DE4116563C2

DE4116563C2 - Siliciumcarbid-Leuchtdiode und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE4116563C2
Application number: DE4116563A
Authority: DE
Inventors: Akira Suzuki; Katsuki Furukawa; Yoshihisa Fujii
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1991-05-21
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2011-05-22
Also published as: US5243204A; DE4116563A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Siliciumcarbid-Leuchtdiode mit einem p-n- Übergang und insbesondere eine Siliciumcarbid-Leuchtdiode mit einer stabilen Emission von sichtbarem Licht einer kurzen Wellenlänge entsprechend einer Farbe im Bereich von Grün bis Purpur oder einer stabilen Emission im nahen Ultraviolettlicht mit einer hohen Lichtausbeute und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Siliciumcarbid-Leuchtdiode.

Da Leuchtdioden kleine Lichtquellen mit großer Helligkeit oder Lichtstärke sind, werden sie in großem Umfang als Anzeigeelemente in einer Vielzahl von Anzeigeeinrichtungen verwendet. Sie werden auch als Lichtquellen zum Ablesen aufgezeichneter Daten in einer Vielzahl von Datenverarbeitungsanlagen eingesetzt. Insbesondere sind Leuchtdioden, die Licht mit einer längeren Wellenlänge emittieren können, welches einer Farbe im Bereich von Rot bis Grün entspricht, in großem Umfang in der Praxis eingesetzt worden. Auf der anderen Seite werden derzeit Leuchtdioden, welche sichtbares Licht mit einer kürzeren Wellenlänge entsprechend einer Farbe im Bereich von Blau bis Purpur, entwickelt, haben jedoch noch nicht die erforderliche Lichtausbeute mit ausreichender Lichtstärke erreicht, die für die praktische Anwendung erforderlich ist.

Die US-A-4 918 497 beschreibt in Verbindung mit Fig. 4 eine Siliciumcarbid-Leuchtdiode mit einem p- Siliciumcarbidsubstrat, einer darauf befindlichen Siliciumcarbidschicht vom p⁺-Typ mit einer größeren Trägerkonzentration als der des p-Substrats, einer ersten α-Siliciumcarbidschicht vom n-Typ mit einer kleineren Trägerkonzentration als der p⁺- Schicht sowie einer zweiten Siliciumcarbidschicht vom n⁺-Typ mit einer größeren Trägerkonzentration als der ersten Schicht vom n-Typ. Die p⁺-Schicht kann eine Trägerkonzentration zwischen etwa 1 und 2×10¹⁸ cm^-3 und die Schicht vom n-Typ kann eine Trägerkonzentration zwischen 1×10¹⁶ und 1×10¹⁷ cm^-3 aufweisen.

J. Appl. Phys. 64 (1988), S. 2672-2678, beschreibt die chemische Dampfabscheidung und Charakterisierung von 6H-SiC-Dünnfilmen auf 6H-SiC-Substraten mit einer Kristallorientierung, die von der <0001<-Richtung gegen die <1120<-Richtung um 3° geneigt ist. Hierbei werden allgemeine Gesichtspunkte des CVD-Verfahrens erläutert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Siliciumcarbid- Leuchtdiode mit einem p-n-Übergang anzugeben, welche die stabile Emission sichtbaren Lichts mit einer kurzen Wellenlänge und hoher Lichtstärke ermöglicht, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Siliciumcarbid-Leuchtdiode mit einem p-n-Übergang zwischen einer p-Siliciumcarbid-Einkristallschicht und einer n-Siliciumcarbid-Einkristallschicht mit folgenden Merkmalen:

a) die n-Siliciumcarbid-Einkristallschicht besteht aus zwei Teilschichten mit unterschiedlichen Donatorkonzentrationen,
b) die dem p-n-Übergang benachbarte Teilschicht weist eine Donatorkonzentration von 5×10¹⁶ cm^-3 oder weniger auf,
c) die andere Teilschicht weist eine Donatorkonzentration von 5×10¹⁶ cm^-3 oder mehr auf,
d) die andere Teilschicht ist auf einem Substrat aus einem hexagonalen n-Siliciumcarbid- Einkristall ausgebildet, und
e) die Oberfläche des Substrats weist eine Kristallorientierung auf, die von der [0001]-Richtung gegen die <110<-Richtung um 2 bis 15° geneigt ist.

Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Siliciumcarbid- Einkristall um einen Polytyp, ausgewählt aus der Gruppe, die 4H, 6H, 15R, 21R und 3C umfaßt. Weiterhin kann die n-Siliciumcarbidschicht auf der (0001)C-Hauptebene des Substrats ausgebildet sein.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der vorgenannten Siliciumcarbid-Leuchtdiode, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man auf das Substrat nacheinander die beiden n-Siliciumcarbid-Teilschichten und dann die p-Siliciumcarbid-Einkristallschicht durch chemische Dampfabscheidung unter Anwendung einer Silanverbindung und einer Kohlenwasserstoffverbindung aufwachsen läßt.

Dabei wird vorzugsweise als Silanverbindung Monosilan oder Disilan und als Kohlenwasserstoffverbindung Acetylen verwendet, wobei das Aufwachsen der ersten und zweiten Siliciumcarbidschichten bei einer Temperatur von 1300°C bis 1500°C durchgeführt wird.

Weiterhin kann die erste Siliciumcarbidschicht mit einer als Lumineszenzzentrum wirkenden Verunreinigung dotiert werden, wobei die Verunreinigung vorzugsweise nur in einen Teil der ersten Siliciumcarbidschicht angrenzend an die Grenzfläche des p-n-Übergangs, die der Schicht des n-Typs entspricht, welche den p-n-Übergang bildet, eingeführt wird.

Die Erfindung sei im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des Aufbaus der Siliciumcarbid- Leuchtdiode;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum Züchten von Siliciumcarbid-Einkristallen;

Fig. 3 eine Kurvendarstellung, welche das Emissionsspektrum einer Leuchtdiode wiedergibt, welche die durch Rekombination von freien Exzitonen verursachte Lichtemission ausnützt;

Fig. 4 eine Kurvendarstellung, welche das Emissionsspektrum einer Siliciumcarbid-Leuchtdiode zeigt, welche die durch Akzeptoren ausgelöste Rekombination zur Lichtemission ausnützt;

Fig. 5 eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen der bei der Herstellung von Leuchtdioden verwendete Substrattemperatur und der Lichtstärke der erhaltenen Leuchtdioden aufzeigt;

Fig. 6 eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel der Kristalloberflächenorientierung von bei der Herstellung von Leuchtdioden verwendeten Substraten und der Lichtstärke der erhaltenen Leuchtdioden verdeutlicht;

Fig. 7 eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen der bei der Herstellung von Leuchtdioden verwendeten Aufwachsgeschwindigkeit und der Lichtstärke der erhaltenen Leuchtdioden erläutert.

Die Siliciumcarbid-Leuchtdiode besitzt gemäß Fig. 1 einen p-n-Übergang, der aus einer p-Siliciumcarbid-Einkristallschicht 12 und einer n-Siliciumcarbid-Einkristalldoppelschicht 11 aufgebaut ist. Die n-Siliciumcarbiddoppelschicht besteht aus zwei Schichten 112 und 111, wobei die Donatorkonzentration der ersten Schicht des n-Typs auf 5×10¹⁶ cm^-3 oder weniger, dagegen die der zweiten Schicht des n-Typs auf 5×10¹⁶ cm^-3 oder mehr eingestellt wird. Dabei kann die Donatorkonzentration in der Nähe des p-n-Übergangs 5×10¹⁶ cm^-3 oder weniger betragen und graduell mit zunehmendem Abstand von dem p-n-Übergang zunehmen. Die Siliciumcarbid-Leuchtdioden dieses Typs werden durch chemische Dampfabscheidung gebildet, da es mit Flüssigphasenepitaxie nicht möglich ist, eine Donatorkonzentration von 5×10¹⁶ cm^-3 oder weniger zu erreichen.

Als Donatorverunreinigung wird im allgemeinen Stickstoff verwendet. Die Stickstoffverunreinigung wird durch Zugabe von Stickstoffgas zu den Quellen- und Trägergasen beim Züchten der Schicht des n-Typs durch chemische Dampfabscheidung in die Schicht des n-Typs eingeführt.

Es ist bekannt, daß Siliciumcarbid in verschiedenen Polytypen vorliegt. Durch Auswahl eines geeigneten Polytyps für die Bildung einer Leuchtdiode kann die hergestellte Leuchtdiode das Licht einer gewünschten Farbe emittieren. Beispielsweise wird für die Herstellung von Leuchtdioden, welche die durch die Rekombination von freien Exzitonen verursachte Lichtemission ausnützen, vorzugsweise Siliciumcarbid des Typs 4H, 6H, 15R, 21R oder 3C eingesetzt, um Leuchtdioden zu bilden, welche ultraviolettes Licht, purpurfarbenes Licht, blaues Licht bzw. grünes Licht emittieren können.

Weiterhin muß man bei der Herstellung der Siliciumcarbid- Leuchtdioden die Wachstumsebene für das Kristallwachstum geeignet auswählen, um Licht mit guter Monochromatizität zu emittieren.

Die Exzitonen-Energieabstände typischer Polytypen von Siliciumcarbid bei Raumtemperatur sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Da Siliciumcarbid ein Halbleitermaterial mit einer indirekten Übergangsbandstruktur ist, dominiert der Emissionsprozeß, bei dem gleichzeitig ein Phonon freigesetzt wird. Der in der Fig. 3 dargestellte Emissionsprozeß F entspricht der Lichtemission, bei der gleichzeitig ein einziges Phonon freigesetzt wird.

Im allgemeinen können Phononen in vier verschiedenen Modi vorliegen: der transverse akustische Modus (TA), der longitudinale akustische Modus (LA), der transversale optische Modus (TO) und der longitudinale optische Modus (LO). Selbst bei verschiedenen Polytypen ändern die Phononen in Siliciumcarbid ihre Energie nicht wesentlich, so daß die Phononenenergie bei den Modi TA, LA, TO bzw. LO etwa 45 meV, 77 meV, 94 meV bzw. 104 meV betragen. Die Tabelle 1 verdeutlicht weiterhin die Emissionsenergie, die Wellenlänge und die Farbe des durch den Prozeß F von Leuchtdioden mit p-n-Übergang, die aus verschiedenen Polytypen von Siliciumcarbid hergestellt worden sind, emittierten Lichts.

Wie aus der Tabelle 1 zu ersehen ist, wird es bei der Herstellung einer Leuchtdiode, welche die durch Rekombination freier Exzitonen verurscahte Lichtemission ausnützt, durch die Anwendung eines geeigneten Polytyps von Siliciumcarbid möglich, eine Leuchtdiode herzustellen, welche Licht der gewünschten Farbe im Bereich des sichtbaren Lichts von Grün bis Purpur oder ultraviolettes Licht emittieren kann. Beispielsweise kann bei Verwendung von SiC des Typs 4H, SiC des Typs 6H, SiC des Typs 15R, SiC des Typs 21R bzw. SiC des Typs 3C die gebildete Leuchtdiode ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 394 nm, purpurfarbenes Licht mit einer Wellenlänge von 425 nm, purpurfarbenes Licht mit einer Wellenlänge von 432 nm, blaues Licht mit einer Wellenlänge von 453 nm bzw. grünes Licht mit einer Wellenlänge von 544 nm emittieren.

Die Breite des Peaks bei halber Höhe des Emissionsspektrums beträgt etwa 0,1 eV, welches der Summe von etwa 25 meV (die Verbreiterung als Folge der thermischen Energie der Exzitonen bei Raumtemperatur) und etwa 60 meV (die Verbreiterung der oben angesprochenen vier Niveaus der Phononenenergie) entspricht. Diese Peakbreite bei halber Höhe entspricht einer Wellenlängenverbreiterung von etwa 20 nm im Bereich des Emissionsspektrums, die einer Farbe entspricht, die sich von Blau bis Purpur erstreckt.

Wenn man andererseits Aluminium als Akzeptorverunreinigung verwendet, erfolgt eine Akzeptor-verknüpfte Rekombination verursachte Lichtemission entsprechend dem Verlauf E der Fig. 4. In diesem Fall ist die Photonenenergie des Lichtemissionspeaks um etwa 275 meV kleiner als der Bandabstand des Siliciumcarbids. Somit kann man durch die Anwendung eines geeigneten Polytyps von Siliciumcarbid die Emission von Licht mit einer gewünschten Farbe erreichen, das sich von sichtbarem Licht mit einer Farbe im Bereich von Orange bis Purpur erstreckt. Beispielsweise kann man unter Verwendung von SiC des Typs 4H, SiC des Typs 6H bzw. SiC des Typs 3C purpurfarbenes Licht mit einer Wellenlänge von etwa 424 nm, blaues Licht mit einer Wellenlänge von etwa 455 nm bzw. orangefarbenes Licht mit einer Wellenlänge von etwa 584 nm erzeugen.

Die Peakbreite bei halber Höhe des Emissionsspektrums beträgt etwa 0,1 eV, was einer Wellenlängenverbreiterung von etwa 20 nm im Bereich des Emissionsspektrums, welches einer Farbe entspricht, die sich von Blau bis Purpur erstreckt, entspricht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es notwendig, daß die Kristallorientierung der Wachstumsebene des Siliciumcarbid-Einkristallsubstrats von der [0001]-Richtung zu der <110<-Richtung geneigt ist (vgl. Fig. 6). Wennn die Kristallorientierung in eine andere Richtung geneigt ist, verschlechtert sich die Kristallinität der aufgewachsenen Schichten. Der Neigungswinkel der Kristallorientierung liegt im Bereich von 2 bis 15°. Wenn der Neigungswinkel weniger als 2° beträgt, erscheinen während des Kristallwachstums unterschiedliche Polytypen des Siliciumcarbids. Wenn der Neigungswinkel größer als 5° ist, nimmt die Oberflächenebenheit der aufgewachsenen Schichten ab. Die <110<-Richtung schließt nicht nur die [110]-Richtung ein, sondern auch andere Richtungen, die damit kristallographisch äquivalent sind.

Die Aufwachstemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von 1300°C bis 1500°C. Wenn die Aufwachstemperatur weniger als 1300°C beträgt, verschlechtert sich die Qualität der Siliciumcarbid-Einkristallschichten. Wenn die Wachstumstemperatur größer ist als 1500°C, können unnötige Verunreinigungen in die aufwachsenden Schichten eingeschleppt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Siliciumcarbid-Einkristallschichten durch Aufwachsen auf einem Siliciumcarbid-Einkristallsubstrat aufgebracht. Für das Kristallwachstum werden Quellengase und Verunreinigungsgase zusammen mit einem Trägergas dem Substrat zugeführt, welches bei einer Temperatur in dem oben angegebenen Bereich gehalten wird.

Als Quellengas wird eine Silanverbindung, wie Monosilan (SiH₄) oder Disilan (Si₂H₆), und eine Kohlenwasserstoffverbindung, wie Acetylen (C₂H₂), verwendet. Wenn Propangas eingesetzt wird bei Anwendung einer Aufwachstemperatur in dem oben angegebenen Bereich, ist die Zersetzung des Propans unzureichend (vgl. Fig. 5), so daß das Propangas in einer überschüssigen Menge in Bezug auf die Menge des Monosilans oder des Disilans zugeführt werden muß, was jedoch zu einer geringeren Genauigkeit in der Steuerung des Kristallwachstums führt.

Da Acetylen bei einer Temperatur in dem oben angegebenen Bereich praktisch vollständig zersetzt werden kann (vgl. Fig. 5), ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich nötig, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Acetylens etwa die Hälfte der des Monosilans beträgt und etwa die gleiche ist wie die des Disilans, um eine genaue Steuerung des Aufwachsens von qualitativ hochwertigen Siliciumcarbid- Einkristallen zu bewirken. Somit ist die Verwendung einer Kombination aus Monosilan und Acetylen oder Disilan und Acetylen als Quellengas bevorzugt.

Als Verunreinigungsgas kann man beispielsweise Stickstoffgas und Trimethylaluminiumgas verwenden. Stickstoff (N) wird als Dotierungsmittel des n-Typs (Donatorverunreinigung) eingesetzt, während Aluminium als Dotierungsmittel des p-Typs (Akzeptorverunreinigung) und auch als Lumineszenzzentrum verwendet wird. Als Trägergas verwendet man im allgemeinen Wasserstoffgas oder - seltener - Argongas.

Bei dem Verfahren kann man durch Zugabe von beispielsweise Trimethylaluminium zu dem Verunreigungsgas die n-Siliciumcarbid- Einkristallschicht mit einer Aluminiumverunreinigung dotieren, die als Lumineszenzzentrum wirkt. Bevorzugter dotiert man lediglich einen Teil der n-Siliciumcarbid- Einkristallschicht, welche angrenzend an die p-Siliciumcarbid-Einkristallschicht, welche den p-n-Übergang bildet, ausgebildet wird, mit der Aluminiumverunreinigung. Als Ergebnis dieser Dotierung wird die Qualität der n- Siliciumcarbid-Einkristallschicht verbessert, so daß die erhaltene Leuchtdiode eine größere Lichtstärke erreichen kann und eine niedrigere Versorgungsspannung benötigt.

Vorzugsweise sollte die Aufwachsgeschwindigkeit der Siliciumcarbid-Einkristallschichten 1 bis 10 µm/h betragen (vgl. Fig. 7). Wenn die Aufwachsgeschwindigkeit weniger als 1 µm/h beträgt, können unnötige Verunreinigungen in die aufwachsende Schicht eingeschleppt werden. Wenn die Aufwachsgeschwindigkeit mehr als 10 µm/h beträgt, verschlechtern sich die Kristallinität und die Oberflächenebenheit.

Beispiel

In diesem Beispiel bildet man eine purpurfarbenes Licht emittierende Diode mit einem p-n-Übergang durch Anwendung von 6H-SiC-Einkristallen mit einem Bandabstand von 3,0 eV. Die Diode liefert purpurfarbenes Licht mit einem Peak bei einer Wellenlänge von 425 nm und einer ausgezeichneten Monochromatizität.

Die Fig. 1 zeigt den Aufbau der Leuchtdiode dieses Beispiels. Der p-n-Übergang, welcher zu der Lichtemission beiträgt, besteht aus einer n-SiC-Einkristalldoppelschicht 11 und einer p-SiC-Einkristallschicht 12, welche nacheinander auf einem n-SiC-Einkristallsubstrat 10 des Typs 6H gebildet worden sind. Auf der Rückseite des n-SiC-Einkristallsubstrats 10 ist eine auf der n-Seite vorliegende ohmsche Elektrode 13 aus Nickel angeordnet, während auf der oberen Fläche der p-SiC-Einkristallschicht 12 eine p-seitige ohmsche Elektrode 14 aus Titan vorgesehen ist. Die Einkristalldoppelschicht 11 besteht aus einer ersten n-SiC-Einkristallschicht 111 mit einer Dicke von 4 µm (mit der Stickstoffverunreinigungskonzentration von 1×10¹⁸ cm^-3 oder mehr) und einer zweiten n-SiC-Einkristallschicht 112 mit einer Dicke von 1 µm (mit einer Stickstoffverunreinigungskonzentration von 5×10¹⁶ cm^-3 oder weniger), welche nacheinander auf dem n- SiC-Einkristallsubstrat 10 aufwachsen gelassen werden. Bei der Leuchtdiode des Beispiels beträgt also die Stick stoffverunreinigungskonzentration nur in der n-SiC-Einkristallschicht 112, die mit der Grenzfläche des p-n-Übergangs in Kontakt steht, 5×10¹⁶ cm^-3 oder weniger. Die von der Grenzfläche des p-n-Übergangs entfernte n-SiC-Einkristallschicht 111 besitzt einen niedrigen Widerstand aufgrund ihrer höheren Verunreinigungskonzentration.

Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, die zum Aufwachsen von SiC-Einkristallen verwendet werden kann. Die Vorrichtung umfaßt ein Quarz-Reaktorrohr 31, in dem eine Graphithalterung 32 vorliegt, die von einem Graphitstab 33 gehalten ist. Die Graphithalterung 32 kann entweder horizontal oder geneigt gegenüber einer gegebenen Richtung angeordnet werden. Um das Reaktorrohr 31 ist eine Arbeitsspule 34 herumgeführt, durch welche ein Hochfrequenzstrom geführt wird, um die auf der Halterung 32 angeordnete Probe 35 auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen. Ein Ende des Reaktorrohrs 31 ist mit einem Zuleitungsrohr 36 versehen, durch welches ein Quellengas, ein Trägergas und ein Verunreinigungsgas zugeführt werden. Das äußere Rohr des Reaktorrohrs 31 besitzt Zuleitungsrohre 37 und 38, durch welche Kühlwasser zugeführt wird, um das Reaktorrohr 31 zu kühlen. Das andere Ende des Reaktorrohrs 31 ist mit einem Flansch 39 aus nichtrostendem Stahl mit Hilfe einer Abdeckplatte 40, Schrauben 41, Muttern 42 und einem O- Ring 43 verschlossen, welche sämtlich im Umfangsbereich des Flansches 39 angeordnet sind. Der Flansch 39 ist mit einem Ableitungsrohr 44 versehen, durch welches die oben angesprochenen Gase abgeführt werden.

Unter Anwendung dieser Vorrichtung wird die Siliciumcarbid-Leuchtdiode dieses Beispiels wie folgt hergestellt.

Zunächst bringt man, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, das n-SiC-Einkristallsubstrat 10 des Typs 6H (mit einer Größe von etwa 1 cm×1 cm) auf die Halterung 32 als Probe 35 auf. Als Aufwachsebene des Substrats 10 benutzt man die (0001)C-Hauptebene, welche eine Kristalloberflächenorientierung aufweist, die von der [0001]-Richtung um einen Winkel von etwa 5° zu der <110<-Richtung geneigt ist.

Anschließend führt man unter Einführen von Wasserstoff als Trägergas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1×10⁴ cm³/min über das Zuleitungsrohr 36 in das Reaktorrohr 31 einen hochfrequenten Strom (Radiofrequenz) durch die Arbeitsspule 34, um das n-SiC-Einkristallsubstrat 10 auf eine Temperatur von 1400°C bis 1500°C zu erhitzen. Dann gibt man ein Quellgas und ein Verunreinigungsgas zu dem Trägergas zu, so daß nacheinander die n-SiC-Eiinkristallschicht 11 mit einer Dicke von 5 µm und die p-SiC-Einkristallschicht 12 mit einer Dicke von 5 µm nacheinander auf dem n-SiC-Einkristallsubstrat 10 aufwachsen unter Bildung eines p-n-Übergangs.

In diesem Beispiel werden als Quellengas gasförmiges Monosilan und gasförmiges Propan verwendet. Die Strömungsgeschwindigkeiten dieser beiden Gase betragen jeweils etwa 1 cm³/min. Als Verunreinigungsgas verwendet man gasförmiges Trimethylaluminium zur Erzeugung der Verunreinigung des p-Typs (d. h. der Akzeptorverunreinigung), während man gasförmigen Stickstoff zur Erzeugung der Verunreinigung des n-Typs (d. h. der Donatorverunreinigung) verwendet.

Für das Aufwachsen der n-SiC-Einkristallschicht 11 führt man gasförmigen Stickstoff mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,01 bis 1 cm³/min zu. Selbst wenn das Kristallwachstum ohne Zugabe von gasförmigem Stickstoff erfolgt, wird eine n-SiC-Einkristallschicht 11 erhalten, da der in der Umgebungsatmosphäre vorhandene restliche Stickstoff in den aufwachsenden Kristallen eintritt. In jedem Fall werden ohne den Zusatz von gasförmigem Stickstoff oder mit dem Zusatz von gasförmigem Stickstoff bei einer Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des oben angegebenen Bereichs Stickstoffverunreinigungen mit einer Konzentration von 3×10¹⁵ bis 1×10¹⁸ cm^-3 in die n-SiC-Einkristallschicht 11 eingeführt. Weiterhin ist die Trägerkonzentration annähernd die gleiche wie die bei Raumtemperatur erzielte Verunreinigungskonzentration.

Für das Aufwachsen der p-SiC-Einkristallschicht 12 führt man gasförmiges Trimethylaluminium mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0,2 cm³/ min zu. Durch den Zusatz dieses Verunreinigungsgases erhält man eine p-SiC- Einkristallschicht 12 mit einer Löcherkonzentration von etwa 2×10¹⁷ cm^-3.

Anschließend wird das Substrat 10, auf welches die n-SiC-Einkristallschicht 11 und die p-SiC-Einkristallschicht 12 aufgewachsen sind, aus dem Reaktorrohr 31 entnommen. Der Umfangsbereich der SiC-Einkristallschichten 11 und 12 werden durch trockenes Ätzen entfernt, so daß man eine Schichtstruktur erhält, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist. Als Ergebnis des Ätzvorgangs erhält man einen Durchmesser des p-n-Übergangs von etwa 1 mm. Beim Ätzen verwendet man gasförmigen Tetrafluorkohlenstoff (CF₄) und gasförmigen Sauerstoff (O₂) als Ätzgase.

Schließlich bildet man auf der Rückseite des n-SiC-Einkristallsubstrats 10 die n-seitige ohmsche Elektrode 13 aus Nickel und auf der oberen Oberfläche der p- SiC-Einkristallschicht 12 die p-seitige ohmsche Elektrode 13 aus Titan, so daß man eine Siliciumcarbid-Leuchtdiode mit einem p-n-Übergang erhält, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist.

Zu Vergleichszwecken bildet man in der gleichen Weise eine Siliciumcarbid- Leuchtdiode mit einem p-n-Übergang, mit dem Unterschied, daß man die Stickstoffverunreinigungskonzentration in der n-SiC-Einkristallschicht 11 auf mehr als 5×10¹⁶ cm^-3 einstellt.

Die nach diesem Beispiel hergestellte Leuchtdiode wird durch Anlegen einer Spannung von etwa 3,2 V und Fließen eines Stroms von 20 mA angeregt. Als Ergebnis emittiert die Leuchtdiode Licht mit einer Farbe im Bereich von Blau bis Purpur.

Claims

1. Siliciumcarbid-Leuchtdiode mit einem p-n-Übergang zwischen einer p-Siliciumcarbid-Einkristallschicht und einer n-Siliciumcarbid-Einkristallschicht mit folgenden Merkmalen:

a) die n-Siliciumcarbid-Einkristallschicht besteht aus zwei Teilschichten mit unterschiedlichen Donatorkonzentrationen,
b) die dem p-n-Übergang benachbarte Teilschicht weist eine Donatorkonzentration von 5×10¹⁶ cm^-3 oder weniger auf,
c) die andere Teilschicht weist eine Donatorkonzentration von 5×10¹⁶ cm^-3 oder mehr auf,
d) die andere Teilschicht ist auf einem Substrat aus einem hexagonalen n-Siliciumcarbid-Einkristall ausgebildet, und
e) die Oberfläche des Substrats weist eine Kristallorientierung auf, die von der [0001]-Richtung gegen die <110<-Richtung um 2 bis 15° geneigt ist.

2. Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Leuchtdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf das Substrat nacheinander die beiden n-Siliciumcarbid-Teilschichten und dann die p-Siliciumcarbid- Einkristallschicht durch chemische Dampfabscheidung unter Anwendung einer Silanverbindung und einer Kohlenwasserstoffverbindung aufwachsen läßt.