten, die das Problem der unzulänglichen Luminanz einschließen, und von GaP Einkristallsubstraten, die von dem Problem der unzulänglichen Luminanz frei sind, haben die gegenwärtigen Erfinder herausgefunden, daß eine bestimmte Korrelation zwischen der Luminanz und den Konzentrationen an bestimmten Verunreinigungen besteht. Auf der Grundlage dieser Erkenntnis haben die gegenwärtigen Erfinder die vorliegende Erfindung abgeschlossen.
  • Es ist eine Zielsetzung dieser Erfindung, einen Verbundwerkstoff aus einem GaP Einkristall als ein Substrat und einer epitaktischen Abscheidung darauf von einer lichtaussendenden Einrichtung zu schaffen, die grünes Licht aussendent, und von dem Problem der unzulänglichen Luminanz frei ist, und ein Verfahren zum Aussenden von Licht, das grünes Licht einschließt, von einer Leuchtdiode zu schaffen.
  • Die Zielsetzung wird durch einen Verbundwerkstoff aus einem GaP Einkristall als ein Substrat und einer epitaktischen Abscheidung darauf von einer lichtaussendenden Einrichtung erreicht, die grünes Licht aussendet, wobei das Substrat eine Grenze der Verunreinigungskonzentration von nicht mehr als l x 1017 Atome/cm³ von Silicium und nicht mehr als 7 x 106 Atome/cm³ von Sauerstoff aufweist, wobei die genannte Grenze der Verunreinigungskonzentration unzureichend ist, eine Ausfällung von hinreichend Siliciumoxyd zu bewirken, um den Anteil der Defekte zu erhöhen, die durch ein nachfolgendes epitataktisches Aufwachsverf ahren erzeugt werden.
  • Das erf indungsgemäße Verfahren ist in Anspruch 3 definiert.
  • Viele andere Zielsetzungen, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden besser aus der folgenden Beschreibung verstanden, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird.
  • Fig. l ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelation zwischen den Konzentrationen Si und O in Verbund-Halbleiter-Einkristallen und die Luminanz von Leuchtdioden zeigt, die die Verbund-Halbleiter-Einkristalle verwenden; und
  • Fig.2 ist eine schematische Seitenansicht eines epitaktischen Aufwachssystems aus der Flüssigphase, das bei den Beispiel l der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • Eine Ausführungsform dieser Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Fig 2 zeigt einen Flüssigphasen-Epitaxie-Aufwachssystem 2, das beim Beispiel l verwendet wird, das später beschrieben wird.
  • Das Flüssigphasen-Epitaxie-Aufwachssystem 2 schließt eine aus Quarz hergestellte Reaktionsröhre 4 ein, in der ein Aufwachsschiffchen 6 angeordnet ist. Das Aufwachsschiffchen 6 umfaßt einen Substrathalter 8, um darin eine Mehrzahl (fünf bei der dargestellten Ausführungsform) von GaP Substraten Wl-W5 zu halten, die in der Längsrichtung davon angeordnet sind, und ein eine Lösung aufnehmendes Schiffchen 12, das auf dem Substrathalter 8 angeordnet ist und eine Mehrzahl von Aufwachslösungsvertiefungen loa-loe aufweist, von denen jede für ein entsprechendes der GaP Substrate WI-W5 vorgesehen ist und darin eine Lösung hält, die für die Flüssigphasen-Epitaxie verwendet wird. Der Substrathalter 8 und das die Lösung aufnehmende Schiffchen 12 sind relativ zueinander verschiebbar.
  • Eine Dotiermittel-Verdampfungsquelle 14, die beispielsweise aus Zn besteht, ist an einer Stelle angeordnet, die von dem Aufwachsschiffchen 6 eine Strecke beabstandet ist. Die Reaktionsröhre 4 weist an ihrem einen Ende eine Gaszuführöffnung 16 auf, von der ein Gas in die Reaktionsröhre 4 zugeführt wird, und an dem gegenüberliegenden Ende eine Casaustragsöf fnung 18, von der das Gas aus der Reaktionsröhre 4 ausgetragen wird.
  • Die Bezugszeichen 20a und 20b sind Heizeinrichtungen, die um die Reaktionsröhre 4 herum angeordnet sind, und das Bezugszeichen 21 ist eine Ziehstange, um das Aufwachsschiffchen 6 hinund herzubewegen.
  • Die Erfindung wird weiter mittels des folgenden Beispiels beschrieben, das als beschreibend statt als einschränkend anzusehen ist.
    • Beispiel 1
  • Unter Verwendung von 14 Proben von GaP Einkristallsubstraten, die mit dem LEC Verfahren mit unterschiedlichen Konzentrationen an Silicium und Sauerstoff, wie es in Tab. l gezeigt ist, hergestellt worden sind, wurden Flüssigphasen-Epitaxieschichten in dem Flüssigphasen-Epitaxie-Aufwachssystem 2 aufgewachsen, das in Fig. 2 gezeigt ist, um Epitaxiewafer für eine Leuchtiode mit grünem Licht herzustellen.
  • Das Flüssigphasen-Epitaxie-Aufwachsen wurde auf die unten beschriebene Weise durchgeführt.
  • (1) In einer H&sub2; Atmosphäre wurde die Temperatur auf 1000ºC erhöht, so daß bewirkt wurde, daß der GaP Polykristall zu einer Ga Schmelze schmolz.
  • (2) Die Zugstange 21 wurde betätigt, um die Substrate Wl-W5 mit der Ga Schmelze in Berührung zu bringen.
  • (3) Die Temperatur auf 1010ºC erhöht, so daß ein Teil von jedem Substrat veranlaßt wurde, in die Ga Schmelze zurück zu schmelzen.
  • (4) Das System 2 wurde nach und nach mit einer Geschwindigkeit von 1-3ºC pro Minute abgekühlt, wobei während dieser Zeit eine Schicht vom n-Typ zuerst aufgewachsen wurde.
  • (5) Während H&sub2; und NH&sub3; von der Gaszuführöffnung 16 zugeführt wurden, wurde das System 2 fortwährend abgekühlt, so daß eine Schicht vom n-Typ, der N hinzugefügt worden ist, aufgewachsen wurde.
  • (6) Die Dotiermittel-Verdampfungsquelle 14 wurde erwärmt, um einen Zn Dampf zu erzeugen, und während der Zn Dampf und H&sub2; zugeführt wurden, wurde das System 2 fortlaufend gekühlt, so daß eine epitaktische Schicht von p-Typ aufgewachsen wurde.
  • (7) Schließlich wurde die Ziehstange 21 betätigt, um die Ga Schmelze und die Substrate WI-WS zu trennen, wodurch das epitatktische Aufwachsen abgeschlossen wurde.
  • An den derart hergestellten Epitaxiewafern wurde eine Elektrode vom p-Typ aus einer Au-Legierung und eine Elektrode vom n-Typ aus einer Au-Legierung durch Dampfabscheiden gebildet. Nachfolgend wurden die Wafer in 0,3 mm quadratische, tablettenförmige Leuchtdioden mit grünem Licht zerschnitten. Dann wurde die Luminanz der derart hergestellten Leuchtioden unter den folgenden Bedingungen gemessen. Sockel: TO-18 Sockel Epoxyüberzug: keiner Vorwärtsgleichstrom (I ): 10 mA
  • Unter Verwendung eines Kriteriums von 4,5 mcd wurden die gemessenen Leuchtdioden in zwei Gruppen in Abhängigkeit von ihren Luminanzwerten unterteilt, d.h. störungsfreie Leuchtioden, die Luminanzwerte von nicht weniger als 4,5 haben, und defektive Leuchtioden, die Luminanzwerte von weniger als 4,5 mcd haben. Dann wurden die Messungen der Luminanz in bezug auf eine Beziehung zu der Verbindung mit den Konzentrationen der Verunreinigungen Si und 0 analysiert. Die derart erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 1 gezeigt.
  • In Fig. l stellt die Markierung ''o" eine Leuchtiode dar, die frei von einer Ausfällung von SiO&sub2; war und eine Luminanz von 4,5 mcd oder mehr zeigte, und die Markierung Dlxll stellt eine Leuchtiode dar, die eine örtliche Ausfällung von SiO&sub2; enthielt und aufgrund dieses Kristallfehlers nur eine Luminanz von weniger als 4,5 mcd zeigen konnte.
  • Ein Substrat, daß zur Verwendung bei einer Epitaxieabscheidung von einer luminanzverringerungsfreien Grünlicht-Leuchtdiode geeignet ist, weist einen bestimmten Bereich der Verunreinigungskonzentration auf, d.h. eine Si Konzentration von nicht mehr als 1 x 1017 Atouie/cm³ und eine O Konzentration von nicht mehr als 7 x 1016 Atome/cm³. Mit anderen Worten kann eine Leuchtdiode, die grünes Licht mit einer angemessenen Luminanz aussenden kann, erhalten werden, indem ein Verbund-Halbleitersubstrat verwendet wird, das eine Si Konzentration von nicht mehr als l x 1017 Atome/cm³ und eine O Konzentration von nicht mehr als 7 x 1016 Atome/cm³ aufweist.
  • Wie es oben beschrieben worden ist, ist ein GaP Einkristall dieser Erfindung besonders zur Verwendung als ein Substrat für eine Epitaxieabscheidung einer lichtaussendenden Einrichtung geeignet, die grünes Licht aussenden kann, ohne ein Problem unzulänglicher Luminanz einzuschließen.
    • Tabelle l
  • l 0.63 0.56 2 1.12 0.56 3 2.22 0.63 4 2.31 0.69 2.07 0.91 6 1.20 0.93 7 l.D2 0.93 8 0. 3 0.93 9 0.39 1.07 10 0.10 1.08
  • 0.39 1.40
  • 12 1.35 2.00
  • 13 1.10 2.10 14 2.00 1.50
  • (Konzentration: x10¹&sup7; Atome/cm³)

Claims (3)

Europäische Patentanmeldungs-Nr.: EP 92 112 540.7 Anmelder: SHIN-ETSU HANDTAI COMPANY LIMITED
1. Verbundwerkstoff aus einem GaP-Einkristallsubstrat und einer Epitaxieschicht bzw. -ablagerung auf diesem aus einer lichtemittierenden Einrichtung, welche grünes Licht emittiert, wobei das Substrat eine Grenze der Verunreinigungskonzentration von nicht mehr als l 1017 Atome/cm³ Silicium und nicht mehr als
7 . 1016 Atome/cm³ Sauerstoff aufweist, die Grenze der Verunreinigungskonzentration unzureichend ist, um Ausfällungen von hinreichend Siliciumoxid zu bewirken, das der Anteil der Defekte, welche durch ein nachfolgendes Epitaxiewachstuinsverfahren erzeugt werden, erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Grenze der Verunreinigungskonztration von in dem Substrat enthaltenen Silicium und Sauerstoff nicht ausreichend ist, um die Leuchtdichte (luminance) der lichtemittierenden Einrichtung zu verschlechtern.
3. Verfahren zum Emittieren von Licht, umfassend grünes Licht, aus einer lichtemittierenden Diode, wobei die Diode umfaßt:
ein CaP Einkristallhalbleitersubstrat; und
eine Epitaxieschicht bzw. -ablagerung auf wenigstens einer Oberfläche dieses Substrates, umfassend eine ein grünes Licht emittierende Einrichtung, wobei das Verfahren umfaßt:
Herstellen der Diode, während die Verunreinigungskonzentration von Silicium und Sauerstoff in dem GaP-Einkristallsubstrat so beschränkt wird, daß der die Emission erhöhende Anteil des Silicums nicht mehr als l 10- Atome/cm³ beträgt und der die Emission des grünen Lichtes steigernde Anteil des Sauerstoffes nicht mehr als 7 1016 Atome/cm³ beträgt; und Erregen der Diode auf solch ein Mäß, welches ausreichend ist um mit dieser Licht, mit erhöhten grünen Licht, zu erzeugen.
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