DE1964837B2 - Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Halbleiterdiode - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden HalbleiterdiodeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittiertrenden Halbleiterdiode, bei der ein
N-Ieitender Träger aus einem III-V-Verbindungshalbleiter
teilweise mit einer Siliziumdioxidschicht bedeckt und danach mit Zink dotiert wird.
Ein derartiges Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Halbleiterdiode ist aus der Zeitschrift
»Journal of Applied Physics« 35 (1964), Seiten 3543-3547 bekannt.
Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist es, daß die nach diesem Verfahren hergestellten lichtemittierenden
Halbleiterdioden hinsichtlich der mit ihnen erzielbaren Leuchtdichte und sichtlich einer exakten Begrenzung
der im Betrieb leuchtenden Fläche nicht voll befriedigend sind.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine lichtemittierende Halbleiterdiode herzustellen, bei der die leuchtende
Fläche eine hohe Leuchtdiode aufweist und scharf begrenzt ist.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß der Träger zumindest teilweise mit einer Schicht aus Siliziumnitrid und diese mit einem Fenster versehen
wird, daß anschließend auf der innerhalb des Fensters frei liegenden Trägeroberfläche die Schicht aus mit
Phosphor dotiertem Siliziumdioxid erzeugt wird und daß weiterhin vor der Zinkdotierung in die Siliziumdioxidschicht
eine zur Trägeroberfläche reichende Öffnung hergestellt wird, die an die Siliziumnitridschicht
angrenzt.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Ausschußquote der
damit hergestellten lichtemittierenden Halbleiterdioden gering ist und diese einen hohen Wirkungsgrad haben.
Das Aufbringen einer Siliziumnitridschicht auf einem Träger aus einem 111-V-Verbindungshalbleiter ist an sich
bereits aus der Zeitschrift »Journal of Electrochemical Society« Vol. 114 (1967), Seiten 1192-1193, bekannt,
jedoch allein zu dem Zweck um als Passivierungs- bzw. schützende Isolationsschicht für Halbleiteroberflächen
und -anordnungen zu dienen.
Zur Erläuterung der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele
beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 -4 Querschnitte durch ein Halbleiterplättchen
aus Galliumarsenid-Phosphid für aufeinander folgende Verfahrensschritte bei der Herstellung einer lichtemittierenden
Diode;
Fig.5 eine Draufsicht auf die in Fig.4 im
Querschnitt dargestellte lichtemittierende Halbleiterdiode;
Fig.6—9Querschnitte durch ein Halbleiterplättchen
aus Galliumarsenid-Phosphid für aufeinander folgende Verfahrensschritte bei der Herstellung einer lichtemittierenden
Diode und
Fig. 10 eine Draufsicht auf die in Fig.9 im
Querschnitt dargestellte lichtemittierende Halbleiterdiode.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1-5:
Gemäß F i g. 1 der Zeichnung dient als Ausgangsmaterial für eine lichtemittierende Halbleiterdiode ein monokristallines Halbleiterplättchen 11 aus H-Ieitendem Galliumarsenid-Phosphid mit einer Fläche von etwa 0,6 mm2 und einer Dicke von etwa 0,25 mm. Das Halbleiterplättchen 11 ist teilweise mit einer Siliziumnitridschicht 12 maskiert, die beispielsweise aufgrund einer pyrolytischen Reaktion zwischen Siliziumwasserstoff und Ammoniak aus der Gasphase als fester Niederschlag auf dem erhitzten Halbleiterplättchen 11 abgeschieden wird und eine Dicke von etwa 1000 A E aufweist, wobei das Fenster nachträglich in der zunächst durchgehenden Siliziumnitridschicht 12 erzeugt wird.
Gemäß F i g. 1 der Zeichnung dient als Ausgangsmaterial für eine lichtemittierende Halbleiterdiode ein monokristallines Halbleiterplättchen 11 aus H-Ieitendem Galliumarsenid-Phosphid mit einer Fläche von etwa 0,6 mm2 und einer Dicke von etwa 0,25 mm. Das Halbleiterplättchen 11 ist teilweise mit einer Siliziumnitridschicht 12 maskiert, die beispielsweise aufgrund einer pyrolytischen Reaktion zwischen Siliziumwasserstoff und Ammoniak aus der Gasphase als fester Niederschlag auf dem erhitzten Halbleiterplättchen 11 abgeschieden wird und eine Dicke von etwa 1000 A E aufweist, wobei das Fenster nachträglich in der zunächst durchgehenden Siliziumnitridschicht 12 erzeugt wird.
Siliziumnitrid ist ein besonders vorteilhaftes Maskiermaterial für das selektive Eindiffundieren von Zink, da
es nicht nur für Zink undurchlässig ist, sondern auch außergewöhnlich gut an dem Galliumarsenid-Phosphid
bestehenden Halbleiterplättchen 11 haftet. Besonders wichtig für die vorliegende Erfindung ist jedoch, daß die
Siliziumnitridschicht 12 einen äußerst hohen Diffusionswiderstand gegen ein Eindiffundieren von Zink längs
J5 ihrer an das Galliumarsenid-Phosphid angrenzenden
Grenzfläche aufweist.
Gem. F i g. 2 wird auf dem maskierten Halbleiterplättchen 11 gem. Fig. 1 eine mit Phosphor dotierte
Siliziumdioxidschicht 13 erzeugt, indem beispielsweise mittels einer pyrolytischen Reaktion zwischen Äthylsilikat
und Phosphoroxidchlorid in oxidierender Atmosphäre ein Niederschlag erzeugt wird, der etwa 3000 AE
dick ist.
Darauf wird wie in Fig.3 dargestellt, ein ringförmiges
Fenster 14 in die Siliziumdioxidschicht 13 geätzt, beispielsweise mit Hilfe der Fotomaskentechnik und
verdünnter Flußsäure. Das ringförmige Fenster 14 hat dabei einen Durchmesser von etwa 0,25 mm und eine
Ringdicke bzw. -breite von etwa 13 μπι.
Nach dem Ätzen des Fensters 14 wird die Halbleiteranordnung gem. Fig.3 Zinkdämpfen ausgesetzt,
um einen bestimmten Teil des Halbleiterplättchens 11 P-Ieitend zu machen. Vorzugsweise wird das
maskierte Halbleiterplättchen dazu in einem evakuier-
■55 ten Gefäß hermetisch abgeschlossen, in welchem sich
etwa 10 mg elementares Zink befinden. Das verschlossene
und evakuierte Gefäß wird dann auf eine Temperatur von etwa 925°C erhitzt und für etwa
5 Minuten auf dieser Temperatur belassen, wodurch die
M) Diffusion und die damit verbundene Erzeugung eines
PN-Übergangs 16 gem. Fig.4 erfolgt. Dabei erfolgt eine stärkere und tiefer eindringende P-Dotierung des
Halbleiterplättchens 11 durch den Zinkdampf in dem unmittelbar unter dem Fenster 14 liegenden Bereich 15
br, des Halbleiterplättchens. Der innerhalb des ringförmigen
Fensters 14 liegende Bereich, der durch die mit Phosphor dotierte SiCVSchicht 13 abgedeckt ist, wird
weniger stark dotiert, da eine P-Dotierung hier nur
durch eine Diffusion von Zink längs der Grenzfläche zwischen der Schicht J und dem Halbleiterplättchen It
entstehen kann. Nach dem Eindiffundieren von Zink werden die Schichten 12 und 13 von dt:m Halbleiterplättchen
11 entfernt und durch eine undotierte SiO2-Schicht 17 ersetzt, welche vcizugsweise wieder
durch pyrolytischen Niederschlag erzeugt wird. Nach selektivem Atzen einer ringförmigen Öffnung am Ort
des zunächst entfernten Fensters 14 in die neue SiO2-Schir,ht 17, vorzugsweise unter Einhaltung derselben
Abmessungen wie bei der Herstellung des Fensters 14, stellt man an dem stärker dotierten P-leitenden
Bereich 15 einen ohmschen Kontakt durch Aufdampfen eines geeigneter. Metalls, beispielsweise Gold mit einem
Anteil von 0,6% Zink her, wobei das aufgedampfte Metall einen Metallring 18 bildet; vgl. F i g. 4.
In Fig.5 ist die Schnittkurve des PN-Übergangs 16
:nit der Oberfläche des Halbleiterplättchens als gestrichelte Linie eingezeichnet
Wäre statt der Siliziumnitrid-Schicht 12 lediglich eine
mit Phosphor dotierte SiO2-Schicht aufgebracht worden,
dann hätte das Zink nicht nur innerhalb des ringförmigen Bereichs sondern auch außerhalb desselben
in das Halbleiterplättchen 11 eindringen können, so daß der P-leitende Bereich 15 nach außen nicht so exakt
begrenzt gewesen wäre wie bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels gem. F ig. 6-10:
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Diodenanordnung mit einem balken- bzw. streifenförmigen
Kontakt Dazu wird gem. Fig. 6 zunächst ein Halbleiterplättchen 21 aus Galliuinarsenid-Phosphid mit
einer Siliziumniiridschicht 22 überzogen, und mit einem Fenster versehen. Über der als Maske dienenden
Schicht 22 wird dann gem. F i g. 7 eine weitere Schicht 23 aus mit Phosphor dotiertem SiO2 erzeugt.
In der Schicht 23 wird anschließend mit Hilfe der Fotomaskentechnik ein schlitzförmiges Fenster 24
geätzt. Danach erzeugt man durch Zink-Diffusion einen
ίο P-ieitenden Bereich 25 an der Oberfläche des Halbleiterplättchens
21 unterhalb des Fensters 24 sowie längs der Grenzfläche zwischen dem mit Phosphor
dotierten Siliziumdioxid und dem Halbleiterplättchen, wobei die Dotierung unterhalb des Fensters 24 wieder
stärker als unterhalb der SiCVSchicht 23 ist Man erkennt, daß sich die Dicke bzw. Höhe des P-leitenden
Bereichs 25 in Richtung auf das dem Fenster 24 abgewandte Ende 26 desselben verringert.
Die anhand der Fig.9 erläuterten weiteren Arbeitsgänge
entsprechen denen, welche anhand der F i g. 4 erläutert wurden. Es werden also zunächst wieder die
beiden Schichten 22 und 23 abgetragen, woraufhin sine
Beschichtung mit einer undotierten SiO2-Schicht 27 erfolgt, in die nach selektivem Einätzen eines Fensters
ein Metallstreifen 28 eingebettet wird, der vorzugsweise dieselben Abmessungen aufweist wie das Fenster 24 und
in ohmschen Kontakt mit dem P-leitenden Bereich 25 steht.
Fig. 10 zeigt schließlich eine Draufsicht auf die
jo fertige lichtemittierende Diode mit rechteckiger Struktur.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Halbleiterdiode, bei der ein N-leitender Träger aus einem 111-V-Verbindungshalbleiter teilweise mit einer Siliziumdioxidschicht bedeckt und danach mit Zink dotiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger zumindest teilweise mit einer Schicht aus Siliziumnitrid und diese mit einem Fenster versehen wird, daß anschließend auf der innerhalb des Fensters frei liegenden Trägeroberfläche die Schicht aus mit Phosphor dotiertem Siliziumdioxid erzeugt wird und daß weiterhin vor der Zinkdotierung in die Siliziumdioxidschicht eine zur Trägeroberfläche reichende Öffnung hergestellt wird, die an die Siliziumnitridschicht angrenzt
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