DE1270687B

DE1270687B - Method for producing a light-emitting diode

Info

Publication number: DE1270687B
Application number: DE19651270687
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Guenter W Dipl-Phys
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-12-13
Filing date: 1965-12-13
Publication date: 1968-06-20

Description

Verfahren zum Herstellen einer Lumineszenzdiode Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Lumineszenzdiode mit einer Oberfläche von annähernd halbkugelförmiger Gestalt aus einem Halbleiterrohling, insbesondere aus GaAs.Method of making a light emitting diode The invention relates to a method for manufacturing a light emitting diode with a surface area of approximately hemispherical shape made from a semiconductor blank, in particular made from GaAs.

Bekannt ist ein Verfahren zum Herstellen spezieller Transistorformen aus Halbleiterplättchen. Mit Hilfe einer sogenannten Schneidemaschine, die mittels magnetostriktiver Schwingungen mit Schallfrequenz betrieben wird, werden dabei diese speziellen Transistorformen aus Halbleiterplättchen herausgeschnitten.A method for producing special transistor shapes is known made of semiconductor wafers. With the help of a so-called cutting machine, which by means of Magnetostrictive vibrations with sound frequency are operated, these special transistor shapes cut out of semiconductor wafers.

Untersuchungen an Lumineszenzdioden haben ergeben, daß Dioden mit Halbkugelform sich gegenüber solchen mit rechteckiger Gestalt durch einen wesentlich höheren Wirkungsgrad auszeichnen. Dabei spielen insbesondere die Geometrie in bezug auf den Lichtaustritt aus dem Halbleiterkörper mit hohem Brechungsindex und die unterschiedlichen Absorptionsverhältnisse in den beiden Formkörpern eine Rolle. Als besonders vorteilhaft haben sich dabei Dioden erwiesen, deren Geometrie der Weierstraßkugel bzw. verwandten Formen entspricht.Studies on light emitting diodes have shown that diodes with Hemispherical shape differs significantly from those with a rectangular shape higher efficiency. In particular, the geometry play a role on the light exit from the semiconductor body with a high refractive index and the different absorption ratios in the two moldings play a role. Diodes have proven to be particularly advantageous, the geometry of which has the Weierstraßkugel or related shapes.

Die Herstellung von derartigen dreidimensionalen, halbkugelförmigen Lumineszenzdiodenoberflächen aus Halbleiterrohlingen, insbesondere aus Galliumarsenid, bereitet jedoch erhebliche Schwierigkeiten, zumal beispielsweise beim Schleifen auf einer Drehscheibe Beschädigungen durch Absplittern von Kristallteilchen praktisch unvermeidlich sind. Außerdem treten hierbei erhebliche Materialverluste auf.The manufacture of such three-dimensional, hemispherical Luminescence diode surfaces made from semiconductor blanks, in particular made from gallium arsenide, however, causes considerable difficulties, especially when grinding, for example on a turntable, damage caused by chipping off crystal particles is practical are inevitable. In addition, considerable material losses occur here.

Diese Schwierigkeiten lassen sich praktisch vollständig vermeiden, wenn man nach der Lehre der Erfindung vorgeht und sich eines Verfahrens bedient, das sich dadurch auszeichnet, daß eine Bohrvorrichtung, deren Bohrkopf eine Aussparung in der der Diodenoberfläche zu verleihenden Gestalt aufweist, relativ zum Halbleiterrohling in Richtung der Achse der Bohrkopfaussparung so lange unter Verwendung eines feinteiligen Bohrmittels zur Einwirkung auf den Halbleiterrohling gebracht wird, bis dieser seine annähernd halbkugelförmige Gestalt erreicht hat, und daß die Oberfläche anschließend hochglänzend poliert wird.These difficulties can be practically completely avoided, if one proceeds according to the teaching of the invention and uses a method, which is characterized in that a drilling device whose drill head has a recess in the shape to be given to the diode surface, relative to the semiconductor blank in the direction of the axis of the drill head recess so long using a finely divided Drilling means is brought to act on the semiconductor blank until it is his has reached approximately hemispherical shape, and that the surface subsequently is polished to a high gloss.

Zur formgebenden Behandlung des Halbleiterrohlings wird die Bohrvorrichtung während des Einwirkens auf den Halbleiterrohling insbesondere in Richtung der Achse der Bohrkopfaussparung relativ zum Halbleiterrohling in Schwingungen vorzugsweise mit Ultraschallfrequenz gebracht. Vorteilhafterweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Bohrvorrichtung verwendet, deren Bohrkopf eine Aussparung in Gestalt eines um die kleine Achse erzeugten Rotationsellipsoids aufweist. Es hat sich dabei als günstig erwiesen, die kleine Achse der Ellipse gegenüber der großen um etwa 10 Prozent zu verkleinern.The drilling device is used for the shaping treatment of the semiconductor blank while acting on the semiconductor blank, in particular in the direction of the axis the drill head recess relative to the semiconductor blank in vibrations preferably brought with ultrasonic frequency. Advantageously, in the invention Method uses a drilling device whose drill head has a recess in the form an ellipsoid of revolution generated around the minor axis. It has to be proved to be favorable, the minor axis of the ellipse compared to the major one by about Zoom out 10 percent.

Sollen für flächenförmige Lichtquellen Formkörper hergestellt werden, die selbst einem abgeflachten Ellipsoid entsprechen, so muß zu diesem Zweck die Aussparung im Bohrkopf selbst in Abhängigkeit von der Größe der herzustellenden Fläche wesentlich flacher ausgebildet werden.If moldings are to be produced for planar light sources, which themselves correspond to a flattened ellipsoid, for this purpose the Recess in the drill head itself depending on the size of the one to be produced Surface can be made much flatter.

Nähere Einzelheiten der Erfindung gehen aus dem an Hand der F i g. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel hervor.Further details of the invention can be found in FIG. 1 and 2 described embodiment.

Wie in F i g. 1 dargestellt, wird der zu bearbeitende Halbleiterrohling 1, beispielsweise ein Galliumarsenidkristall, auf einer Unterlage 2 mittels eines geeigneten Befestigungsmittels, z. B. unter Verwendung von Klebewachs 3, befestigt. Oberhalb des Galliumarsenidkristallrohlings 1 wird eine Ultraschallbohrvorrichtung derart angeordnet, daß die Längsachse des Bohrkopfes 4 senkrecht zur Kristalloberfläche ist. Die Stirnfläche 5 des Bohrkopfes 4 ist mit einer Aussparung 6 versehen. Die Aussparung 6 weist die der Diodenoberfläche zu verleihende Gestalt auf. Mit Hilfe eines in der Figur nicht dargestellten Ultraschallgenerators wird der Bohrkopf 4 in Schwingungen in Richtung des Pfeiles 7 versetzt. Die Frequenz der Schwingungen beträgt dabei etwa 20 kHz.As in Fig. 1, the semiconductor blank 1 to be processed, for example a gallium arsenide crystal, is placed on a base 2 by means of a suitable fastening means, e.g. B. using adhesive wax 3 attached. An ultrasonic drilling device is arranged above the gallium arsenide crystal blank 1 in such a way that the longitudinal axis of the drill head 4 is perpendicular to the crystal surface. The end face 5 of the drill head 4 is provided with a recess 6. The recess 6 has the shape to be given to the diode surface. With the aid of an ultrasonic generator not shown in the figure, the drill head 4 is set to vibrate in the direction of the arrow 7. The frequency of the oscillations is around 20 kHz.

Durch die Einwirkung des Ultraschallfeldes erfolgt eine Abtragung des Halbleiterrohlings entsprechend der Gestalt der Aussparung im Bohrkopf. Bei entsprechend gewählter Gestalt der Aussparung erhält man dann den in F i g.2 dargestellten halbkugeligen Formkörper 11 aus Galliumarsenid, bei dem Radius 9 und Höhe 8 gleich sind und der außerdem einen Stegteil 10 definierter Größe, z. B. r/n bei Galliumarsenid, aufweist. Zur Herstellung eines derartigen Formkörpers ist es vorteilhaft, die Abmessungen der Aussparung 6 im Bohrkopf 4 so zu wählen, daß die Aussparung die Gestalt eines um die kleine Achse erzeugten Rotationsellipsoids aufweist. Die Höhe 18 der Aussparung entspricht dann einem Betrag B = h -I- (r - b), wobei h der Höhe des Stegteils 10, r dem Radius 9 des herzustellenden Formkörpers und b etwa 10 % des Radius r entsprechen. Durch Entfernen des Klebewachses 3 mit Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels kann der Galliumarsenidformkörper 11 dann von der Unterlage 2 abgenommen werden. Das bei der Ultraschallbohrung zur Anwendung kommende Bohrmittel war in diesem Fall feinteiliges Siliciumcarbid (Korngröße etwa 30 R,).The action of the ultrasonic field causes the semiconductor blank to be removed in accordance with the shape of the recess in the drill head. Given an appropriately chosen shape of the recess is then obtained form the hemispherical body 11 shown in F i g.2 of gallium arsenide, wherein the radius of 9 and 8 are the same height and also a web portion 10 defined size z. B. r / n in gallium arsenide. To produce such a shaped body, it is advantageous to choose the dimensions of the recess 6 in the drill head 4 so that the recess has the shape of an ellipsoid of revolution generated around the minor axis. The height 18 of the recess then corresponds to an amount B = h -I- (r-b), where h corresponds to the height of the web part 10, r corresponds to the radius 9 of the molded body to be produced and b corresponds to approximately 10% of the radius r. By removing the adhesive wax 3 with the aid of a suitable solvent, the molded gallium arsenide body 11 can then be removed from the base 2. In this case, the drilling material used for ultrasonic drilling was finely divided silicon carbide (grain size about 30 R,).

Claims

Claims: for a long time using a finely divided drilling medium is brought to act on the semiconductor blank until it approximates its has reached hemispherical shape (11), and that the surface subsequently is polished to a high gloss.

2. The method according to claim 1, characterized in that the drilling device while acting on the semiconductor blank, in particular in the direction of the axis of the drilling head recess relative to the semiconductor blank is vibrated, preferably at an ultrasonic frequency. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the recess in the drill head has the shape of an ellipsoid of revolution generated about the minor axis. 1. A method for producing a light emitting diode with a surface of approximately hemispherical shape from a semiconductor blank, in particular from GaAs, characterized in that a drilling device, the drill head (4) has a recess (6) in the shape to be given to the diode surface, relative to Semiconductor blank (1) in the direction of the axis of the drill head recess, as described in the publications under consideration: French patents Nos. 1416 939, 1416 993; Applied Physics Letters, Vol.

3, No. 10, from November 15, 1963, pp. 173 to 175; Transistor Technology, 1958, P. 310 and 311, Vol. 1, by Briedgers, Seaff and Shive, Verlag Nostrand, USA.