DD207288A1

DD207288A1 - METHOD FOR PRODUCING LATERALLY LIMITED STRUCTURES IN ELECTROLUMINESCENT SEMICONDUCTOR ARRANGEMENTS

Info

Publication number: DD207288A1
Application number: DD23856082A
Authority: DD
Inventors: Michael Humeniuk; Frank Kudella; Klaus Lehmann; Bernd Kloth
Original assignee: Werk Fernsehelektronik Veb
Priority date: 1982-03-30
Filing date: 1982-03-30
Publication date: 1984-02-22

Abstract

Bevorzugte Anwendung findet das Verfahren bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen durch Fluessigphasenepitaxie (LPE) oder durch Gasphasenepitaxie (VPE), die in Halbleiterinjektionslasern und Dioden fuer die Lichtleiternachrichtenuebertragung Verwendung finden. Die Erfindung hat zum Ziel, die Wirkungsweise der Strompfade zu verbessern und die Anzahl der nach der LPE erforderlichen Prozessschritte auf ein Minimum zu senken. Folgende Forderungen lagen zugrunde:-Beseitigung der Anfaelligkeit gegenueber der Bildung von thermischen Aetzgruben-Verbesserung der Effizienz und das Langzeitverhaltens-Verringerung der thermischen Belastung des HL-Materials waehrend der Herstellung Erfindungsgemaess wird durch Ionenimplantation in einem Substrat eine entsprechend der erforderlichen Stromfuehrung lateral strukturierte Oberflaechenschicht erzeugt, die einen dem Substrat entgegengesetzten Leitungstyp aufweist, der durch einen Dotanden bewirkt wird, der sich elektrisch gut aktivieren laesst, der bei dem im nachfolgenden Epitaxieschritt erforderlichen Temperatur-Zeit-Regime weiter ins substrat hineindiffundiert und unter bei der Epitaxie verwendeten H unten 2-Atmosphaere, die mit einer geringen Wasserdampfmenge versetzt ist in Verbindung mit dem Substratmaterial eine Passivierungsschicht bildet, die die Ausdiffusion des Dotanden in die Epitaxieschicht verhindert und das nachfolgendeepitaktische Wachstum der elektrolumineszenten Halbleiteranordnung nicht beeintraechtigt.Preferred application is in the fabrication of semiconductor device by liquid phase epitaxy (LPE) or by gas phase epitaxy (VPE), which find use in semiconductor injection lasers and optical fiber transmission diodes. The invention aims to improve the operation of the current paths and to reduce the number of process steps required after the LPE to a minimum. The following requirements were based on: elimination of the sensitivity to the formation of thermal degradation of the efficiency and the long-term behavior reduction of the thermal load of the HL material during fabrication According to the invention, ion implantation in a substrate produces a laterally structured surface layer corresponding to the required current conduction having a conductivity type opposite to the substrate caused by a dopant capable of good electrical activation which further diffuses into the substrate at the temperature-time regime required in the subsequent epitaxial step and below 2 atmospheres under H used in the epitaxy , which is mixed with a small amount of water vapor in conjunction with the substrate material forms a passivation layer which prevents the outdiffusion of the dopant in the epitaxial layer and the subsequent epitaxial growth of the electroluminescent Szent semiconductor device not impaired.

Description

238560238560

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren zur Herstellung lateral begrenzter Strompfade in elektrolumineszenten HalbleiteranordnungenMethod for producing laterally limited current paths in electroluminescent semiconductor arrangements

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von lateral begrenzten Strompfaden in elektrolumineszenten Halbleiteranordnungen auf derThe invention relates to a method for producing laterally limited current paths in electroluminescent semiconductor arrangements on the

III VIII v

Basis von reinen bzw. gemischten A 3 -Verbindungen, bei denen die vertikale Stromführung durch innere Lateralstrukturen eingestellt wird. Bevorzugte Anwendung findet das Verfahren bei der Hersteilung von Halbleiteranordnungen durch Flüssigphasenepitaxie (LPE) oder durch Gasphasenepitaxie (VPE), die in Halbleiteriniektionslasern und Dioden für die Lichtleiternachrichtenübertragung Verwendung finden. Darüber hinaus kann das Verfahren bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen für lichtemittierende Bauelemente, deren emittierender Bereich lateral strukturiert ist, Anwendung finden .Base of pure or mixed A 3 compounds in which the vertical current flow is adjusted by internal lateral structures. Preferred application, the method in Hersteilung of semiconductor devices by liquid phase epitaxy (LPE) or by vapor phase epitaxy (VPE) which are used in Halbleiteriniektionslasern and diodes for optical fiber communication. Moreover, the method may find application in the fabrication of semiconductor devices for light-emitting devices whose emitting region is laterally structured.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß die laterale Strukturierung des emittierenden Bereiches, wie sie beispielsweise für eine effiziente Kopplung der Strahlung in Lichtleitfasern hinein erforderlich ist, durch Einrichtung bevorzugter verti-2C kaier Strompfade erreicht werden kann. Darüber hinaus ist für die Anwendung in Halbleiterinjektionslasern eine Konzentration des Stromes auf kleine Flächenbereiche erforderlich, um die notwendigen Schweilstromdichten zu erzielen. Das kann ebenfalls durch bevorzugte Strompfade erreicht werden.It is known that the lateral structuring of the emitting region, as required, for example, for efficient coupling of the radiation into optical fibers, can be achieved by establishing preferred vertical current paths. In addition, for use in semiconductor injection lasers, concentration of the current to small areas is required to achieve the requisite leakage current densities. This can also be achieved by preferred current paths.

JÖDDU L JEDDU L

bine Gruppe von bekannten ' Lösungen- hat die laterale Strukturisrung auf der Oberfläche bzw. von der Oberfläche in die Halbleiterschicht hinein zum Inhalt. Realisiert werden diese Lesungen durch strukturierte Kontakte, strukturierte Gxid-ezw. Mi tr idmasken . die mit Kontaktschichten bedeckt sind oder durch lateral strukturierte Diffusions- oder implantierte Gebiete. Ein wesentlicher Nachteil dieser.Verfahren ist die große Anzahl von Verfahrensschritten, die auf den relativ teuren durch LFE bzw. VPE hergestellten Halbleiterschichten, die im allgemeinen Vielschichtstrukturen sind, notwendig werden.A group of known solutions has the lateral structuring on the surface or from the surface into the semiconductor layer into the content. These readings are realized through structured contacts, structured Gxid-ezw. Mi tr idmasks. which are covered with contact layers or laterally structured diffusion or implanted regions. A significant disadvantage of this method is the large number of process steps that are necessary on the relatively expensive semiconductor layers produced by LFE or VPE, which are generally multilayer structures.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß laterale Strukturierungen auf der Oberfläche relativ weit von der aktiven Schicht entfernt sind und damit einen lateral begrenzten Strompfad durch die aktive Schicht wenig wirkungsvoll realisieren. Lösungen durch Diffusions- oder implantierte Gebiete haben den Nachteil, daß diese den Strompfad bestimmenden Gebiete entweder weit vor der aktiven Schicht enden und damit nur wenig mehr Wirkung zeigen als eine Strukturierung der Oberfläche oder sehr dicht an die aktive Schicht herangeführt werden müssen, was durch die erreichbaren Schichtdickentoleranzen der Epitaxie und die Toleranzen der Eineringtiefe der Diffusion sehr erschwert ist. Erschwerend für eine genaue Einstellung der Eindring tief en kommt hinzu, daß die Diffusionskoeffizienten zwischen den zu durchdringenden Schichten wie auch innerhalb der Schichten bedingt durch die unterschiedliche chemische Zusammensetzung der Schichten - stark schwanken, so daß bei einer wirkungsvollen Einstellung der Strompfade bis dicht an die aktive Schicht die Gefahr der Beeinträchtigung der Effizienz der aktiven Schicht durch ungewollte Dotierung beispielsweise mit Zink besteht.A further disadvantage is that lateral structuring on the surface are relatively far away from the active layer and thus less effective realize a laterally limited current path through the active layer. Solutions by diffusion or implanted regions have the disadvantage that these regions defining the current path either end far in front of the active layer and thus show little more effect than structuring of the surface or must be brought very close to the active layer, which by the achievable layer thickness tolerances of epitaxy and the tolerances of Eineringtiefe the diffusion is very difficult. To make it more difficult for a precise adjustment of the penetration depths, the diffusion coefficients between the layers to be penetrated as well as within the layers fluctuate greatly due to the different chemical composition of the layers, so that with an effective adjustment of the current paths close to the active ones Layer the risk of impairment of the efficiency of the active layer by unwanted doping, for example with zinc.

Eine zweite Gruppe von technischen Lesungen beinhaltet eine Einstellung von Strompfaden durch Strukturierung der Grenzflächen Substrat-LPE-Schichtfolge. Das hat gegenüber der ersten Gruppe den entscheidenden Vorteil, daß der Strompfad relativ dicht an die aktive Schicht herangeführt werden kann, da zwischen Substrat und aktiver Schicht im allgemeinen nur eine weitere Schicht liegt.A second group of technical readings involves adjustment of current paths by structuring the substrate-LPE layer sequence interfaces. This has the decisive advantage over the first group that the current path can be brought relatively close to the active layer, since there is generally only one further layer between substrate and active layer.

Eine Realisierungsmcglichkeit ist die lateral strukturierte Urndotierung des Substrats durch Diffusionsverfahren an der Oberfläche vor der Aufbringunci dar LPE-Schichtfel ce . Es wurde beispielsweise ein Verfahren vorgeschlagen, (CE-OS 2 552 c7C} bei dem eine laterale Struktürierung des n-ieitenden Substrates durch Diffusion mit Zink zur Erzeugung p-ieirender Bereichs erzielt wird. Ein wesentlicher Nachteil dieses Vorschlags liegt in der Verschlechterung äer kristallografischen Qualität des oberflächennahenOne possibility of realization is the laterally structured base doping of the substrate by diffusion processes on the surface before the application of the LPE layer field. It has, for example, a method proposed (CE-OS 2 552 C7C} in which a lateral Struktürierung of the N-type substrate is obtained by diffusion of zinc to produce p-ieirender range. A major disadvantage of this proposal is in the deterioration OCE crystallographic quality of the near-surface

V Bereiches des Substrates begründet, der durch Abdampfung der B -Komponente während des Diffusionsprozesses verursacht wird (Entstehung thermischer Ätzgrade). Des weiteren ist bei Diffusionsprozessen eine Bildung von Belägen aus Reaktionsprodukten der Halbleiterkomponenten mit Komponenten der Diffusionsquelle bzw. der Atmosphäre im Diffusionsraum zu beobachten, die ebenso wie Oberflächenerosion die Qualität des nachfolgenden Epitaxiewachstums beeinträchtigt. Bei der Verwendung von Zink tritt zudem während der im nachfolgenden Epitaxieprozeß erforderlichen Temperaturbehandlung eine Rückdiffusion in die Epitaxieschicht auf. Dadurch kann unerwünscht Zink bis in die aktive Schicht gelangen. Während des späteren Betriebes der Halbleiteranordnung im Bauelement ist auch eine Zinkwanderung durch Elektromigration (hohe Stromdichte) beobachtet worden, die sich nachteilig auf die Baue! e.Tienteeigenschaf ten auswirkt (M. Takusagawa et. al. Proc . of the IEEE Sl (1973) ρ. 1758 - 1759) .V area of the substrate, which is caused by evaporation of the B component during the diffusion process (formation of thermal etching). Furthermore, in the case of diffusion processes, a formation of deposits of reaction products of the semiconductor components with components of the diffusion source or the atmosphere in the diffusion space is observed, which, like surface erosion, impairs the quality of the subsequent epitaxial growth. In addition, during the use of zinc, back diffusion into the epitaxial layer occurs during the temperature treatment required in the subsequent epitaxy process. As a result, undesirable zinc can reach the active layer. During the later operation of the semiconductor device in the device also a zinc migration by electromigration (high current density) has been observed, which adversely affects the Baue! e.Tienteeigenschaf th (M.Takusagawa et al., Proc. of the IEEE Sl (1973) p. 1758-1759).

Eine weitere !Möglichkeit einer lateral strukturierten Umdotierung im Inneren der Halbleiteranordnung wurde in der DE-QS 2 942 5OS vorgeschlagen. Es wird zunächst durch LPE eine p-leitende Epitaxieschicht auf das η-leitende Sub-25' strat aufgebracht. Anschließend wird diese Epitaxieschicht durch einen fote lithografischen Prozeß und Ätzung derart lateral strukturiert , daß an den Stellen, die später die Strompfade bestimmen sollen, die p-leitende Schicht entfernt wird. Es entsteht zunächst eine Mesastruktür . Auf diese strukturierte Oberfläche wird in einem zweiten LPE-Prozeß eins Mehrschichthalbleiteranordnung, wie sie für Injektionslaser Verwendung findet, aufgebracht.Another possibility for laterally structured redeposition inside the semiconductor device has been proposed in DE-QS 2 942 5OS. It is first applied by LPE a p-type epitaxial layer on the η-conductive sub-25 'strat. Subsequently, this epitaxial layer is laterally structured by a fifteen lithographic process and etching, that at the locations that will later determine the current paths, the p-type layer is removed. It initially creates a Mesastruktür. Onto this structured surface, in a second LPE process, a multilayer semiconductor device, such as that used for injection lasers, is applied.

Es ist bekannt, (L. Figuercs, S. Wang, App.l , Phys . Lett. 3JL (1977) p. 45 - 47) daß die nach dieser Lösung entstehende pnpn-Struktür als Anordnung zweier positiv rückgekoppelter Transistoren betrachtet werden kann. Der substratseitige npn-Transis tor ist während des Bauelernen tebetriebes intensiverIt is known (L. Figuercs, S. Wang, App.l, Phys., Lett., 3JL (1977) p., 45-47) that the pnpn structure resulting from this solution can be considered as an array of two positive feedback transistors. The substrate-side NPN Transis tor is intensive during the construction learning tebetriebes

4 ö S b υ ζ 4 ö b b ζ

Strahlung aus der 1ichtemi11ierenden Zone des Bauelement as ausgesetzt und wirkt als Fototransistor. Die s tr cnneiner.cende V.'irk-unc der strukturierten p-Schicht, die zugleich die Basis eines (unerwünschter ) ~cte tr ans is tors ist, kann nur aufrechterhalten '/'-erden, v.ern die Basisweite, d. h. die Schichtdicke der ersten p-Epitaxieschicht so groß gemacht wird, daß die Minoritätsladungsträger noch in der Basis rekombinieren. Die für derartige Schichtdicken erforderliche tiefe Mesastrukturierung hat ihrerseits nachteilige Auswirkungen auf die kristallografisch^ Qualität der nachfolgenden Epitaxieschicht .Radiation from the light-emitting zone of the device as exposed and acts as a phototransistor. The truncation of a different p-layer, which is at the same time the basis of an (undesired) tr ans is tor, can only be maintained, v. The base width, ie the layer thickness of the first p-epitaxial layer is made so large that the minority carriers still recombine in the base. The deep mesostructuring required for such layer thicknesses in turn has a detrimental effect on the crystallographic quality of the subsequent epitaxial layer.

Ein weiterer Vorschlag (DE-OS 2 81S 843) hat zum Inhalt, zunächst durch Lithografie und Ätzen die Substratoberfläche entsprechend der gewünschten Geometrie der Strompfade zu strukturieren, und zwar derart, daß erhabene Bereiche des η-leitenden Substrates verbleiben. Es entsteht hier ebenfalls eine Mesastruktur auf dem Substrat. Es folgt ein LPE-Prozeß, der in jedem Falle aber so verläuft, daß zunächst eine p-leitende Schicht aufgewachsen wird, die nur die Zwischenräume zwischen den Mesahügeln ausfüllt. Im weiteren oder einem zweiten LPE-Prozeß -wird dann die für das gewünschte Bauelement erforderliche Halbleiteranordnung abgeschieden. Ein Nachteil der beiden letztgenannten Lösungsvorschläge ist die mehrere Mikrometer tiefe Mesastrukturierung des Substrates, die auf die kristallografisch^ Struktur der nachfolgenden Schichten nachteilige Auswirkungen hat (z.B. Anpassversetzungen). Dies ist im Bereich des aktiven Gebietes der nachfolgenden Halbleiteranordnung am stärksten ausgeprägt, da gerade dort dis Mesastrukturierung erfolgte. Ein weiterer entscheidender Nachteil besteht in der Notwendigkeit zweier Epitaxieprozesse, die die Herstellung der Gesamthalbleiteranordnung komplizieren, verteuern und die Qualität sowie die Ausbeute nachteilig beeinflussen.Another proposal (DE-OS 2 81S 843) has to content, first by lithography and etching to structure the substrate surface according to the desired geometry of the current paths, in such a way that raised areas of the η-conductive substrate remain. It also creates a mesa structure on the substrate here. This is followed by an LPE process, which in each case proceeds in such a way that initially a p-type layer is grown, which only fills the interspaces between the mesa knobs. In the further or a second LPE process, the semiconductor device required for the desired component is then deposited. A disadvantage of the latter two proposed solutions is the several micrometers deep mesostructuring of the substrate, which has adverse effects on the crystallographic structure of the subsequent layers (for example, matching dislocations). This is most pronounced in the region of the active region of the subsequent semiconductor device, since this is where the disassembly takes place. Another major disadvantage is the need for two epitaxial processes that complicate the manufacture of the overall semiconductor device, make it more expensive and adversely affect the quality and yield.

Eine dritte Gruppe von Verfahren nutzt die Erzeugung semiisolierender Schich-A third group of methods uses the generation of semi-insulating layers

III V ten in A" B -Halbleitermaterialien durch Ionenimplantation von Elementen, die nicht dotierend wirken. Laterale Strukturierungen im Halbleitermaterial werden hierbei durch bekannte Lithografie- oder Maskierungstechniken erreicht So ist die Ionenimplantation von Protonen (j. C. Dyment et al. Proc . IEEE (Lett.) 6_0 (1972) p. 726 - 728) oder von Cr-, Fe-, C- (DE-CS 2 657 640) bzw. von B-Ionen (E. u. K. Rao et al. 3. Appl . _49 (1S78) p. 3898 - 3S05) in die fertige LPE-Schicht bekannt. Die Energie der Ionen wird hierbeiIII V ths in A "B semiconductor materials by ion implantation of non-doping elements Lateral structuring in the semiconductor material is achieved by known lithography or masking techniques Thus, ion implantation of protons (JC Dyment et al., Proc (Lett.) 6_0 (1972) p. 726-728) or of Cr, Fe, C (DE-CS 2 657 640) or of B ions (E. and K. Rao et al Appl. _49 (1S78) p. 3898-3S05) into the finished LPE layer, the energy of the ions being thereby

so gewählt, daß die Ionen von der Oberfläche der LPE-Scnichtfolge'bis in die Nähe der aktiven Zone des Bauelementes eindringen. Werden im Falle der Pr otcnenimplsn ta tion in der Regel mehr als ca. 4CC 1< sV benötigt, sind für die übrigen genannten Icnensorten bereits Icnenenergien im MeV-Eereich erforderlich. Bei industriellen lonenimpiantern ist die maximale Ionenenergie aus Kostengründen auf 200 bis 300 keV begrenzt, was der breiten Anwendung der Hochenergieimplantationstechnik entgegensteht. Weiterhin nachteilig an der Isolationstechnik durch Protonenbeschuß ist, daß die isolierende Wirkung bereits bei Temperungen oberhalb ca. 400"C verschwindet, so daß dieser Verfahrensschritt nur nach Abschluß aller Scheibenprozesse angewendet werden kann .selected so that the ions penetrate from the surface of the LPE sequence to near the active zone of the device. If more than approx. 4CC 1 <sV is required in the case of program implants, internal energies in the MeV range are already required for the other named types of ions. For industrial ion imitators, the maximum ion energy is limited to 200 to 300 keV for cost reasons, which is contrary to the broad application of high energy implantation technology. Another disadvantage of the isolation technique by proton bombardment is that the insulating effect disappears already at anneals above about 400 "C, so that this process step can be used only after completion of all disc processes.

Von Bemeking et al. (Solid, states electronics _22 (1979) S. 1039 - 1045) wurde vorgeschlagen, die Isolation durch Implantation von Sauerstoff mit Energien im keV-3ereich in ein η-leitendes Substrat vorzunehmen. Anschliessend wird die gewünschte Epitaxieschicht im LPE-Verfahren aufgebracht. Bei Verwendung eines industriellen Ionenimplanters lassen sich semiisoliarende Schichten mit einer Dicke kleiner ca. 0,7 pm herstellen. Diese Schicht ist so dünn, daß sie im LPE-Prozeß leicht durch thermische Ätzgruben durchlöchert wird, was zu unerwünschten Strompfaden führt, die Qualität und Funktion des elektrolumineszierenden Bauelementes beeinträchtigen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Bildungswahrscheinlichkeit für thermische Ätz-By Bemeking et al. (Solid, states electronics _22 (1979) pp. 1039-1045) it has been proposed to perform the isolation by implantation of oxygen with energies in the keV-3ereich in a η-conductive substrate. Subsequently, the desired epitaxial layer is applied in the LPE method. When using an industrial ion implanter semi-insulating layers with a thickness of less than 0.7 μm can be produced. This layer is so thin that it is easily perforated by thermal etch pits in the LPE process, resulting in undesirable current paths that affect the quality and function of the electroluminescent device. It should be noted that the formation probability for thermal etching

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gruben auf Oberflächen von A B -Halbleitermaterialien durch die Ionenimplantation stark ansteigt.. Weiterhin nachteilig an dünnen Isolationsschichten ist, daß diese Schichten in der Anfangsphase des LPE-Wachsturns leicht vollständig aufgelöst werden.Furthermore, it is disadvantageous on thin insulating layers that these layers are easily completely dissolved in the initial phase of the LPE growth.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung hat gegenüber der ersten Gruppe von Lösungen zum Ziel, die Wirkungsweise der Strompfade zu verbessern und weiterhin die Anzahl der nach der LPE erforderlichen Prozeßschritte auf ein Minimum zu senken.The aim of the invention is to improve the operation of the current paths as compared to the first group of solutions, and furthermore to minimize the number of process steps required after the LPE.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, gegenüber der zweiten Gruppe von Lösungen die Auswirkungen der genannten Lösung zu umgehen, die eine Verschlechterung der kristallografischen Perfektion der LPE-Schichten bewirken., It was an object of the invention to avoid the effects of said solution compared with the second group of solutions, which cause a deterioration in the crystallographic perfection of the LPE layers.

^JODDU L ^ JODDU L

Gegenüber dem Verfahren der Sauerstoffimplantaticn von Substraten vor dem LPE-Prozeß soll die Anfälligkeit gegenüber der Bildung von thermischen Ätzgruben und der vollständigen Auflösung der implantierten Schicht beseitigt werden, so daß erst durch diese Erfindung u. a. eine technologisch sichere Herstellung entsprechender Halbleiteranordnungen möglich wird.Compared to the method of oxygen implantation of substrates prior to the LPE process, the susceptibility to the formation of thermal etch pits and the complete dissolution of the implanted layer should be eliminated, so that only by this invention, inter alia, a technologically safe production of corresponding semiconductor devices is possible.

Weiterhin lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Effizienz und das Langzeitverhalten der Halbleiteranordnung zu verbessern, indem die nachteiligen Auswirkungen der bekannten Lösungen auf die LPE-Schicht vermieden werden. Weitere Aufgabe war es, eine Verringerung der thermischen Belastung des Halbleitermaterials während des Herstellungsprozesses der Halbleiteranordnung zu erreichen .A further object of the invention is to improve the efficiency and long-term performance of the semiconductor device by avoiding the adverse effects of the known solutions on the LPE layer. Another object was to achieve a reduction of the thermal load of the semiconductor material during the manufacturing process of the semiconductor device.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Verfahren zur Erzeugung von lateral begrenzten Strompfaden bei elektrolumineszierenden Halbleiteranordnungen vorgeschlagen, bei denen die Lateralstrukturierung derart vorgenommen wird, daß die Wachstumsbedingungen für die anschließende Abscheidung von reinenWith the solution according to the invention, a method for the generation of laterally limited current paths in electroluminescent semiconductor devices is proposed, in which the lateral structuring is carried out such that the growth conditions for the subsequent deposition of pure

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oder gemischten A B -Halbleiterschichten durch i-lüssig- oder Gasphasenepitaxie gegenüber den bekannten Lösungen verbessert werden, wodurch die Effizienz und das Alterungsverhai ten der Halbleiteranordnung verbessert v/erden .or mixed A B semiconductor layers can be improved by i-liquid or gas phase epitaxy over the known solutions, whereby the efficiency and the aging behavior of the semiconductor device are improved.

20- Gas erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet nachfolgende Schritte:20 gas process according to the invention includes the following steps:

!.Implantation mit einem Dotanden, der in der Oberflächenschicht des Sub-! Implantation with a dopant present in the surface layer of the sub-

III V strates aus einem A B -Halbleitermaterial nach elektrisch aktivem EinbauIII V strates of an A B semiconductor material after electrically active installation

in das Kristallgitter den entgegengesetzten Leitungstyp erzeugt, wobei die gewünschte Geometrie der in der Halbleiteranordnung stromleitenden Bereiche 25' (d.h. nicht zu implantierender Bereiche) durch eine Haft- oder eine freitragende Projektionsmaske bestimmt wird. Nach der Implantation erfolgt die Entfernung der Maske und die Reinigung der Halbleiteroberfläche.into the crystal lattice of the opposite conductivity type, the desired geometry of the semiconductor device current conducting regions 25 '(i.e., non-implantable regions) being determined by an adhesive or cantilevered projection mask. After implantation, the mask is removed and the semiconductor surface is cleaned.

2. Ausheilung der durch die Implantation hervorgerufenen Strahlenschäden und Bildung einer diffusionshemmenden Schicht auf der Subs tr at ober fläche bei gleichzeitiger Eindiffusion des Dotanden in das Substrat in der Vorphase der epitaktischen Schichtabscheidung im Epitaxiereaktor in einer in definierter Weise mit Wasser dampf (0,5 bis 10 ppm) angereicherten Wasserstoffatmosphäre . 2. Healing of the radiation damage caused by the implantation and formation of a diffusion-inhibiting layer on the substrate with simultaneous diffusion of the dopant into the substrate in the pre-phase of the epitaxial layer deposition in the epitaxy reactor in a defined manner with water vapor (0.5 to 10 ppm) enriched hydrogen atmosphere.

scheidung einer gewünschten Schichtfolge aus reinem oder gemischtemdivorce of a desired layer sequence of pure or mixed

jjT ν A "B -Halbleitermaterial durch Flüssig- oder Gasphasenepitaxie unter Vermeidung von Änlösung bzw. Gasphasenätzung des Substrates. Die zuerst aufgebrachte Epitaxieschicht muß den Leitungstyp des Substrates aufweisen. Vorzugsweise wird der für die Elektrolumineszenz der Halbleiteranordnung wesentliche pn-übergang bereits während des Epi ta-xisprozess es hergestellt und der oberflächennahe Bereich der Epitaxieschichtfolge so hoch dotiert, daß eine gute Kontaktierbarkeit ohne zusätzliche Dotierungsschritte gewährleistet ist. Es ist jedoch ebenso möglich, den genannten pn-übergang erst'nach Abschluß des Epitaxieprozesses durch bekannte Diffusionsoder Implantationstechniken herzustellen.The epitaxial layer applied first must have the conductivity type of the substrate, Preferably the pn junction essential for the electroluminescence of the semiconductor device is already formed during epitaxy However, it is also possible to produce said pn junction only after completion of the epitaxy process by known diffusion or implantation techniques.

Die unter Punkt 1 genannte strukturierte implantierte Oberflächenschicht auf dem Substrat kann ebenso durch ganzflächige Implantation und bekannte nachfolgende Lithografie- und Ätztechniken erzeugt werden, wobei die Ätzstufe mehr als R + 3 Δ ^R betraqen sollte. R ist hierbei die pro-Given in point 1 structured implanted surface layer on the substrate can be also produced by whole-area implantation and subsequent lithographic and etching techniques well-known, the etching step should betraqen more than R + Δ ^R 3. R is the pro-

P · P . PP · P. P

jizierte Reichweite der implantierten Ionen und Δ R die zugehörigejected range of the implanted ions and Δ R the associated

Reichwei testreuung.Reasonable care.

Bei Verwendung von η-leitenden Substraten aus GaAs, GaP oder InP wird als Dotand für die Implantation vorzugsweise Beryllium verwendet. Dieses Element zeichnet sich durch geringen Strahlenschaden pro Ionsndosis, große lonenr eichwei te pro Ionenenergie, gute elektrische Ak tivief bark.ei t in weiten Dosis- bzw. Konzentrationsbereichen, geeignetes Diffusions verhalten im Temperaturbereich von 550 bis 850"C aus, und bildet in Kombination mit den genannten Substratmaterialien die genannte diffusions hemmende Schicht an der Grenze des Substrates zur Epitaxieschicht.When using η-conductive substrates of GaAs, GaP or InP, beryllium is preferably used as dopant for the implantation. This element is distinguished by low radiation damage per ion dose, large ionic properties per ion energy, good electrical activity, and in combination with a wide range of dose and concentration, suitable diffusion behavior in the temperature range from 550 to 850 ° C with said substrate materials, said diffusion-inhibiting layer at the boundary of the substrate to the epitaxial layer.

Die aus dem Stand der Technik bekannte Fototransistorwirkung der pnpn-' Schichtfolge wird in einjacher '//eise dadurch vermieden, daß Res ts trahlenschäden in der implantierten Substratschicht die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger in der Basis des unerwünschten Fototransistors soweit herabsetzen, daß die stromeinengende Wirkung der implantierten Schicht auch bei aerincen Schichtdicken erhalten bleibt.The phototransistor effect of the pnpn layer sequence known from the prior art is avoided in a manner that residual damage in the implanted substrate layer reduces the diffusion length of the minority carriers in the base of the unwanted phototransistor to such an extent that the current-limiting effect of the implanted Layer is preserved even with aerincen layer thicknesses.

-S--S

238550 Z238550 Z.

Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet zusätzlich eine Minimierung der thermischen Belastung der Halbleiteranordnung während des Herstellungsproze.sses und der Anzahl der benötigten technologischen Teilschritte.The inventive method additionally includes a minimization of the thermal load of the semiconductor device during the Herstellungsproze.sses and the number of required technological sub-steps.

Ausführungsbeispiel.Embodiment.

Die Erfindung soll nachfolgend an zwei Ausführungsbeispiel en erläutert .werden .The invention will be explained below with reference to two exemplary embodiments.

1. Infrarotstrahler auf der Basis von GaAlAs (Zeichnung)1. Infrared radiators based on GaAlAs (drawing)

Ein η-leitendes GaAs : Si-Substrat 1 mit einer Dotierung von 1 bis 2 χAn η-type GaAs: Si substrate 1 with a doping of 1 to 2 χ

18-3 10 cm wird mit einer ca . 2 pm dicken Lackhaftsmaske versehen, die beispielsweise so strukturiert wird, daß kreisförmige Gebiete mit einem Durchmesser von 50 pm mit Lack bedeckt bleiben. Anschließend erfolgt die Implantation von Beryllium mit einer Energie von 180 keV und einer Dosis von 1 χ 10 cm . Die Implantation wird zweckmäßigerweise in einem treicmittel-18-3 10 cm with an approx. 2 pm thick Lackhaftsmaske provided, for example, is structured so that circular areas with a diameter of 50 pm remain covered with lacquer. Subsequently, the implantation of beryllium takes place with an energy of 180 keV and a dose of 1 χ 10 cm. The implantation is expediently carried out in a treicmittel-

-4 armen.Vakuum bei einem Druck kleiner 10 ' Pa- ausgeführt. Die Lack entfernung erfolgt naß— oder plasmachemisch. Unmittelbar vor dem LPE-Prozeß erfolgt eine Ätzreinigung .in einem HF : H^O-Gemisc'n (1 : 10, 25"C, 10 bis 150 s). Das so vorbehandelte Substrat.wird einem LPE-Prozeß unterworfen, dessen Besonderheit darin besteht, daß vor Beginn des Abscheidungsprczesses eine Wassers tof.f atmosphäre mit einer Wasserdampfbeimengung von 3 ppm bei 800°C auf das Substrat einwirken kann, wobei die diffusions hemmende Schicht an der Substratoberfläche ausgebildet wird. Gleichzeitig erfolgt in dieser Phase des Prozesses die Ausheilung der Strahlenschäden und die Eindiffusion des Berylliums auf eine Eindringtiefe von ca. 1,5 pm 2. In einer nachfolgender, Gleichgewichtsabkühlung wird eine Schichtfolge n-Ga ₇ ^Aio -^As : Sn , P-^³r, Q-^A-p nc^{As : Ge} · P~^^ao -7^A1o -?^{As : Ge}< ? -Sa_A -,Al_n „As : Be 4 abgeschieden. Diese nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Halbleiteranordnung wird nach den bekannten Verfahren auf der η-Seite ganzflächig 5 und auf der p-Seite so mit strukturierten Kontakten 6 versehen, daß über den stromleitenden Pfaden 7 die Kontaktschicht vollständig geöffnet ist.-4 poor.Vacuum at a pressure less than 10 'Pa- executed. The paint removal takes place wet or plasma-chemically. Immediately before the LPE process, an etch-cleaning is carried out in an HF: H 2 O mixture (1:10, 25 "C, 10 to 150 s). The substrate pretreated in this way is subjected to an LPE process, the peculiarity of which This is because before the precipitation process begins, a water atmosphere of 3 ppm at 800 ° C. may act on the substrate to form the diffusion-inhibiting layer on the substrate surface, and at the same time, annealing takes place The radiation damage and the diffusion of beryllium to a penetration depth of about 1.5 pm 2. In a subsequent, equilibrium cooling is a layer sequence n-Ga ₇ ^Ai o - ^As : Sn, P- ^ ³ r, Q- ^A -p nc ^{As: Ge} · P ~ ^ ^a o -7 o ^A1 - ^{As: Ge} <-Sat _A - Al _n "as:. deposited be 4 This semiconductor device manufactured by the novel method according to the known methods on the η- Page 5 over the entire area and on the p-side with structure Provided contacts 6 provided that on the current-conducting paths 7, the contact layer is fully opened.

Eine Variante des Ausführungsbeispiels besteht darin, daß nicht kreisförmige Gebiete des Substrats während der Berylliumimplantation maskiert werden,A variant of the embodiment is that non-circular regions of the substrate are masked during beryllium implantation,

2385623856

sondern Streifen einer Breite zwischen 2 und 20 um. Mit dieser Variante lassen sich bei p- und n-seitiger großflächiger Kontaktierung Kantenstrahier für HR LED- oder Laserbetrieb realisieren, vorzugsweise dann, wenn als letzte Epitaxieschicht ρ'-GaAs aufgebracht wird.but stripes of a width between 2 and 20 um. With this variant, edge straighteners for HR LED or laser operation can be realized with p-side and n-side large-area contacting, preferably when ρ'-GaAs is applied as the last epitaxial layer.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt .The inventive method is not limited to the embodiment.

2. Infrarotstrahler auf der Basis von VPE-GaAs _Q^_r 2. Infrared radiators based on VPE-GaAs _Q ^ _r

Ein η-leitendes GaAs : Te-Substrat mit einer Dotierung von 5 bis 10 χ 10 cm wird mit einer 500 nm dicken Si !^-Schicht versehen, die auf fotolithografischem Wege beispielsweise so strukturiert wird, daß kreisförmige Gebiete mit einem Durchmesser von 50 pm mit Si-,Ν^ und Fotolack bedeckt bleiben.An η-type GaAs: Te substrate with a doping of 5 to 10 χ 10 cm is provided with a 500 nm thick Si! ^ Layer, which is structured by photolithography, for example, so that circular areas with a diameter of 50 pm remain covered with Si, Ν ^ and photoresist.

Anschließend erfolgt eine Berylliumimplantaticn mit einer Energie von 200 ;oVSubsequently, a Berylliumimplantaticn with an energy of 200; oV

15-2 und einer Icnendosis von 1 χ IC cm . Die Implantation wird in einem15-2 and an ICU dose of 1 χ IC cm. The implantation is in one

-4 treibmittelarmen Vakuum bei einem Druck kleiner 10 Pa ausgeführt. Nachfolgend wird die Implantationshaftmaske aus Fotolack und Si,N^ plasmachemisch entfernt. Unmittelbar vor dem sich anschließenden Gasphasenepitaxieprozsß (VPE) erfolgt eine naßchemische Reinigung ohne Abtrag, bestehend aus folgenden Schritten: Wasserreinigung, Methanol, Trichlorethylen (Ultraschall) Methanol, Wasser, Ammoniak/Wasser (1 : 4, Ultraschall), Wasser , Trocknen (jeweils 0,1 bis 5 min bei Raumtemperatur). Das so vorbehande!te Substrat wird einem Standard-VPE-Prozeß unterworfen, dessen Besonderheit darin besteht, daß vor Beginn des Abscheideprozesses im Epitaxisresktor eine Wasserstoffatmosphäre mit einem Wasser dampfgehalt von 3 bis 5 ppm bei SOC⁰C auf das Substrat einwirken kann, wodurch eine diffus ions hemmende Schicht ausgebildet wird. Eine in situ-Substratätzung wird nicht ausgeführt. Gleichzeitig erfolgt eine Ausheilung der durch die Implantation erzeugten Strahlenschäden und eine Eindiffusion des Berylliums in aas Substrat, die sich bei der nachfolgenden Abscheidung fortsetzt, wobei eine Eindringtiefε von ca. 1,5 μπι erreicht wird. Es wird zunächst bei 770⁰C sine ca. 5 um dicke GaAs : Te-Schicht gewachsen, der eine 5 bis 20 pm dicke Anpassungsschicht folgt, in-4 low-blowing vacuum executed at a pressure less than 10 Pa. Subsequently, the Implantationshaftmaske photoresist and Si, N ^ plasmachemisch removed. Immediately before the subsequent gas phase epitaxy (VPE) process, a wet chemical cleaning without removal, consisting of the following steps: water purification, methanol, trichlorethylene (ultrasound) methanol, water, ammonia / water (1: 4, ultrasound), water, drying (each 0 , 1 to 5 minutes at room temperature). The thus pretreated! Te substrate is subjected to a standard VPE process, the peculiarity is that before the deposition process in Epitaxisresktor a hydrogen atmosphere with a water vapor content of 3 to 5 ppm at SOC ⁰ C can act on the substrate, creating a diffusion-inhibiting layer is formed. In situ substrate etching is not performed. Same time, a healing of radiation damage and produced by the implantation, a diffusion of the beryllium in aas substrate, which continues during the subsequent deposition, a Eindringtiefε of about 1.5 is reached μπι. It is first grown at 770 ⁰ C sine about 5 um thick GaAs: Te layer, which follows a 5 to 20 pm thick matching layer, in

O 3 UO 3 U

der dar x-Wert durch kontinuierliche P'nosphinzugabe allmählich von Null auf G,C7 verändert wird. Abschließend wird eine GaAs _{p 0}_,P₀ „_, : Te-Schicht mit einer Dicke von 10 bis 30 jjm abgeschieden. In diese Epitaxieschicht wird nachfolgend ganzflächig eine p-Dotierung mit Zink nach bekannter Implantations- oder Diffusionstechnologie eingebracht, so daß ein pn-übergang in einer Tiefe von 5 pm entsteht. Nach Abschluß bekannter Ätzschritte erfolgt die Kontaktierung n-seitig großflächig und p-seitig derart, daß die stromleitenden Gebiete nicht durch die ringförmigen Kontaktflächen abgedeckt werden.the dar x value is gradually changed from zero to G, C7 by continuous addition of p'nosphine. Finally, a GaAs _{p 0} _, P ₀ "_,: Te layer with a thickness of 10 to 30 μm is deposited. In this epitaxial layer, a p-doping with zinc is subsequently introduced over the whole area using known implantation or diffusion technology, so that a pn junction is formed at a depth of 5 μm. After completion of known etching steps, the n-side contact takes place over a large area and on the p-side in such a way that the current-conducting regions are not covered by the annular contact surfaces.

Claims

* * - W \ J * J% J \ J

Erf indungs ansρrueh

1. A method for producing laterally limited current paths in electroluminescent

.1.1 τ ν centen semiconductor assemblies on the basis of pure or mixed A "B compounds, characterized in that by ion implantation in a substrate a laterally structured according to the required current conduction surface layer is formed, which has a substrate of the opposite conductivity type, which by a Dopant is caused, which can be electrically well activated, which diffused at the time required in the subsequent epitaxial step temperature-time regime further into the substrate-10 and under a M used in the epitaxy M atmosphere, which added steam with a small amount of water in conjunction with the substrate material forms a passivation layer which prevents outdiffusion of the dopant into the epitaxial layer and does not interfere with subsequent epitaxial growth of the electroluminescent semiconductor device.

2. The method according to item 1, characterized in that in a substrate made of GaAs (η-conducting), a Be implantation takes place.

3. The method according to item 1, gekannzeichent characterized in that in a substrate made of GaP (η-conducting) an ee implantation.

4. The method according to item 1 and 2 or I and 3, characterized in that 2C is the eiektrolumineszen te Halbleiteranordnuna by VPE Erzsuqt.

t. h Πt. h Π

- 12 - 4L OU 'JU KJ

5. The method according to item 1 and 2 cder i and 3, characterized in that

Electroluminescent semiconductor device dur

W- ar-7 : i! T

- _; r · r · ρ r ~

6. Method according to items 1, 2 and 4 or according to item I ₁ 2 un <

Points 1, 3 and 4 or according to items 1, 3 and 5, characterized in that the temperaure-Zei t-Regirne is chosen so that the implanted Se diffuses in depths of more than 1.5 pm.

7. Method according to item 1, 2 and 4 or according to items 1, 2 and "5 cdsr according to items 1, 3 and 4 or according to items 1, 3 and 5, characterized in that the water vapor content in the H atmosphere between 0.5 and 10 vpm, preferably 3 vpm.

(T

8. The method according to item 1, characterized in that adhesive masks are used for implantation.

S. Method according to item 1, characterized in that a cantilevered prototype is used for! -, plan ta ti cn.

10. The method according to item 1, characterized in that the implantation takes place over a large area and the desired structure of. Subsiratcber fish by partial removal of the implanted surface layer by known techniques of photolithography and etching technology is performed.

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