DE19806536A1

DE19806536A1 - Grünes Licht emittierendes Galliumphosphid-Bauteil

Info

Publication number: DE19806536A1
Application number: DE19806536A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Yoshinaga; Koichi Hasegawa
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 1998-08-20
Also published as: US6144044A; CN1134075C; TW494587B; KR19980071406A; KR100296094B1; JPH10294489A; JP3356041B2; TW409433B; CN1194470A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein grünes Licht emittierendes Bauteil, das aus Galliumphosphid (GaP) gebildet ist. Genauer betrifft die vorlie gende Erfindung eine grünes Licht emittierende GaP-Diode, die verbes serte elektrische Eigenschaften und/oder eine verbesserte Helligkeit auf weist.

Licht emittierende GaP-Dioden, die grünes Licht emittieren, werden heute ausgiebig in verschiedenen Anzeigevorrichtungen verwendet. Grünes Licht emittierende GaP-Dioden haben in den letzten Jahren einen überraschen den Fortschritt gemacht, wobei in der ganzen Zeit Typen mit größerer Hel ligkeit entwickelt wurden. Zusammen mit der Vergrößerung der Helligkeit ist der Anwendungsbereich für grünes Licht emittierende GaP-Dioden sehr breit geworden. Um jedoch den Anwendungsbereich noch weiter auszu dehnen, wird die Entwicklung von Licht emittierenden Dioden mit noch größerer Helligkeit angestrebt. Um in der Lage zu sein, eine stabile Versor gung mit preisgünstigen, grünes Licht emittierenden GaP-Dioden zu lie fern, die der Marktanforderung genügen, gibt es eine Notwendigkeit, Licht emittierende Dioden zu entwickeln, die einen Aufbau aufweisen, der den Anteil fehlerhafter Produkte stark verringert.

Fig. 2(a) zeigt einen allgemeinen Aufbau einer herkömmlichen, grünes Licht emittierenden GaP-Diode. In Fig. 2(a) bezeichnet Bezugszeichen 11 ein n-leitendes GaP-Einkristallsubstrat, 12 ist eine n-leitende GaP-Schicht (n₁-Schicht), die nicht mit Stickstoff dotiert ist, 13 ist eine n-leitende GaP- Schicht (n₂-Schicht), die mit Stickstoff dotiert ist, 14 ist eine p-leitende GaP-Schicht, 15 ist eine p-Elektrode und 16 ist eine n-Elektrode.

In der grünes Licht emittierenden GaP-Diode von Fig. 2(a) besteht das n-leitende GaP-Einkristallsubstrat 11 aus einem allgemein verwendeten Typ, der unter Verwendung des Liquid-Encapsulated-Czochralski-Verfah rens hergestellt wird und mit einem n-leitenden Dotiermittel, wie S, Te, Si usw. dotiert ist und eine Donor-Konzentration von ungefähr 1 bis 20 × 10¹⁷cm^-3 aufweist.

Die GaP-Schichten 12, 13 und 14 werden allgemein durch das Flüssig phasenepitaxie-Aufwachsverfahren (LPE-Aufwachsverfahren) hergestellt. Normalerweise wird der n-leitenden GaP-Schicht (n₁-Schicht) 12, die nicht mit Stickstoff dotiert ist, Silizium als Dotiermittel hinzugefügt, um die Schicht mit einer Donor-Konzentration von ungefähr 0,5 bis 10 × 10¹⁷cm^-3 zu versehen. Die n₁-Schicht 12 ist vorgesehen, um nachteilige Einwirkun gen von Kristalldefekten des Substrats auf die Kristallinität der stickstoff dotierten, n-leitenden GaP-Schicht 13 zu lindern.

Die stickstoffdotierte, n-leitende GaP-Schicht (n₂-Schicht) 13 bildet die Emissionsschicht. Um die Helligkeit der grünes Licht emittierenden GaP- Diode zu vergrößern, ist es bevorzugt, die Donor-Konzentration der n₂-Schicht 13 zu verringern, aus welchem Grund die Donor-Konzentration gewöhnlich auf ungefähr 1 bis 5 × 10¹⁶cm^-3 eingestellt ist. Silizium ist das n-leitende Dotiermittel, das am üblichsten für die n₂-Schicht 13 verwendet wird. Der n₂-Schicht 13 werden ungefähr 2 × 10¹⁸cm^-3 Stickstoff durch Zuführen von Ammoniakgas während des Flüssigphasenepitaxie-Auf wachsprozesses hinzugefügt.

Normalerweise wird der p-leitenden GaP-Schicht 14 Zink oder ein anderes derartiges p-leitendes Dotiermittel hinzugefügt, um die Akzeptor-Konzen tration auf ungefähr 5 bis 20 × 10¹⁷cm^-3 einzustellen. Die p-leitende GaP- Schicht 14 wird gewöhnlich nach der n₂-Schicht 13 gebildet, für die un gefähr 2 × 10¹⁸cm^-3 Stickstoff hinzugefügt werden. Fig. 2(b) zeigt repräsen tative Profile der Verunreinigungskonzentration in einer grünes Licht emittierenden GaP-Diode, welche den vorstehenden Aufbau aufweist. Die Zusammensetzung des obigen Typs einer grünes Licht emittierenden GaP- Diode ist beispielsweise durch die JP-B Sho 57-54951 offenbart.

Die grünes Licht emittierende GaP-Diode wird unter Verwendung von LPE hergestellt, um die obigen GaP-Schichten auf das n-leitende GaP-Einkri stallsubstrat epitaktisch aufzuwachsen, wodurch ein Epitaxiewafer gebil det wird, und dann werden durch Ausscheiden aus der Dampfphase, Wärmebehandlung und Photolithographie Goldlegierungen, wie AuGe oder AuSi bzw. AuBe oder AuZn, jeweils auf den n-leitenden bzw. p-leitenden Seiten des Epitaxiewafers gebildet, um dadurch die in Fig. 2(a) gezeigte p-Elektrode 15 bzw. n-Elektrode 16 zu bilden. Der Wafer wird dann in die einzelnen Bauteile getrennt.

In der JP-B Sho 57-54951 ist der Grund für die Notwendigkeit, die Donor- Konzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht der grü nes Licht emittierenden GaP-Diode zu verringern, um eine größere Hellig keit zu erhalten, so beschrieben, daß es eine umgekehrte Korrelation zwi schen der Donor-Konzentration und der Stickstoffatomkonzentration in der n-leitenden-GaP-Schicht gibt, so daß die Stickstoffatomkonzentration erhöht werden kann, indem die Donor-Konzentration verringert wird. Der Stickstoff in der GaP-Schicht funktioniert nämlich als ein Emissionszen trum. In der grünes Licht emittierenden GaP-Diode ist die Emissions schicht ebenfalls die n₂-Schicht. Deshalb kann die Helligkeit der Licht emittierenden Diode vergrößert werden, indem die Donor-Konzentration in der n₂Schicht verringert wird, um die Stickstoffkonzentration zu erhöhen.

Die Erfinder führten verschiedene Experimente und Studien durch, die auf das Entwickeln von grünes Licht emittierenden GaP-Dioden abzielten, die einen Aufbau aufweisen, der den Anteil von denjenigen minimiert, die fehlerhafte Eigenschaften, insbesondere fehlerhafte elektrische Eigen schaften, aufweisen. Ein Fehler der elektrischen Eigenschaften in her kömmlichen, grünes Licht emittierenden GaP-Dioden ist die Bildung von Thyristoren gewesen. Das heißt, aus irgendeinem Grund ist in einem be stimmten Anteil von herkömmlichen, durch das LPE-Verfahren hergestell ten, grünes Licht emittierenden GaP-Dioden ein pnpn-Aufbau (Thyristor) aufgetreten, der hervorruft, daß die elektrischen Eigenschaften einen ne gativen Widerstand zeigten, was die Dioden fehlerhaft macht.

Die Erfinder erklärten zuerst, was hervorruft, daß derartige Thyristoren erzeugt werden. Dies begann mit einer Analyse des Aufbaus des Bauteils, das ein Thyristor wird. Dieser Aufbau ist durch Fig. 3(a) veranschaulicht. In Fig. 3(a) entsprechen die Bezugszeichen 31, 32, 33, 34, 35 und 36 dem Einkristallsubstrat 11, der n-leitenden GaP-Schicht 12, die nicht mit Stickstoff dotiert ist, der n-leitenden GaP-Schicht 13, die mit Stickstoff dotiert ist, der p-leitenden GaP-Schicht 14, der p-Elektrode 15 und der n-Elektrode 16 von Fig. 2(a). Der Thyristor in Fig. 3(a) weist eine p-leitende GaP-Inversionsschicht 37 auf, die in einem Teil der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht (n₂-Schicht) 33 in der Nähe der Grenzfläche zwi schen der n-leitenden GaP-Schicht (n₁-Schicht) 32, die nicht mit Stickstoff dotiert ist, und der n₂-Schicht 33 gebildet ist. Dies ist der Unterschied zwischen dieser Diode und der normalen, in Fig. 2(a) gezeigten, grünes Licht emittierenden GaP-Diode. Folglich ist festgestellt worden, daß Bau teile, die Thyristoren werden, einen pnpn-Aufbau aufweisen.

Um zu analysieren, was die Bildung der p-leitenden GaP-Inversions schicht 37 hervorruft, wurde Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) verwendet, um das Tiefenprofil der Verunreinigungskonzentration in den Thyristorbauteilen zu untersuchen. Fig. 3(b) zeigt eine repräsentative Verteilung der Verunreinigungskonzentration in einem Thyristorbauteil. Wie es gezeigt ist, ist in der p-leitenden GaP-Inversionsschicht 37 die Kon zentration von Kohlenstoff, die Akzeptor-Verunreinigung, höher als die des Siliziums, das die Donor-Verunreinigung bildet. Der Teil der n₂-Schicht in der Nähe der Grenzfläche zwischen der n₁-Schicht und der n₂-Schicht, bei dem die Kohlenstoffkonzentration höher als die Siliziumkonzentration ist, bildet eine p-leitende GaP-Inversionsschicht, welche die pnpn-Struktur wird.

Um die Helligkeit der grünes Licht emittierenden GaP-Dioden zu verbes sern, wird die Donor-Konzentration der n₂-Schicht normalerweise auf ein niedrigeres Niveau im Vergleich mit der n₁-Schicht eingestellt. Weil der Segregationskoeffizient des Siliziums, der die Haupt-Donor-Verunreini gung der n₂Schicht ist, eine negative Temperaturabhängigkeit aufweist, verkleinert sich die Konzentration des Siliziums in der GaP-Epitaxie schicht in Teilen, die bei hoher Temperatur aufgewachsen werden, und vergrößert sich in Teilen, die bei niedriger Temperatur aufgewachsen wer den. Dies bedeutet, daß selbst in der n₂-Schicht die Siliziumkonzentration in der Nähe der Grenzfläche mit der n₁-Schicht niedriger und in der Nähe der Grenzfläche mit der p-leitenden GaP-Schicht höher ist. In grünes Licht emittierenden GaP-Dioden beträgt die Konzentration der Donor-Verunrei nigung in der n₂-Schicht im allgemeinen ungefähr 1 bis 3 × 10¹⁶cm^-3 in der Nähe der Grenzfläche mit der n₁-Schicht, und ungefähr 2 bis 5 × 10¹⁶cm^-3 in der Nähe der Grenzfläche mit der p-leitenden GaP-Schicht. Dies ist der Fall, wenn der Hintergrundniveaugehalt des Kohlenstoffs in der GaP-Schicht ungefähr 8 bis 20 × 10¹⁵cm^-3 beträgt, wie in einer her kömmlichen Diode, wobei eine p-leitende Inversionsschicht innerhalb der n₂-Schicht im Bereich der Grenzfläche mit der n₁-Schicht gebildet werden kann, wodurch ein Thyristor erzeugt wird.

Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine grünes Licht emittierende GaP-Diode mit einem Aufbau zu schaffen, der das Auftreten von durch Thyristoren hervorgerufenen Fehlern der elektrischen Eigen schaften auf sehr niedrigen Niveaus verringert.

Die Erfinder führten auch Experimente und Studien durch, die auf ein Erfüllen der Forderung nach grünes Licht emittierenden GaP-Dioden mit noch größerer Helligkeit abzielten.

Es war bisher bekannt, daß es bei oder über der herkömmlichen Donor- Konzentration von 1 × 10¹⁶cm^-3 eine Korrelation zwischen der Donor-Kon zentration in der n₂-Emissionsschicht und der Diodenhelligkeit gibt, und daß ein Verringern der Donor-Konzentration in der n₂-Schicht verwendet werden kann, um die Helligkeit der Diode zu erhöhen. Das herkömmliche Verfahren, das verwendet wurde, um das Donor-Niveau in der n-leitenden GaP-Schicht, die mit Stickstoff dotiert ist, zu verkleinern, war, der n₂-Schicht nicht absichtlich eine Donor-Verunreinigung hinzuzufügen.

Wenn der n₂-Schicht nicht absichtlich eine Donor-Verunreinigung hinzu gefügt wird, ist die Donor-Konzentration in der n₂-Schicht hauptsächlich festgelegt durch (1) die Donor-Verunreinigung, die aus dem Substrat in die Ga-Lösung wandert, die in dem Epitaxieaufwachsprozeß verwendet wird, und durch (2) die Menge an Silizium, die durch Reduktion des Quar zes (SiO₂) des Reaktionsrohrs in dem Epitaxieaufwachsofen mit dem Was serstoffgas erzeugt und in die Ga-Lösung gemischt wird. Wenn die n₂-Schicht aufgewachsen wird, reagiert das in der Ga-Lösung infolge der Reduktion enthaltene Silizium mit dem Stickstoff, so daß Si₃N₄ gebildet wird, wobei der Hauptteil durch die Ga-Lösung entfernt wird. Infolgedes sen wird die Konzentration des Siliziums, das in die n₂-Schicht hineinge nommen wird, ungefähr 1 bis 2 × 10¹⁶cm^-3. Wenn das n-leitende Dotier mittel des Substrats Schwefel ist, beträgt die Schwefelkonzentration in der n₂Schicht infolge des Wanderns von Schwefel auf dem Substrat ungefähr 1 bis 3 × 10¹⁶cm^-3.

Das Wandern des Schwefels aus dem Substrat ist der Hauptgrund gewe sen, daß man nicht in der Lage war, die Donor-Konzentration in der n₂Schicht zu verringern. Um diesem entgegenzuwirken, beschreibt die JP-A Hei 6-120561 das Vorsehen einer n-leitenden GaP-Pufferschicht, die mit Te oder dergleichen dotiert ist, zwischen dem Substrat und der n₁-Schicht, und das Verringern der Schwefelkonzentration in der Puffer schicht, um die Menge an Schwefel zu minimieren, die aus dem Substrat in die n₂Schicht eintritt. In der somit erhaltenen, grünes Licht emittie renden GaP-Diode ist die Haupt-Donor-Verunreinigung in der stickstoffdo tierten, n-leitenden GaP-Schicht Silizium in einer Konzentration von un gefähr 1 bis 2 × 10¹⁶cm^-3. Die n₂Schicht weist eine Schwefelkonzentration von ungefähr 1 × 10¹⁶cm^-3 auf.

Die Erfinder führten weitere Studien aus, die auf eine Verbesserung der Helligkeit von grünes Licht emittierenden GaP-Dioden abzielten. Infolge dessen wurde herausgefunden, daß, wenn die Schwefelkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht gemäß dem durch die JP- A Hei 6-120561 beschriebenen Verfahren verringert wurde, sowohl Silizi um als auch Schwefel nebeneinander in der stickstoffdotierten, n-leiten den GaP-Schicht vorhanden waren, daß jedoch, selbst wenn Silizium die Haupt-Donor-Verunreinigung wurde, der Schwefel in der Schicht eine Wirkung auf die von der Diode gezeigte Helligkeit aufwies. Das heißt, selbst wenn die stickstoffdotierte, n-leitende GaP-Schicht ungefähr 1 bis 2 × 10¹⁶cm^-3 Silizium und ungefähr 1 × 10¹⁶cm^-3 Schwefel enthielt, än derte die Schwefelkonzentration die Helligkeit der grünes Licht emittieren den GaP-Diode, wobei weniger Schwefel zu einer größeren Helligkeit führ te.

Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine grünes Licht emittierende GaP-Diode zu schaffen, die eine verbesserte Helligkeit auf weist, indem der Eintritt von Schwefel in die stickstoffdotierte, n-leitende GaP-Schicht (n₂Schicht) unterdrückt wird, um eine n₂Schicht zu erhal ten, in der die Schwefelkonzentration auf nicht mehr als 6 × 10¹⁵ cm^-3 ge halten wird, auf der Basis der Tatsache, daß in dem Bereich der n₂Schicht, der eine Schwefelkonzentration von nicht mehr als 1 × 10¹⁶cm^-3 aufweist, die Schwefelkonzentration in den n₂Schichten und die Helligkeit der Licht emittierenden Diode eine Korrelation aufweisen.

Die Erfindung erfüllt die erste Aufgabe, indem eine grünes Licht emittie rende GaP-Diode geschaffen wird, umfassend ein n-leitendes GaP-Einkri stallsubstrat und mindestens eine n-leitende GaP-Schicht, eine stickstoff dotierte, n-leitende GaP-Schicht und eine p-leitende GaP-Schicht, die auf dem Substrat in der oben angeführten Reihenfolge gebildet sind, wobei die Kohlenstoffkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP- Schicht nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 beträgt.

Während sich eine p-leitende Inversionsschicht innerhalb der n₂Schicht im Bereich der Grenzfläche mit der n₁-Schicht bilden kann, wenn der Hintergrundniveaugehalt des Kohlenstoffs in der GaP-Schicht ungefähr 8 bis 20 × 10¹⁵cm^-3 beträgt, kann, wie es im Vorstehenden beschrieben ist, eine Bildung der p-leitenden Inversionsschicht unterdrückt werden, indem eine Kohlenstoffkonzentration in der n₂Schicht verwendet wird, die nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 beträgt, wodurch die Kohlenstoffkonzentration der n₂Schicht in der Nähe der Grenzfläche zwischen der n₂Schicht und der n₁-Schicht auf unter die Siliziumkonzentration verringert wird.

Die Erfindung erfüllt die zweite Aufgabe, indem eine grünes Licht emittie rende GaP-Diode geschaffen wird, umfassend ein n-leitendes GaP-Einkri stallsubstrat und mindestens eine n-leitende GaP-Schicht, eine stickstoff dotierte, n-leitende GaP-Schicht und eine p-leitende GaP-Schicht, die auf dem Substrat in der angeführten Reihenfolge gebildet sind, wobei die Schwefelkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 beträgt.

Wenn Silizium und Schwefel in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP- Schicht nebeneinander vorhanden sind, hat folglich der Schwefel eine Auswirkung auf die Helligkeit der Licht emittierenden Diode, so daß durch Unterdrücken des Einschlusses von Schwefel, um die Schwefelkonzentra tion auf nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 zu halten, die Helligkeit der Diode um den Grad verbessert wird, um den die Schwefelkonzentration verringert wird.

Die Erfindung umfaßt auch die obige, grünes Licht emittierende Gallium phosphid-Diode, bei der die Kohlenstoffkonzentration in der stickstoffdo tierten, n-leitenden GaP-Schicht nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 beträgt und die Schwefelkonzentration nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 beträgt.

Indem somit die Kohlenstoffkonzentration in der stickstoffdotierten, n-lei tenden GaP-Schicht auf nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 und die Schwefelkon zentration auf nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 gehalten wird, wird die Bildung von Thyristoren unterdrückt, wodurch es ermöglicht wird, daß grünes Licht emittierende GaP-Dioden mit einer verbesserten Helligkeit und einer höheren Ausbeute erhalten werden.

Die Siliziumkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP- Schicht ist so spezifiziert, daß sie im Bereich von 1 bis 2 × 10¹⁶cm^-3 liegt, der wünschenswert ist, da er die Bildung von Thyristoren in grünes Licht emittierenden GaP-Dioden wirksam unterdrückt, bei denen die Helligkeit dadurch verbessert ist, daß die Schwefelkonzentration verringert ist.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung be schrieben, in dieser zeigt:

Fig. 1 einen Graph, der den Zusammenhang zwischen der Kohlen stoffkonzentration in GaP-Polykristall und der Kohlenstoffkon zentration in GaP-Epitaxieschichten, die den GaP-Polykristall verwenden, zeigt,

Fig. 2(a) ein Schaubild, das den Aufbau von einer herkömmlichen, grünes Licht emittierenden GaP-Diode und von grünes Licht emittierenden GaP-Dioden von Beispiel 1 und Vergleichsbei spiel 1 veranschaulicht,

Fig. 2(b) das Profil der Verunreinigungskonzentration in einer her kömmlichen, grünes Licht emittierenden GaP-Diode,

Fig. 3(a) ein Schaubild des Aufbaus eines Thyristorbauteils,

Fig. 3(b) das Profil der Verunreinigungskonzentration in dem Thyri storbauteil,

Fig. 4 den Zusammenhang zwischen der Helligkeit und der Schwe felkonzentration in einer stickstoffdotierten, n-leitenden GaP- Schicht in einer grünes Licht emittierenden GaP-Diode,

Fig. 5 ein Schaubild einer Aufwachsapparatur vom Schiebebootyp, die verwendet wird, um die GaP-Epitaxieschicht aufzuwach sen, und

Fig. 6 den Aufbau von grünes Licht emittierenden GaP-Dioden, der die Beispiele 2 und 3 und Vergleichsbeispiel 2 betrifft.

Um die erste Aufgabe zu erfüllen, erklärten die Erfinder eine Quelle des Eindringens von Kohlenstoff in die n₂Schicht. Es wird angenommen, daß die Quelle des Kohlenstoffs das Graphitmaterial der Epitaxieaufwachsap paratur und Kohlenstoff ist, der als Verunreinigung in den Grundmateria lien enthalten ist. Die Erfinder ersetzten den in der Epitaxieaufwachsap paratur verwendeten Graphit durch Quarz (SiO₂) und Bornitrid (BN) und untersuchten, wie dies die Kohlenstoffkonzentration in den GaP-Epitaxie schichten veränderte. Jedoch wurde festgestellt, daß GaP-Epitaxieschich ten, die in einer Apparatur aufgewachsen wurden, die Quarz oder Borni trid verwendete, eine Kohlenstoffkonzentration aufwiesen, die im wesentli chen gleich war wie in GaP-Schichten, die in einer Apparatur aufgewach sen wurden, die Graphit verwendete. Dies zeigte, daß die Hauptquelle des Kohlenstoffs in den GaP-Epitaxieschichten nicht der Graphit der Epitaxie aufwachsapparatur war.

Die Erfinder verschoben als nächstes das Augenmerk ihrer Untersuchung auf Kohlenstoff, der als eine Verunreinigung in den Grundmaterialien ent halten war, die verwendet wurden, um die GaP-Epitaxieschichten aufzu wachsen. Dies deckte auf, daß es eine Korrelation zwischen der Kohlen stoffverunreinigung, die in als das Grundmaterial verwendetem GaP-Poly kristall enthalten war, und der Kohlenstoffkonzentration in den GaP-Epi taxieschichten gab, wie in Fig. 1 durch ausgefüllte Kreise (⚫) gezeigt ist. Dies zeigte, daß die Kohlenstoffkonzentration in den GaP-Epitaxieschich ten verringert werden könnte, indem die Kohlenstoffkonzentration in de nen GaP-Polykristall verringert werden würde.

Die Erfinder führten dann Studien durch, die mit dem Verfahren began nen, das verwendet wird, um den GaP-Polykristall zu erzeugen, der als das Grundmaterial verwendet wird, um die GaP-Epitaxieschichten aufzu wachsen. Bei den 800 bis 1000°C, bei denen GaP-Schichten durch Flüs sigphasenepitaxie aufgewachsen werden, schmilzt beinahe nichts von dem Graphit der Epitaxieaufwachsapparatur in die Ga-Expitaxieaufwachslö sung. Bei den höheren Temperaturen von ungefähr 1500°C, die verwendet werden, um den GaP-Polykristall zu erzeugen, wäre es jedoch möglich, daß etwas von dem Kohlenstoff aus dem Graphitbehälter, der verwendet wird, um den Polykristall aufzuwachsen, in das geschmolzene GaP schmilzt, was zu dem Kohlenstoffgehalt von 5 bis 30 × 10¹⁷cm^-3 führt, der in herkömmlichem GaP-Polykristall gefunden wird.

Die Erfinder tauschten deshalb den Graphitbehälter gegen einen pyrolyti schen Bornitridbehälter (PBN-Behälter), der zu einer GaP-Polykristall- Kohlenstoffkonzentration von 1 × 10¹⁷cm^-3 oder weniger führte, was merk lich niedriger als die früheren 5 bis 30 × 10¹⁷cm^-3 ist. Unter Verwendung dieses GaP-Polykristalls mit einer verringerten Konzentration der Kohlen stoffverunreinigung als das Ausgangsmaterial für das Aufwachsen der GaP-Epitaxieschichten war es möglich, die Kohlenstoffkonzentration in der n₂-Schicht von der herkömmlichen 8 bis 20 × 10¹⁵cm^-3 auf 6 × 10¹⁵cm^-3 oder weniger (unter die gestrichelte Linie 6) zu verringern, wie in Fig. 1 durch hohle Kreise (O) gezeigt ist.

Fig. 1 zeigt den Zusammenhang zwischen der Kohlenstoffkonzentration in dem GaP-Polykristall und der Kohlenstoffkonzentration in GaP-Epitaxie schichten, die unter Verwendung des GaP-Polykristalls gebildet wurden. In der Figur zeigen die schwarz ausgefüllten Kreise die Kohlenstoffkonzen tration in GaP-Polykristall, der unter Verwendung eines Graphitbehälters herkömmlich gebildet wurde, und die Kohlenstoffkonzentration in den GaP-Epitaxieschichten, die unter Verwendung des GaP-Polykristalls gebil det wurden, und die hohlen Kreise zeigen die Kohlenstoffkonzentration in GaP-Polykristall, der gemäß dem verbesserten GaP-Polykristall-Herstel lungsprozeß dieser Erfindung unter Verwendung eines PBN-Behälters ge bildet wurde, und die Kohlenstoffkonzentration in den GaP-Epitaxie schichten, die unter Verwendung dieses GaP-Polykristalls gebildet wur den.

Auf der Grundlage dieser Befunde waren die Erfinder in der Lage, grünes Licht emittierende GaP-Dioden zu erzeugen, bei denen im wesentlichen keine Thyristoren auftraten, indem die Kohlenstoffkonzentration der n₂Schicht auf nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 gehalten wurde, um dadurch die Bildung einer p-leitenden Inversionsschicht in der n₂Schicht in der Nähe der Grenzfläche mit der n₁-Schicht zu verhindern.

Um die zweite Aufgabe der Erfindung zu erfüllen, führten die Erfinder Untersuchungen durch, die eine Verringerung der Schwefelkonzentration in den stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schichten betrafen. Bei dem herkömmlichen Verfahren, bei dem eine Pufferschicht verwendet wird, um zu verhindern, daß Substratschwefel in die n₂Schicht eintritt, war es nicht möglich, die Schwefelkonzentration auf oder unter 6 × 10¹⁵cm^-3 zu verringern, wobei das niedrigste erreichbare Niveau in der Größenordnung von 0,7 bis 1 × 10¹⁶cm^-3 lag.

Es wurden verschiedene Quellen für das Eindringen von Schwefel ange nommen, um zu erklären, warum die Schwefelkonzentration in der stick stoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht nicht auf 6 × 10¹⁵cm^-3 verringert werden konnte. Infolgedessen wurden nachgewiesen, daß die Hauptquelle des Schwefels in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht das Grundmaterial war, das verwendet wurde, um die GaP-Schicht epitaktisch aufzuwachsen. Die Erfinder richteten ihr Augenmerk auf das verwendete Material zum epitaktischen Aufwachsen der GaP-Schicht, insbesondere das Ga, wobei eine Reinheit von mindestens 99,9999% verwendet wurde, und es vor seiner Verwendung in dem epitaktischen Aufwachsprozeß einer Wärmebehandlung bei 1050°C in einer Atmosphäre mit verringertem Druck oder einer Wasserstoffatmosphäre unterzogen wurde.

Zusätzlich wurden die hochreinen Wasserstoff-, Argon- oder anderen Gase handelsüblicher Qualität, die bei dem epitaktischen Aufwachsprozeß ver wendet wurden, verfeinert, um ihre Reinheit weiter zu steigern, bevor sie dem Reaktionsofen zugeführt wurden. Des weiteren wurde für den Gra phit, der in der Epitaxieaufwachsapparatur verwendet wurde, hochreiner Graphit verwendet, und bevor er tatsächlich angewandt wurde, wurde er einer Reinigungsbehandlung unterzogen, indem er bei 1200°C in einer Atmosphäre aus HCl-Gas wärmebehandelt wurde. Ebenso wurde vor dem Gebrauch das GaP-Einkristallsubstrat unter Verwendung von hochreinen Ätzmitteln verarbeitet und mit ultrareinem Wasser gründlich gewaschen. Das Gesamtergebnis dieser Maßnahmen war, daß es zum ersten Mal möglich wurde, die Schwefelkonzentration in der stickstoffdotierten, n-lei tenden GaP-Schicht auf nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 einzustellen.

Die hohlen Kreise in Fig. 4 zeigen den Zusammenhang zwischen der Hel ligkeit und der Schwefelkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leiten den GaP-Schicht in einer grünes Licht emittierenden GaP-Diode, bei der die Schwefelkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP- Schicht durch die obigen Verfahren auf nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 ver ringert worden war. In Fig. 4 zeigen die ausgefüllten Kreise den Zusam menhang zwischen der Helligkeit und der Schwefelkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht in einer grünes Licht emittie renden GaP-Diode, die durch das herkömmliche Verfahren erhalten wur de, bei dem die Schwefelkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leiten den GaP-Schicht mehr als 7 × 10¹⁵cm^-3 beträgt.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, gibt es eine Korrelation zwischen der Schwefel konzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht und der Helligkeit, wenn die Schwefelkonzentration im Bereich von 2 bis 20 × 10¹⁵cm^-3 liegt. Durch Steuern der Schwefelkonzentration auf nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 (die linke Seite der gestrichelten Linie 6) wurde die Helligkeit der resultierenden Licht emittierenden Dioden um 20 bis 50% oder mehr im Vergleich mit grünes Licht emittierenden GaP-Dioden ver bessert, die eine Schwefelkonzentration von 7 bis 20 × 10¹⁵cm^-3 aufwiesen. Das erfindungsgemäße, grünes Licht emittierende GaP-Bauteil ist das er ste, bei dem die Schwefelkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leiten den GaP-Schicht nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 beträgt. Außerdem war es auf Grundlage der obigen Ergebnisse möglich, grünes Licht emittierende GaP-Dioden zu erhalten, die eine größere Helligkeit als herkömmliche grünes Licht emittierende GaP-Dioden und ein viel geringeres Auftreten von Thyristoren zeigten, indem die Kohlenstoffkonzentration in der stick stoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht auf nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 verringert wurde und auch indem die Schwefelkonzentration auf nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 verringert wurde.

Es ist bevorzugt, daß die Siliziumkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht zwischen 1 bis 2 × 10¹⁶cm^-3 liegt. Wenn die Sili ziumkonzentration größer als 2 × 10¹⁶cm^-3 ist, wird die hohe Donor-Kon zentration in der n-leitenden GaP-Schicht dazu neigen, die Helligkeit der resultierenden grünes Licht emittierenden GaP-Diode zu verschlechtern. Wenn im Gegensatz dazu die Siliziumkonzentration in der stickstoffdo tierten, n-leitenden GaP-Schicht kleiner als 1 × 10¹⁶cm^-3 ist, in Verbin dung damit, daß die Schwefelkonzentration in der n-leitenden GaP- Schicht auf nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 gesteuert ist, kann die Donor- Konzentration in der n-leitenden GaP-Schicht zu niedrig sein, was mögli cherweise zur Bildung einer p-leitenden Inversionsschicht in der n-leiten den GaP-Schicht führt.

Der Mechanismus, durch den die Helligkeit der grünes Licht emittieren den GaP-Diode durch die Schwefelkonzentration in der n₂Schicht be stimmt wird, ist nicht bekannt. SIMS ist ein Beispiel eines Verfahrens, das verwendet werden kann, um die Konzentration von Schwefel und anderen Verunreinigungen der GaP-Schicht zu messen.

Die Erfindung ist unten ausführlich unter Bezugnahme auf Beispiele be schrieben. Jedoch ist die Erfindung nicht durch diese Beispiele begrenzt.

Beispiel 1

Unter Verwendung der unten beschriebenen Verfahren wurden erfin dungsgemäße, grünes Licht emittierende GaP-Dioden hergestellt, indem eine n-leitende GaP-Schicht, die nicht mit Stickstoff dotiert war, eine stickstoffdotierte, n-leitende GaP-Schicht und eine p-leitende GaP-Schicht in der angeführten Reihenfolge auf einem n-leitenden GaP-Einkristall substrat gebildet wurden. Fig. 5 ist eine allgemeine Ansicht der Schiebe boot-Aufwachsapparatur, die verwendet wurde, um diese GaP-Expitaxie schichten aufzuwachsen. In Fig. 5 bezeichnet Bezugszeichen 21 ein Sub strathalterboot, 22 ist eine Substratausnehmung, 23 ist ein n-leitendes GaP-Einkristallsubstrat, 24 ist ein Schieber, der die Ga-Lösung enthält, 25 ist ein Lösungsreservoir, 26 ist die Ga-Lösung, 27 sind Löcher und 28 ist ein Deckel. Es wurde eine Aufwachsapparatur mit einem Graphitschie beboot verwendet.

Zuerst wurde das n-leitende GaP-Einkristallsubstrat 23 in die Substrat ausnehmung 22 gesetzt, und die Ga-Lösung 26, der GaP-Polykristall hin zugefügt war, wurde in das Lösungsreservoir 25 gesetzt, das, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, getrennt war, und die Apparatur wurde dann in den Reakti onsofen gesetzt, der ein Quarzreaktionsrohr verwendete. Es wurde GaP- Polykristall verwendet, in dem die Kohlenstoffkonzentration unter Ver wendung eines PBN-Behälters bei dem Herstellungsprozeß auf nicht mehr als 1 × 10¹⁷cm^-3 verringert worden war.

Die Atmosphäre in dem Reaktionsofen wurde durch Wasserstoff ersetzt, und die Temperatur in dem Ofen wurde auf 1050°C erhöht. Die Aufwachs apparatur wurde bei 1050°C für eine Stunde wärmebehandelt, um den GaP-Polykristall in die Ga-Lösung zu schmelzen, wodurch eine GaP-gesät tigte Ga-Lösung gebildet wurde. Nach der Wärmebehandlung wurde die Temperatur des Ofens auf 1000°C verringert, und nachdem sich die Tem peratur stabilisiert hatte, wurde der Schieber 24 verschoben, um das n-leitende GaP-Einkristallsubstrat 23 und die Ga-Lösung 26 in Kontakt zu bringen, und der Schieber 24 wurde weiter bewegt, bis ein Teil der Ga- Lösung 26 über dem n-leitenden GaP-Einkristallsubstrat 23 lag und der Teil mit den Löchern 27 über dem Substrat lag.

Nachdem dieser Zustand für fünf Minuten aufrechterhalten worden war, wurde die Temperatur des Ofens auf 950°C mit einer Rate von 1,5°C/min. verringert. Während dieses Abkühlschrittes wurde die n-leitende GaP- Schicht, die nicht mit Stickstoff dotiert war (n₁-Schicht) auf dem GaP- Einkristallsubstrat 23 gebildet. Das für die Schicht verwendete Dotier mittel war Silizium, das durch die Reduktion des Quarzes durch das Was serstoffgas gebildet worden war und der Ga-Lösung enthalten war. Die n₁-Schicht wies eine Dicke von näherungsweise 10 µm und eine Donor- Konzentration von 1 bis 2 × 10¹⁷cm^-3 auf.

Nachdem die Ofentemperatur 950°C erreicht hatte, wurde die Temperatur für ungefähr 60 Minuten aufrechterhalten. Gleichzeitig mit dem Start die ses 60-Minuten-Zeitraums wurde die Atmosphäre in dem Ofen durch Ar gongas ersetzt, dem Ammoniak (HH₃) hinzugefügt war. Somit reagierte das Ammoniakgas über die Löcher 27 mit der Ga-Lösung 26, wodurch Stick stoff in die Ga-Lösung eingeführt wurde. Ein Teil dieses Stickstoffs rea gierte mit dem Silizium in der Ga-Lösung, wodurch Si₃N₄ gebildet wurde. Infolgedessen wurde die Konzentration des Siliziums in der Ga-Lösung stark verringert.

Nachdem die Temperatur für 60 Minuten auf 950°C aufrechterhalten wor den war, wurde der Ofen auf 900°C mit 1,5°C/min abgekühlt. Während dieses Abkühlschrittes wurde die stickstoffdotierte, n-leitende GaP- Schicht (n₂-Schicht) gebildet. Infolge der vorstehend erwähnten Hauptver ringerung der Siliziumkonzentration in der Ga-Lösung, wurde die Donor- Konzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht auf un gefähr 1 bis 5 × 10¹⁶cm^-3 verringert. Die Dicke der n₂-Schicht betrug nä herungsweise 10 µm.

Nachdem die Ofentemperatur 900°C erreicht hatte, wurde die Temperatur für ungefähr 30 Minuten aufrechterhalten. Gleichzeitig mit dem Start die ses Zeitraums wurde dem Ofen über das Atmosphärengas Zinkdampf zu geführt. Dies führte zum Einschluß von Zink in die Ga-Lösung durch den Kontakt zwischen dem Zinkdampf und der Ga-Lösung über die Löcher 27. Die Temperatur des Ofens wurde dann auf 800°C mit einer Rate von 1,5°G/min abgekühlt, wodurch die stickstoffdotierte, p-leitende GaP- Schicht auf der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht gebildet wur de. Die Akzeptor-Konzentration der p-leitenden GaP-Schicht betrug nähe rungsweise 5 bis 20 × 10¹⁷cm^-3, und die Schicht war ungefähr 20 µm dick.

Dann wurde der Strom zur Ofenheizung ausgeschaltet, um zu ermögli chen, daß sich der Ofen spontan auf Raumtemperatur abkühlte. Nachdem sich das Substrat abgekühlt hatte, wurde der derart hergestellte Epitaxie wafer auf dem Ofen entfernt und AuGe wurde auf die n-leitende Seite ab gelagert und AuBe wurde auf die p-leitende Seite abgelagert, woran sich eine Wärmebehandlung und Photolithographie anschlossen, um eine p-Elektrode und eine n-Elektrode zu bilden. Der Wafer wurde dann in ein zelne Bauteile getrennt. Der Aufbau der derart hergestellten grünes Licht emittierenden GaP-Diode war gleich wie derjenige, der in Fig. 2(a) gezeigt ist.

Die Konzentration der Donor-Verunreinigung in der n₂Schicht der gemäß Beispiel 1 erhaltenen, grünes Licht emittierenden GaP-Diode lag in der Größenordnung von 1 bis 3 × 10¹⁶cm^-3 in der Nähe der Grenzfläche mit der n₁-Schicht, und ungefähr 2 bis 5 × 10¹⁶cm^-3 in der Nähe der Grenzflä che mit der p-leitenden GaP-Schicht. Die Konzentration des Kohlenstoffs in der n₂-Schicht betrug ungefähr 3 bis 6 × 10¹⁵cm^-3. Unter einer Million derart gemäß Beispiel 1 hergestellten, grünes Licht emittierenden GaP- Dioden gab es keine Thyristoren.

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde die gleiche Verfahrensweise wie in Beispiel 1 verwendet, um grünes Licht emittierende GaP-Dioden herzustellen. Jedoch wurden im Fall von Vergleichsbeispiel 1 die GaP-Epitaxieschichten unter Verwendung von GaP-Polykristall aufgewachsen, der in einem herkömmlichen Graphit behälter erzeugt wurde und eine Kohlenstoffkonzentration von näherungs weise 5 bis 30 × 10¹⁷cm^-3 aufwies.

Die Konzentration der Donor-Verunreinigung in der n₂Schicht der grünes Licht emittierenden GaP-Diode, die gemäß Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurde, lag in der Größenordnung von 1 bis 3 × 10¹⁶cm^-3 in der Nähe der Grenzfläche mit der n₁-Schicht, und ungefähr 2 bis 5 × 10¹⁶cm^-3 in der Nähe der Grenzfläche mit der p-leitenden GaP-Schicht. Die Konzentration des Kohlenstoffs in der n₂-Schicht betrug ungefähr 8 bis 20 × 10¹⁵cm^-3.

Unter einer Million derart gemäß Vergleichsbeispiel 1 hergestellten, grünes Licht emittierenden GaP-Dioden gab es näherungsweise 300 Thyristoren.

Beispiel 2

Die unten beschriebenen Verfahren wurden verwendet, um grünes Licht emittierende GaP-Dioden gemäß Beispiel 2 der Erfindung herzustellen. Zuerst wurde eine n-leitende GaP-Pufferschicht auf einem n-leitenden GaP-Einkristallsubstrat gebildet, der Te als die Donor-Verunreinigung hinzugefügt war, was zu einer Donor-Konzentration von ungefähr 2 bis 10 × 10¹⁷cm^-3 führte. Die Pufferschicht wurde wie folgt gebildet. Eine Ga- Lösung, bei der GaP-Polykristall und Te als das n-leitende Dotiermittel bei 1060°C geschmolzen waren, wurde auf das n-leitende GaP-Einkristallsub strat gesetzt. Diese Ga-Lösung war eine GaP-gesättigte Lösung bei 1060°C, der Te hinzugefügt war, um eine Donor-Konzentration in der n-leitenden GaP-Pufferschicht von 0,5 bis 10 × 10¹⁷cm^-3 zu erzeugen.

Unter Verwendung einer Wachstumsatmosphäre aus Wasserstoffgas wur de die Temperatur des Systems, das die vorstehend erwähnte Ga-Lösung enthielt, allmählich verringert, um das GaP in der Ga-Lösung auf das n-leitende GaP-Einkristallsubstrat auszufällen, wodurch die Te-dotierte n-leitende GaP-Pufferschicht auf dem n-leitenden GaP-Einkristallsubstrat gebildet wurde. Die Pufferschicht war näherungsweise 70 µm dick.

Die gleichen Verfahren, die in Beispiel 1 verwendet wurden, wurden dann verwendet, um auf dem n-leitenden GaP-Einkristallsubstrat mit der n-lei tenden GaP-Pufferschicht eine n-leitende GaP-Schicht, die nicht mit Stickstoff dotiert war, eine stickstoffdotierte, n-leitende GaP-Schicht und eine p-leitende GaP-Schicht in der angeführten Reihenfolge zu bilden. Je doch wurden in dem Fall von Beispiel 2 die n-leitende GaP-Schicht, die nicht mit Stickstoff dotiert war, die stickstoffdotierte, n-leitende GaP- Schicht und die p-leitende GaP-Schicht unter Verwendung von GaP-Poly kristall gebildet, der in einem herkömmlichen Graphitbehälter erzeugt worden war und eine Kohlenstoffkonzentration von näherungsweise 5 bis 30 × 10¹⁷cm^-3 aufwies.

Der derart hergestellte Epitaxiewafer wurde mit einer n-leitenden Elektro de und einer p-leitenden Elektrode versehen, die durch Ablagern von AuGe auf die n-leitende Seite und von AuBe auf die p-leitende Seite, dem eine Wärmebehandlung und Photolithographie folgte, gebildet wurde. Der Wafer wurde dann in quadratische Bauteile geteilt, die auf jeder Seite 300 µm maßen. Fig. 6 zeigt den Aufbau der derart hergestellten, grünes Licht emittierenden GaP-Dioden. In Fig. 6 sind die Teile, die durch die Be zugszeichen 11 bis 16 bezeichnet sind, die gleichen Teile, wie sie entspre chend in Fig. 2(a) numeriert sind. Bezugszeichen 17 bezeichnet eine n-lei tende GaP-Pufferschicht.

Es wurden alle Mittel angewandt, um die Schwefelkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht (n₂Schicht) der Dioden von Beispiel 2 zu verringern. Es wurden nämlich hochreine Materialien ver wendet, das verwendete Atmosphärengas wurde verfeinert, das Substrat wurde unter Verwendung hochreiner Chemikalien und ultrareinen Was sers gereinigt, und die Aufwachsapparatur wurde einer Reinigungsbe handlung unterzogen. Deshalb lag die Konzentration der Donor-Verun reinigung in der n₂Schicht der gemäß Beispiel 2 erhaltenen, grünes Licht emittierenden GaP-Dioden in der Größenordnung von 1 bis 2 × 10¹⁶cm^-3 im Fall von Silizium und 2 bis 6 × 10¹⁵cm^-3 im Fall von Schwefel. Die Di odenhelligkeit betrug 10 bis 20 mcd (Durchschnitt von 15 mcd) bei einem Strom in Durchlaßrichtung von 20 mA.

Vergleichsbeispiel 2

Die gleiche Verfahrensweise wie in Beispiel 2 wurde verwendet, um grünes Licht emittierende GaP-Dioden herzustellen. Jedoch wurden im Fall von Vergleichsbeispiel 2 die GaP-Epitaxieschichten ohne Verwendung der oben beschriebenen Mittel, um die Schwefelkonzentration in der n₂Schicht zu verringern, aufgewachsen. Die Konzentration der Donor-Verunreinigung in der n₂Schicht der gemäß Vergleichsbeispiel 2 erhaltenen, grünes Licht emittierenden GaP-Dioden lag in der Größenordnung von 1 bis 2 × 10¹⁶cm^-3 im Fall von Silizium und näherungsweise 1 bis 2 × 10¹⁶cm^-3 im Fall von Schwefel. Die Diodenhelligkeit betrug 7 bis 15 mcd (Durch schnitt von 10 mcd) bei einem Strom in Durchlaßrichtung von 20 mA.

Beispiel 3

Grünes Licht emittierende GaP-Dioden wurden durch die gleichen Verfah ren hergestellt, die in Beispiel 2 verwendet wurden. Jedoch wurden im Fall von Beispiel 3 die n-leitende GaP-Schicht, die nicht mit Stickstoff dotiert war, die stickstoffdotierte, n-leitende GaP-Schicht, und die p-leitende GaP- Schicht unter Verwendung von GaP-Polykristall gebildet, der in einem PBN-Behälter erzeugt worden war und eine Kohlenstoffkonzentration von nicht mehr als 1 × 10¹⁷cm^-3 aufwies. Die Konzentration der Donor-Verun reinigung in der n₂-Schicht der gemäß Beispiel 3 erhaltenen, grünes Licht emittierenden GaP-Dioden lag in der Größenordnung von 1 bis 2 × 10¹⁶cm^-3 im Fall von Silizium, und 2 bis 6 × 10¹⁵cm^-3 im Fall von Schwefel. Die Kohlenstoffkonzentration in der n₂-Schicht lag in der Grö ßenordnung von 3 bis 6 × 10¹⁵cm^-3. Unter einer Million derart gemäß Bei spiel 3 hergestellten, grünes Licht emittierenden GaP-Dioden gab es keine Thyristoren. Die Diodenhelligkeit betrug 10 bis 20 mcd (Durchschnitt von 15 mcd) bei einem Strom in Durchlaßrichtung von 20 mA.

Erfindungsgemäß wird die Bildung einer p-leitenden Inversionsschicht in der n₂-Schicht in der Nähe der Grenzfläche mit der n₁-Schicht verhindert, indem als das Epitaxieaufwachsmaterial GaP-Polykristall verwendet wird, in dem die Kohlenstoffkonzentration verringert worden ist, wodurch die Kohlenstoffkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP- Schicht (n₂-Schicht) auf nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 im Vergleich mit dem herkömmliche Niveau von ungefähr 8 bis 20 × 10¹⁵cm^-3 verkleinert wird. Infolgedessen treten praktisch keine Thyristoren in den derart erhaltenen, grünes Licht emittierenden GaP-Dioden auf. Zusätzlich dazu, daß es mög lich wird, die Rate von fehlerhaft erzeugten, grünes Licht emittierenden GaP-Dioden zu verringern, wird es möglich, den Schritt der Untersuchung der Dioden auf das Vorhandensein von Fehlerthyristoren zu beseitigen, so daß die Wirkung der Erfindung beträchtlich ist.

Ein anderes Ergebnis davon, in der Lage zu sein, grünes Licht emittieren de GaP-Dioden zu erhalten, bei denen die Schwefelkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht (n₂-Schicht) auf nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 gesteuert ist, ist es, daß die Diodenhelligkeit um 20 bis 50% im Vergleich mit herkömmlichen, grünes Licht emittierenden GaP- Dioden verbessert ist, bei denen die Schwefelkonzentration in der stick stoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht in der Größenordnung von 1 × 10¹⁶cm^-3 liegt. Durch Verringern der Kohlenstoffkonzentration in der n₂Schicht auf nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 und durch Steuern der Schwe felkonzentration in der n₂-Schicht auch auf nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 wird außerdem eine Thyristorbildung praktisch beseitigt, und es können sehr helle, grünes Licht emittierende GaP-Dioden erhalten werden.

Zusammengefaßt umfaßt eine grünes Licht emittierende GaP-Diode ein n-leitendes GaP-Einkristallsubstrat, auf dem mindestens eine n-leitende GaP-Schicht, eine stickstoffdotierte, n-leitende GaP-Schicht und eine stickstoffdotierte, p-leitende GaP-Schicht gebildet sind. Die Konzentration von Kohlenstoff und/oder Schwefel in den stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schichten ist so gesteuert, daß sie nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 be trägt.

Claims

1. Grünes Licht emittierende GaP-Diode, umfassend ein n-leitendes GaP-Einkristallsubstrat und mindestens eine n-leitende GaP- Schicht, eine stickstoffdotierte, n-leitende GaP-Schicht und eine p-leitende GaP-Schicht, die auf dem Substrat in der angeführten Reihenfolge gebildet sind, wobei die Kohlenstoffkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 beträgt.

2. Grünes Licht emittierende GaP-Diode, umfassend ein n-leitendes GaP-Einkristallsubstrat und mindestens eine n-leitende GaP- Schicht, eine stickstoffdotierte, n-leitende GaP-Schicht und eine p-leitende GaP-Schicht, die auf dem Substrat in der angeführten Reihenfolge gebildet sind, wobei die Schwefelkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP-Schicht nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 beträgt.

3. Grünes Licht emittierende GaP-Diode nach Anspruch 1, wobei die Schwefelkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP- Schicht nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 beträgt.

4. Grünes Licht emittierende GaP-Diode nach Anspruch 2, wobei die Kohlenstoffkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP- Schicht nicht mehr als 6 × 10¹⁵cm^-3 beträgt.

5. Grünes Licht emittierende GaP-Diode nach Anspruch 1, wobei die Siliziumkonzentration in den stickstoffdotierten, n-leitenden GaP- Schicht im Bereich von 1 bis 2 × 10¹⁶cm^-3 liegt.

6. Grünes Licht emittierende GaP-Diode nach Anspruch 2, wobei die Siliziumkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP- Schicht im Bereich von 1 bis 2 × 10¹⁶cm^-3 liegt.

7. Grünes Licht emittierende GaP-Diode nach Anspruch 3, wobei die Siliziumkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP- Schicht im Bereich von 1 bis 2 × 10¹⁶cm^-3 liegt.

8. Grünes Licht emittierende GaP-Diode nach Anspruch 4, wobei die Siliziumkonzentration in der stickstoffdotierten, n-leitenden GaP- Schicht im Bereich von 1 bis 2 × 10¹⁶cm^-3 liegt.