DD154050A1 - Verfahren zur herstellung von lichtemitterdioden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung gruenes Licht emittierender Lichtemitterdioden auf GaP-oder GaAsP-Basis. Die Erfindung zielt auf Einfuehrung eines Verfahrensschrittes zur Verschiebung des Emissionsmaximums in den technisch erwuenschten Wellenlaengenbereich von 550 bis 555 nm ab. Es wird dabei die Aufgabe geloest, die Emission nicht allein durch Zerfall von an Stickstoffatome gebundenen Excitonen auszuloesen, sondern dass durch eine Aufweitung der GaP-Bandluecke ein betraechtlicher Anteil zur strahlenden Rekombination eine kurzwelligere Emission aufweist. Die Loesung der Aufgabe besteht darin, dass vor oder nach der Bildung des relevanten pn-Ueberganges in dessen unmittelbarer Naehe ein Zusatzelement aus der 2. oder 3. Gruppe des Periodensystems der Elemente eingebracht wird, beispielsweise Aluminium oder Bor. Die Erfindung ist anwendbar im Bereich aller Verfahrensmodifikationen zur Herstellung von gruenstrahlenden Lichtemitterdioden auf GaP- oder GaAs-Basis.

Description

-A-

Titel der Erfindung ·

Verfahren zur Herstellung von Lichternitterdioden

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung grünes Licht emittierender Halbleiterdioden auf GaP- oder GaAsP-Basis.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte Halbleiterdioden für die Emission grünen Lichtes bestehen aus einem GaP-Substrat, auf das entweder mittels Gasphasenepitaxie (CVD) oder durch Flüssigphasenepitaxie (LPE) eine Epitaxieschicht abgeschieden wird, die entweder vollständig oder nur im Bereich des durch eine Zn-Diffusion, durch eine Zn-Implantation und anschließender Diffusion oder durch eine Zn-Dotierung während des LPE-Prozesses einzubringenden pn-Überganges mit Stickstoff dotiert wird (beschrieben v. A· A. Bergh u_e P*-J. Dean in "Light-emitting-Diodes" Oxford 1976), . .

Im indirekten Halbleiter GaP bewirkt der isoelektronische eingebaute Stickstoff eine effiziente strahlende Rekombination durch den Zerfall von an Stickstoffatomen im CaP-Gitter gebundenen Excitonen. Bedingt durch die Größe der indirekten Bandlücke von GaP abzüglich der Excitonenbindungsenergien können derartige Lichtemitterdiodenstrukturen nur mit einem Emissionsmaximum bis zu 560 nm (gelblich-grün) hergestellt werden« Die langwellige "Verschiebung wird auch durch eine Absorption des kurzwelligeren Anteils der Emission in p-Gebiet und auch in anderen Gebieten des GaP-Chips verursacht. Ein weiterer lachteil herkömmlicher grüner GaP:N-Lichtemitterdioden ist auch der hohe Gelbanteil in Emissionstrukturen, der entsprechend einer angestrebten hohen Effizienz durch die hohe 1T-Kon~

-je zentration mit dem Auftreten von U-Paaren verbunden ist und der für die Herstellung von grünen Lichtemitterdioden durch eine entsprechend eingefärbte Piastverkappung absorbiert werden muß und somit die externe Quantenausbeute stark herabsetzt» Somit können diese herkömmlichen GaP: IT-Licht emitt er dioden die Standardanforderungen an eine signalgrüne Lichtquelle kaum erfüllen. Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Ga?:N-Lichtemitterdioden ist der hohe Anteil nichtstrahlender Rekombinationsprozesse, die insbesondere durch eine große Oberflächenrekpmbinationsgeschwindigkeit hervorgerufen werden·

Um sowohl die Forderung nach signalgrünen GaPvLiehtemittern als auch die nach Senkung der Oberflächenrekombination zu erfüllen, wurden verschiedene Realisierungswege vorgeschlagen.

So wurde zur Realisierung reiner grüner Lichtemitter aus GaP eine druckkontrollierte LPE-Technοlogie entwickelt, die Lichtemitter mit relativ reiner grüner Emission herzustellen gestattet. Bei solchen pn-Strukturen liegt das Emissionsmaximum bei etwa 555 nm , und der Gelbanteil ist gegenüber herkömmlichen Standardtechnologien geringer (J..Hishizawa u. a. "Effects of vapour

pressure on GaP-LED's" Japan Journal Appl. Phys. 17, 87 (1978) Suppl. 17-1)

Im Hinblick auf zahlreiche technische Anwendungen besteht jedoch die Notwendigkeit der Herstellung von Halbleiterdioden, die noch reineres grünes Licht emittieren.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung zielt darauf ab, den Herstellungsprozeß von GaP-Dioden so zu verändern, daß eine Verschiebung des Emissionsmaximums in den Wellenlängenbereich zwischen 550 nm und 555 nm ermöglicht wird·· sowie eine weitere Reduzierung des Gelbanteils der Strahlung.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Weiterentwicklung des Herstellungsverfahrens derart zu ermögliehen, daß die Emission der danach hergestellten Dioden nicht mehr durch den strahlenden Zerfall von an Stickstoff.

atomen gebundenen Excitonen allein erfolgt, sondern ein beträchtlicher Anteil zur strahlenden Rekombination durch eine geringfügige Aufweitung der GaP-Bandlücke eine kurz-20'welligere Emission aufweist.

Es wurde gefunden, daß die Lösung dieser Aufgabe gelingt, indem vor oder nach Bildung des relevanten pn-Überganges in dessen unmittelbare liähe ein Zusatzelement der 2. oder 3. Gruppe des Periodensystems der Elemente eingebracht wird, und 'zwar mittels Ionenimplantation, Gasphasen-, metallorganischer bzw. Molekular- oder Ionenstrahlepitaxie bzw. Flüssigphasenepitaxie· Eine zweckmäßige Variante des erfinclungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß als Zusatzelement Aluminium oder Bor verwendet wird.

-⁴-" 222 547

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Dotierung mit Zusatzeleraent von der Oberfläche der pn-Struktur her besteht unter anderem darin, daß nicht die durch den Oberflächenrekombinationsstrom bestimmte Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit durch eine mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellte isolierende dünne, oberflächennahe Zwischenschicht gesenkt wird, sondern durch eine entsprechende Aufweitung der Energielücke . Dadurch wird erfindungsgemäß der Rekombinationsstrom gesenkt und die strahlende Rekombination erhöht.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Dotierung sind die Verschiebung des Maximums des Spektrums ins reine Grün, die Senkung des Gelbanteils durch die Abnahme der H-Paare und die Senkung der Absorption, die Nutzung der Döppelimplantation von z« B. Al und Zn, die Ausnutzung lateral diffundierter Gebiete für die Emission und die Sauerstoffgetterung im GaP-Gitter,

Ausführungsbeispiele

Das erfindungsgemäße Verfahren zur gezielten Dotierung mittels Zusatzelement in der Nähe des pn-Überganges soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen erläutert v/erden, die alle von einem bereits vorhandenen GaP-Substrat ausgehen*

1. Ausführungsbeispiel

In das GaP-Substrat v/erden Al -Ionen implantiert, und

15 «-? _

zwar mit einer Dosis von 2 . 10 cm « ±n einem nachfolgenden LPE-Prozeß werden die oberen Schichten dieses Substrates angelöst. Es werden nun die GaP-Schichten vom n- und p-leitenden Typ in an sich bekannter Weise erzeugt. Diese Schichten enthalten beide das vorher implantierte Aluminium« Anschließend werden die Vor- und die Rückseite der so strukturierten Lichtemitterdiode kontaktiert.

2. Ausführungsbeispiel

Dieses Beispiel ist durch eine Implantation von Al⁺"¹"-lonen entweder gleichzeitig mit einer Zn⁺-Implantation oder nach einer Zn⁺-Implantation in bereits strukturierte ρ η-Übergänge gekennzeichnet. Zur Erreichung einsr genügenden Tiefe sind Energien von 300 KeV oder größer und Dotierwerte von etwa 5 « 10 cm zu wählen» Al⁺⁺ wird in die bereits strukturierten pn-Übergänge durch eine Passivierungsschicht hindurch implantiert und so insbesondere in lateral diffundierten Gebieten wirksam.

Dabei kann die freie p⁺n-Oberfläche auch tiefer liegen als es die oberste Fläche der Epitaxieschicht ausdrückt· Zur Ausheilung der Strahlenschäden und zum Einbau des Al in das GaP-Gitter auf Ga~Plätzen oder auch zur Getterung &0S Sauerstoffs muß eine Ausheilung über 500⁰C und eine Zeitdauer von mindestens 20.Minuten erfolgen· Analog ist eine Dotierung mit B durchführbar. Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel wird das eingebaute Zusatzelement im Bereich der Reichweite wirksam, da eine spürbare Diffusion unter 900⁰C nicht erfolgt·

Eine entsprechende Dotierung mittels Ionenimplantation ist auch großflächig an nichtstrukturierten Epitaxieschichten ausführbar.

Claims (2)

~6' 222 547 Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Herstellung von Lichtemitterdioden auf GaP- oder GaAsP-Basis für die Emission grünen Lichtes, beinhaltend technologische Prozesse zur Bildung mindestens eines pn-Überganges sowie einer Kontaktierung, gekennzeichnet dadurch, daß vor oder nach der Bildung des relevanten pn-Überganges in dessen unmittelbare ITähe oder unmittelbaren Bereich ein Zusatzeleraent der 2. oder 3· Gruppe des Periodensystems der Elemente eingebracht wird, beispielsweise mittels Ionenimplantation, Gasphasen-, metallorganischer bzw* Molekularoder lonenstrahlepitaxie oder Flüssigphasenepitaxie«

2, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Zusatzelement Aluminium oder Bor verwendet wird.