DE2045106C3 - Method for producing a light-emitting diode - Google Patents

Method for producing a light-emitting diode

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Lumineszenzdiode nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for producing a light emitting diode according to the preamble of Claim 1.

Bei einem derartigen bekannten Verfahren (DE-AS 12 74 232) wird zur Ausbildung eines PN-Überganges amphoter wirkendes Silicium als Dotierungselement zugesetzt, um so I umineszenzdioden hoher Quantenausbeute herstellen zu können.In such a known method (DE-AS 12 74 232) is used to form a PN junction amphoteric silicon was added as a doping element to produce high quantum yield I umineszenzdioden to be able to manufacture.

Beim Aufwachsen von Schichten aus Galliumarsenid auf einem Substrat entstehen in der Nähe der Aufwachsgrenze oft Kristalldefekte wie Versetzungen, Ausscheidungen und Einschlüsse von Fremdphasen, die dann störend wirken, wenn sie sich in der aktiven Zone bzw. im PN-Übergang einer Lumineszenzdiode befinden. When layers of gallium arsenide are grown on a substrate in the vicinity of the Growth limit often crystal defects such as dislocations, precipitations and inclusions of foreign phases that then have a disruptive effect when they are in the active zone or in the PN junction of a light-emitting diode.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das ein freieres Einstellen der Lage des PN-Überganges erlaubt.It is now the object of the invention to provide a method of the type mentioned at the outset, which is a freer Setting the position of the PN junction is permitted.

Die Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale gegeben.The solution to this problem is according to the invention in a method of the type mentioned by the given in the characterizing part of claim 1 contained features.

Die bei der Rückkristallisation aus einer Schmelze in einen Halbleiterkörper eingebauten Dotierungskonzenlrationen N1 lassen sich durch den Ausdruck The doping concentrations N 1 built into a semiconductor body during recrystallization from a melt can be expressed by the expression

beschreiben, wobei A, der Konzentration des Dotierungselementes in der Schmelze proportional ist und T die absolute Temperatur bedeutet. Wenn die Konstante Ba eines Akzeptors A kleiner als die Konstante Bd eines Donators D ist, so wird bei gleichzeitigem Einbau der beiden Elemente bei tieferen Temperaturen die Akzeptorkonzentration, bei hohen Temperaturen die Donatorkonzentration überwiegen. Durch geeignete Wahl der Konzentrationen in der Schmelze können nun die Koeffizienten A, so eingestellt werden, daß bei der RUckkristallisation der PN-Übergiing bei einer vorgegebenen Temperatur entsteht. Im System Zinn-Germanium ist die Konstante Bee des Germaniums kleiner als die Konstante Bsn des Zinns, so daß bei der Rückkristallisation zuerst eine N-leitende und dann eine P-Ieitende Schicht erhalten wird. Die Lage des PN-Übergangs relativ zur Aufwachsgrenze kann durch die Wahl der Anfangstemperatur eingestellt werden. Die Steilheit des Übergangs und der Kompensa*ionsgrad lassen sich mit den Konzentrationen der beiden Dotierungselemente steuern.describe, where A, is proportional to the concentration of the doping element in the melt and T is the absolute temperature. If the constant Ba of an acceptor A is smaller than the constant Bd of a donor D , if the two elements are incorporated at the same time, the acceptor concentration will predominate at lower temperatures and the donor concentration will predominate at high temperatures. By suitable selection of the concentrations in the melt, the coefficients A, can now be set in such a way that the PN transition occurs at a given temperature during the recrystallization. In the tin-germanium system, the constant Bee of the germanium is smaller than the constant Bs n of the tin, so that first an N-conductive and then a P-conductive layer is obtained during the recrystallization. The position of the PN junction relative to the growth limit can be set by choosing the initial temperature. The steepness of the transition and the degree of compensation can be controlled with the concentrations of the two doping elements.

Ό Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figur.Ό Further features and details of the invention result from the following description of an exemplary embodiment with reference to the figure.

In der Figur ist eine Lumineszenzdiode schematisch im Schnitt dargestellt. Die Lumineszenzdiode besteht aus einem Substrat 1 aus Galliumarsenid. Das Substrat 1 kann beispielsweise N-leitend sein und ist verhältnismäßig niederohmig. Es weist beispielsweise eine Fremdstoffkonzentration von ungefähr 1017 cm-3 auf. Auf das Substrat 1 werden eine N-leitende Schicht 2 und eine p-ieitende Schicht 3 mittels Schmeizepitaxie aufgebracht Zu diesem Zweck wird das Substrat 1 in einem Reaktionsgefäß in einer Wasserstoffatmosphäre mit einer gesättigten Schmelze aus Galliumarsenid benetzt, das Germanium und Zinn enthält Die Konzentrationen dieser Dotierungselemente, die nahezu konstant bleiben sollen, werden so eingestellt, daß bei der Rückkristallisation der PN-Übergang bei einer vorgegebenen Übergangstemperatur entsteht. Dabei ist der Zinnanteil größer als der Germaniumanteil, so daß bei der Rückkristallisation zuerst die Schicht 2 und dann die Schicht 3 gebildet wird. Das Konzentrationsverhältnis von Germanium zu Zinn beträgt in Mol-% 1 :50 bzw. 1 :60 bei einer Temperatur von ungefähr 8700C. Dabei ist es zweckmäßig, daß die GaAs-Ga-Schmelze ungefähr 20% Zinn und ungefähr 0,6% Germanium enthält. Diese als Beispiel angeführten Werte sind inIn the figure, a light emitting diode is shown schematically in section. The light emitting diode consists of a substrate 1 made of gallium arsenide. The substrate 1 can, for example, be N-conductive and has a relatively low resistance. For example, it has a foreign matter concentration of approximately 10 17 cm -3. An N-conductive layer 2 and a p-conductive layer 3 are applied to the substrate 1 by means of melt epitaxy. For this purpose, the substrate 1 is wetted in a reaction vessel in a hydrogen atmosphere with a saturated melt of gallium arsenide containing germanium and tin Doping elements, which should remain almost constant, are set in such a way that the PN junction occurs at a given junction temperature during recrystallization. The proportion of tin is greater than the proportion of germanium, so that first layer 2 and then layer 3 are formed during recrystallization. The concentration ratio of germanium to tin is in mol% 1:50 or 1:60 at a temperature of about 870 ° C. It is useful that the GaAs-Ga melt is about 20% tin and about 0.6% Contains germanium. These values given as an example are in

Abhängigkeit von der Übergangstemperatur in weiten Grenzen variierbar.Can be varied within wide limits depending on the transition temperature.

Zum Kontaktieren der aus dem Substrat 1, der Schicht 2 und der Schicht 3 bestehenden Lumineszenzdiode wird in die Schicht 3 eine im Verhältnis zu dieser niederohmigere P +-leitende Schicht 4 eindiffundiert, und diese Schicht 4 wird mit einem Kontakt 5 versehen. Hierzu wird die Sch . ht 4 mit einer Gold-Germanium-Legierung ganzflächig bedampft. Als Dotierungsmaterial zum Herstellen der Schicht 4 kann beispielsweise Zink verwendet werden. Das niederohmige Substrat 1 wird außerdem mit einem Kontaktfleck 6 versehen, der durch Aufdampfen und Einlegieren hergestellt werden kann. Als Material für den Kontaktfleck 6 kann beispielsweise eine Gold-Germanium-Legierung verwendet werden. Der Kontaktfleck 6 kann beispielsweise mit einem Golddraht kontaktiert werden. Der großflächige Kontakt 5 läßt sich z. B. durch Auflegieren mit einem Gehäuse verbinden, in dem die Lumineszenzdiode derart untergebracht ist, daß das im PN-Über gang erzeugte Lumineszenzlicht durch das Substrat 1, das zur Verminderung von Absorptionsverlusten N-leitend ist, austreten kann.In order to make contact with the luminescence diode consisting of substrate 1, layer 2 and layer 3, a P + -conducting layer 4 with a lower resistance than this is diffused into layer 3, and this layer 4 is provided with a contact 5. For this purpose, the Sch. ht 4 vaporized over the entire surface with a gold-germanium alloy. Zinc, for example, can be used as the doping material for producing the layer 4. The low-resistance substrate 1 is also provided with a contact pad 6 which can be produced by vapor deposition and alloying. A gold-germanium alloy, for example, can be used as the material for the contact pad 6. The contact pad 6 can be contacted with a gold wire, for example. The large-area contact 5 can be, for. B. connect by alloying with a housing in which the light emitting diode is housed in such a way that the luminescent light generated in the PN transition through the substrate 1, which is N-conductive to reduce absorption losses, can escape.

Bevorzugt geeignet sind derartige Lumineszenzdioden zur Verwendung in optoelektronischen Koppelelementen. Such luminescence diodes are preferably suitable for use in optoelectronic coupling elements.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Herstellen einer Lumineszenzdiode, bei dem aus einer gesättigten GaAs-Ga-Schmelze, die Dotierungsatome der IV. Gruppe des Periodensystems enthält, auf ein GaAs-Substrat Schichten unterschiedlicher Leitfähigkeit zur Ausbildung eines PN-Übergangs epitaktisch abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungsatome Germanium und Zinn sind, wobei der Zinnanteil größer als der Germaniumanteil ist, und daß bei dem epitaktischen Wachstum zuerst die N- und dann die P-leitende Schicht gebildet wird.1. A method for producing a light-emitting diode, in which from a saturated GaAs-Ga melt, contains the doping atoms of group IV of the periodic table on a GaAs substrate Layers of different conductivity are deposited epitaxially to form a PN junction are, characterized in that the doping atoms are germanium and tin, wherein the proportion of tin is greater than the proportion of germanium, and that in epitaxial growth the N- and then the P-type layer is formed. 2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß in der GaAs-Ga-Schmelze ein Konzentrationsverhältnis von Germanium zu Zinn in Mol-% von 1 :50 bis 1 :60 bei etwa 8700C vorliegt. 2. The method according to claim I 1, characterized in that a concentration ratio of germanium to tin in mol% of 1:50 to 1:60 at about 870 0 C is present in the GaAs-Ga melt.
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