DE2236178A1 - MONOLITHICALLY INTEGRATED ARRANGEMENT OF LIGHT EMITTING DIODES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME - Google Patents
MONOLITHICALLY INTEGRATED ARRANGEMENT OF LIGHT EMITTING DIODES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAMEInfo
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Description
Boblingen, den 6. Juli 1972 gg-snBoblingen, July 6, 1972 gg-sn
Anmelderin: International Business MachinesApplicant: International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 10504Corporation, Armonk, N.Y. 10504
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: YO 971 043Official file number: New registration File number of the applicant: YO 971 043
Monolithisch integrierte Anordnung lichtemittierender Dioden und Verfahren zur Herstellung derselben Monolithically integrated arrangement of light emitting diodes and method for producing the same
Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte Anordnung lichtemittierender Dioden , bestehend aus einer Vielzahl von Halbleiterübergängen, die bei Anlegen einer geeigneten Spannung Licht emittieren.The invention relates to a monolithically integrated arrangement of light-emitting diodes, consisting of a plurality of Semiconductor junctions that emit light when a suitable voltage is applied.
Bei der Herstellung derartiger Anordnungen ist man bestrebt, planare monolithische Strukturen zu erhalten. Außerdem wird selbstverständlich Wert darauf gelegt, Dioden mit der höchstmöglichen Lichtausbeute zu erhalten, die als Verhältnis von externem Photonenstrom zu über den Halbleiterübergang fließendem Elektronen- oder Löcherstrom definiert wird. Um diese Forderung der hohen Lichtausbeute zu erfüllen, müssen entsprechende Materialien und epitaktisch hergestellte Halbleiterübergänge verwendet werden. Dabei ist aber erforderlich, daß zur Abgrenzung der einzelnen Dioden grabenförmige Vertiefungen in die Halbleiterschichten eingeätzt werden. Bei großflächigen Anordnungen ist dieser Prozeß schwer zu steuern. Diese Vertiefungen können, wie es beispielsweise aus dem US Patent 3 471 722 bekannt ist, anschließend mit einem Dielektrikum ausgefüllt werden. Der Hauptnachteil dieser Anordnungen besteht darin, daß die eingeätzten Vertiefungen nichtplanare Strukturen ergeben, die nur außerordentlich schwer zu kontaktieren sind.In the manufacture of such arrangements, efforts are made to obtain planar monolithic structures. Also will Of course, it was important to get diodes with the highest possible light output, which as a ratio of external photon flow to electron or hole flow flowing over the semiconductor junction is defined. To this requirement To meet the high luminous efficiency, appropriate materials and epitaxially produced semiconductor junctions must be used will. In this case, however, it is necessary that, in order to delimit the individual diodes, trench-shaped depressions in the semiconductor layers to be etched in. This process is difficult to control in large-area arrangements. These wells can, like it is known, for example, from US Pat. No. 3,471,722, can then be filled with a dielectric. The main disadvantage of these arrangements is that the etched depressions result in non-planar structures that are only extraordinary difficult to contact.
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Umgeht man diese Schwierigkeit dadurch, daß man durch Diffusion hergestellte Dioden verwendet, so muß man den damit verbundenen Verlust an Lichtausbeute in Kauf nehmen. Außerdem ist es ziemlich schwierig, diffundierte Dioden ohmisch zu kontaktieren, ohne daß die Lichtausgabe reduziert wird. Gute ohmsche Kontakte erfordern hochleitende Schichten, die aber den Nachteil haben, daß sie in beträchtlichem Maße Licht absorbieren. Man ist daher gezwungen, zwischen der Forderung, gute ohmsche Kontakte zu erhalten, und der Forderung einer möglichst hohen Lichtausbeute einen Kompromiß zu schließen.If one circumvents this difficulty by using diodes made by diffusion, one must use the one associated with it Accept loss of light output. Also, it is quite difficult to ohmically contact diffused diodes without the light output is reduced. Good ohmic contacts require highly conductive layers, but these have the disadvantage that they are in absorb a considerable amount of light. One is therefore forced to choose between the requirement to obtain good ohmic contacts and to make a compromise to the requirement of the highest possible light output.
Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, das Schließen eines derartigen Kompromißes zu vermeiden, also Dioden mit optimaler Lichtausbeute bei gleichzeitig optimaler Kontaktierbarkeit anzugeben. Gleichzeitig wird einfache Herstellbarkeit unter Vermeidung nichtplanarer Mesastrukturen gefordert.It is the object of the invention to avoid making such a compromise, that is to say diodes with optimal Specify light yield with optimal contactability at the same time. At the same time, it is easy to manufacture while avoiding non-planar mesa structures required.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jede Diode aus einem ersten epitaktisch aufgewachsenen, für die Lichtemission zuständigen und einem entsprechenden, die seitliche Begrenzung darstellenden und durch Diffusion oder Implantation einer Halbleiterzone in die Epitaxieschicht gebildeten zweiten Halbleiterübergang zusammen gesetzt ist.According to the invention, this object is achieved in that each diode consists of a first epitaxially grown, for light emission responsible and a corresponding one representing the lateral boundary and by diffusion or implantation a semiconductor zone in the epitaxial layer formed second semiconductor junction is put together.
Insbesondere besteht die Anordnung darin, daß der erste, laterale Halbleiterübergang zwischen einer ersten Epitaxieschicht eines ersten Leitungstyps und einer darauf aufgewachsenen zweiten Epitaxieschicht des zweiten Leitungstyps entsteht und daß der zweite, vertikale Halbleiterübergang jeder Diode zwischen einer von der Oberflächen der zweiten Epitaxieschicht ausgehenden, bis in die erste Epitaxieschicht reichenden dritten Halbleiterzone des ersten Leitungstyps und der zweiten Epitaxieschicht entsteht. Dabei ist es vorteilhaft, wenn jeder erste Halbleiterübergang von einem zweiten Halbleiterübergang umfloßen ist.In particular, the arrangement consists in that the first, lateral semiconductor junction between a first epitaxial layer is a first conduction type and a second epitaxial layer of the second conduction type grown thereon and that the second, vertical semiconductor junction of each diode between an emanating from the surface of the second epitaxial layer, to into the first epitaxial layer reaching third semiconductor zone of the first conductivity type and the second epitaxial layer is formed. It is advantageous if a second semiconductor junction flows around each first semiconductor junction.
Ein hinsichtlich der Anwendbarkeit günstiger Aufbau der Anordnung ergibt sich dadurch, daß die den zweiten HalbleiterübergangA structure of the arrangement which is favorable in terms of applicability results from the fact that the second semiconductor junction
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bildende dritte" Halbleiterzone matrixförmig ausgebildet ist und eine Vielzahl von getrennten, jeweils eine Diode bildenden Teilgebieten des ersten Halbleiterüberganges einschließt.forming third "semiconductor zone is in the form of a matrix and includes a plurality of separate subregions of the first semiconductor junction, each forming a diode.
Eine vorteilhafte Kontaktierung ergibt sich dadurch, daß das Anlegen der die Lichtemission bewirkenden Spannungen an den ersten Halbleiterübergang über Kontakte an der mit der ersten Epitaxieschicht verbundenen dritten Halbleiterzone und an der zweiten Epitaxieschicht erfolgt.An advantageous contact results from the fact that the application the voltages causing the light emission at the first semiconductor junction via contacts on the one with the first epitaxial layer connected third semiconductor zone and takes place on the second epitaxial layer.
Spezielle vorteilhafte Ausführungsbeispiele bestehen darin,Special advantageous embodiments consist in
19 daß die dritte Halbleiterzone einen Dotierungsgrad von 10 bis19 that the third semiconductor zone has a doping level of 10 to
20 3
10 Atome/cm aufweist,20 3
Has 10 atoms / cm,
daß die Epitaxieschicht einen Dotierungsgrad von etwa 10 bisthat the epitaxial layer has a doping level of about 10 to
18 3
10 Atome/cm aufweist,18 3
Has 10 atoms / cm,
daß die erste und zweite Epitaxieschicht aus ALXGA 1 minus X AS besteht.that the first and second epitaxial layers are made of ALXGA 1 minus X AS consists.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der Anordnung besteht darin, daß auf ein Substrat die erste Epitaxieschicht des ersten Leitungstyps und darüber die zweite Epitaxieschicht des zweiten Leitungstyps aufgewachsen wird, daß durch maskierte Diffusion oder Ionenimplantation die dritte Halbleiterzone des ersten Leitungstyps in die Epitaxieschicht eingebracht wird und daß die dritte Halbleiterzone und die zweiten Epitaxieschichten kontaktiert werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Epitaxieschichten durch eine Epitaxie aus der flüssigen Phase erzeugt werden.There is an advantageous method of manufacturing the arrangement in that on a substrate the first epitaxial layer of the first conductivity type and above the second epitaxial layer of the second conduction type is grown that the third semiconductor zone of the by masked diffusion or ion implantation first conductivity type is introduced into the epitaxial layer and that the third semiconductor zone and the second epitaxial layers to be contacted. It is advantageous here if the epitaxial layers are produced from the liquid phase by epitaxy will.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines durch die Zeichnung illustrierten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:Further details of the invention emerge from the following Description of an embodiment illustrated by the drawing. Show it:
γα 971 043 309.8 IQ/0638 γα 971 043 309.8 IQ / 0638
Fign. IA bis IH einzelne Schritte des Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung,Figs. IA to IH individual steps in the manufacturing process an arrangement according to the invention,
Fig. 2 die Draufsicht einer erfindungsgemäßen Diodenstruktur und2 shows the top view of a diode structure according to the invention and
Fig. 3 eine Vorrichtung zum epitaktischen Aufwachsen3 shows an apparatus for epitaxial growth
eines erfindungsgemäßen Halbleiterüberganges.of a semiconductor junction according to the invention.
Für die erfindungsgemäße Anordnung lichtemittierender Dioden und ebenso für das Verfahren zur Herstellung dieser Anordnung sind sämtliche Halbleitermaterialien brauchbar, die epitaktisch aufwachsbar sind. Insbesondere eine Epitaxie aus der flüssigen Phase liefert lichtemittierende Dioden mit hoher Quantenausbeute. Aus diesem Grunde wird diese Epitaxie bevorzugt angewendet.For the arrangement of light-emitting diodes according to the invention and also for the method for producing this arrangement all semiconductor materials that can be epitaxially grown can be used. In particular, an epitaxy from the liquid phase provides light-emitting diodes with high quantum efficiency. For this reason, this epitaxy is preferably used.
Als bevorzugte Halbleitermaterialien seien in diesem Zusammenhang beispielsweise GaAlAs, GaP und GaAs genannt.Die Erfindung bringt dort die größten Vorteile, wo die zu verwendeten Halbleitermaterialien für epitaktisch hergestellte Halbleiterübergänge eine höhere Lichtausbeute als für diffundierte Halbleiterübergänge gewährleisten.In this context, for example, GaAlAs, GaP and GaAs may be mentioned as preferred semiconductor materials. The invention brings the greatest advantages where the semiconductor materials to be used for epitaxially produced semiconductor junctions ensure a higher light output than for diffused semiconductor junctions.
Fig» IA zeigt ein Substrat 10, das einem ersten Leitfähigkeitstyp angehört oder das halbisolierend ist. Im betrachteten Ausführungsbeispiel sei von einem p-dotiertem Halbleitersubstrat ausgegangen. Geeignete Dotierungen liegen beispielsweise im BereichFIG. 1A shows a substrate 10 which belongs to a first conductivity type or which is semi-insulating. In the exemplary embodiment under consideration assume a p-doped semiconductor substrate. Suitable dopings are, for example, in the range
1 R OCi "\ 1 R OCi "\
von 10 bis 10 Atomen/cm .from 10 to 10 atoms / cm.
In Fig. IB ist auf das Substrat 10 eine erste Epitaxieschicht auf das Substrat 10 aufgebracht. Diese Epitaxieschicht weist beispielsweise eine Dicke von 10-30 Mikron auf und gehört dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat 10 an. Der Dotierungsgrad kannIn FIG. 1B, a first epitaxial layer is on the substrate 10 applied to the substrate 10. This epitaxial layer has, for example, a thickness of 10-30 microns and belongs to the same Conductivity type as the substrate 10. The doping level can
17 1 R *i17 1 R * i
üblicherweise etwa 10 bis 10 Atome/cm betragen. Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Epitaxieschicht 12 steht in Zusammenhang mit der Vorrichtung gemäß Fig. 3, mit der eineusually about 10 to 10 atoms / cm. A preferred method for producing the epitaxial layer 12 is shown in FIG Connection with the device according to FIG. 3, with the one
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Epitaxie aus der flüssigen Phase durchführbar ist.Epitaxy can be carried out from the liquid phase.
In Fig. IC ist auf die erste Epitaxieschicht 12 eine zweite, entgegen gesetzt dotierte Epitaxieschicht 14 aufgebracht. Der Dotierungsgrad kann wiederum üblicherweise in der Größenordnung von 10 bis 10 Atomen/cm liegen. Die Dicke dieser zweiten Epitaxieschicht 14 kann etwa 5 Mikron betragen. Die Herstellung kann wiederum durch Epitaxie aus der flüssigen Phase erfolgen. Dabei werden der bei der Herstellung der ersten Epitaxieschicht 12 verwendeten Schmelze Störstellen des n-Leitfähigkeitstyps (beispielsweise Te) zugesetzt. Selbstverständlich sind auch andere Epitaxieverfahren zur Herstellung der beiden Epitaxieschichten anwendbar. Wesentlich ist lediglich/ daß die beiden Schichten eben sind, so daß direkt photolithographische Verfahrensschritte anwendbar sind.In Fig. IC is on the first epitaxial layer 12, a second, opposite set doped epitaxial layer 14 applied. The degree of doping can again usually be in the order of magnitude of 10 to 10 atoms / cm. The thickness of this second epitaxial layer 14 can be approximately 5 microns. The manufacture can again take place by epitaxy from the liquid phase. In this case, those used in the production of the first epitaxial layer 12 are used Melt impurities of the n-conductivity type (for example Te) added. Others are of course also Epitaxial processes for producing the two epitaxial layers can be used. It is only essential that the two layers are flat are, so that directly applicable photolithographic process steps are.
Wie aus Fig. ID zu ersehen ist, wird nunmehr auf die zweite Epitaxieschicht 14 eine aus Maskenmaterial bestehende Schicht 16 aufgebracht. Diese Schicht kann beispielsweise aus Si_N. oder einem Oxyd wie beispielsweise SiO und Al3O3 bestehen. Aus der Schicht 16 wird eine Maske gebildet, die die Geometrie und gegenseitige Lage der Dioden in der Gesamtanordnung definiert. Zu diesem Zweck ist in Fig. IE mit Hilfe eines Ätzprozesses die Schicht 16 in eine entsprechende Maske mit Maskenfenstern 20 umgewandelt. As can be seen from FIG. ID, a layer 16 consisting of mask material is now applied to the second epitaxial layer 14. This layer can be made of Si_N, for example. or an oxide such as SiO and Al 3 O 3 . A mask is formed from layer 16 which defines the geometry and mutual position of the diodes in the overall arrangement. For this purpose, in FIG. 1E, the layer 16 is converted into a corresponding mask with mask windows 20 with the aid of an etching process.
Im Bereich dieser Maskenfenster 20 werden nun durch Diffusion p-dotierte Zonen 18 hergestellt. Die Diffusionstiefe ist dabei so gewählt, daß die entstehenden Zonen 18 die zweite Epitaxieschicht 14 durchdringen und bis in die erste Epitaxieschicht reichen. Als geeigneter Dotierungsstoff wäre beispielsweise Zink zu nennen.In the area of this mask window 20, p-doped zones 18 are now produced by diffusion. The diffusion depth is like this selected so that the resulting zones 18 penetrate the second epitaxial layer 14 and extend into the first epitaxial layer. as A suitable dopant would be zinc, for example.
Jede lichtemittierende Diode besteht nunmehr zum Teil aus einem durch Epitaxie hergestellten pn-übergang 18 und aus einem zum Teil durch Diffusion hergestellten pn-übergang 24. Die Lichtemission jeder Diode erfolgt mehr am epitaktisch hergestellten als am durchEach light-emitting diode now consists partly of a pn junction 18 produced by epitaxy and partly of one pn junction 24 produced by diffusion. The light emission of each diode occurs more on the epitaxially produced than on the through
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Diffusion hergestellten Halbleiterübergang. Aus diesem Grunde erhält man Dioden mit hoher Lichtausbeute.Semiconductor junction produced by diffusion. For this reason it receives one diodes with high luminous efficacy.
Die Diffusionszonen 18 definieren die Lage der einzelnen Dioden in der Gesamtanordnung und bewirken gleichzeitig eine gegenseitige elektrische und optische Isolation. Dies ist insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen, die eine Draufsicht der Struktur gemäß Fig. IF entlang der Linie 2-2 wiedergibt. In Figo 2 sind 4 η-dotierte Teile der zweiten Epitaxieschicht 14 dargestellt, die von der p-dotierten Diffusionszone 18 umgeben sind. Da die Lichtemission im Bereich der epitaktischen Halbleiterübergänge 22 erfolgt, ist der Dotierungsgrad der p-Diffusionszonen 18 unkritisch. In den Fign. sind diese Diffusionszonen als hochdotierte ρ+ Zonen angegeben. Es soll damit angedeutet werden, daß der Dotierungs-The diffusion zones 18 define the position of the individual diodes in the overall arrangement and at the same time cause mutual electrical and optical isolation. This can be seen in particular from FIG. 2, which shows a top view of the structure according to FIG. IF along the line 2-2. In Fig 2 4 o η-doped portions of the second epitaxial layer 14 are shown, the p-doped by the diffusion zone are surrounded 18th Since the light emission takes place in the area of the epitaxial semiconductor junctions 22, the degree of doping of the p-diffusion zones 18 is not critical. In FIGS. these diffusion zones are indicated as highly doped ρ + zones. It is intended to indicate that the doping
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grad dieser Zonen hoch sein kann (beispielsweise 10 bis 10 Atome/cm ), um eine gute ohmsche Kontaktierung dieser Zonen zu gewährleisten (Fig. IH). Da die Dotierung der Diffusionszonen 18 hoch gewählt ist, wird das lateral zu einer benachbarten Diode emittierte Licht dort absorbiert. Auf diese Weise erhält man eine optische Isolation der einzelnen Dioden. Gleichzeitig ergeben die Diffusionszonen 18 eine elektrische Isolation zwischen den einzelnen Dioden. Die erfindungsgemäße Struktur weist demnach gleichzeitig die Vorteile einer hohen Lichtausbeute und des Planarverfahrens auf.degree of these zones can be high (for example 10 to 10 atoms / cm) in order to ensure good ohmic contacting of these zones ensure (Fig. IH). Since the doping of the diffusion zones 18 is selected to be high, the light emitted laterally to an adjacent diode is absorbed there. This is how you get one optical isolation of the individual diodes. At the same time, the diffusion zones 18 provide electrical insulation between the individual Diodes. The structure according to the invention accordingly simultaneously has the advantages of a high light yield and the planar method on.
Aus Fig. IG ist zu ersehen, daß die Maske 16 und die Diffisionszonen 18 mit einer Isolationsschicht 26 abgedeckt wird. Als Material für diese Isolationsschicht 26 kann ein geeignetes Oxyd, wie beispielsweise Al3O3 oder SiO», verwendet werden.It can be seen from FIG. 1G that the mask 16 and the diffusion zones 18 are covered with an insulation layer 26. A suitable oxide such as Al 3 O 3 or SiO »can be used as the material for this insulation layer 26.
In Fig. IH sind in der Isolationsschicht 26 durch Anwendung der Photoätztechnik Fenster zu den Diffusionszonen 18 freigelegt. Ebenfalls mit Hilfe des Photoätzverfahrens sind im Bereich der η-dotierten zweiten Epitaxieschichten 14 Fenster in der Isolationsschicht 26 und der Maske 16 freigelegt. Im Bereich dieser Fenster werden anschließend Kontakte 28 zu den Diffusionszonen 18 undIn Fig. IH are in the insulation layer 26 by using the Photo-etching technique exposed the window to the diffusion zones 18. Also with the help of the photo-etching process are in the area of η-doped second epitaxial layers 14 exposed windows in the insulation layer 26 and the mask 16. In the area of this window are then contacts 28 to the diffusion zones 18 and
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Kontakte 30 zu den zweiten Epitaxieschichten 14 eingebracht. Auf diese Weise ist der pn-übergang 22 jeder Diode kontaktiert. Somit kann die Diodenanordnung elektrisch adressiert werden, so daß eine selektive Lichtemission von jeder der Dioden herbeigeführt werden kann. Da es sich um eine planare, monolithische Struktur handelt, können sich die Kontakte 28 und 30 auf der Oberfläche der Struktur als flächenhafte Leitungszüge fortsetzen. Man erreicht eine schichtförmige Struktur.Contacts 30 introduced to the second epitaxial layers 14. In this way, contact is made with the pn junction 22 of each diode. Consequently For example, the diode array can be electrically addressed to cause selective light emission from each of the diodes can be. Since it is a planar, monolithic structure, the contacts 28 and 30 on the Continue the surface of the structure as two-dimensional lines. A layered structure is achieved.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, wird man im allgemeinen die Dioden und damit auch die die kon taktier enden, Lei tungs züge in Form einer Matrix anordnen.As can be seen from Fig. 2, one will generally end the diodes and thus also the contacts, Lei line trains in Arrange in the form of a matrix.
Die erste und zweite Epitaxieschicht 12 und 14 werden, wie bereits ausgeführt, durch eine Epitaxie aus der flüssigen Phase unter Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 3 hergestellt. Diese beiden Epitaxieschichten bilden den pn-übergang 22, der als lichtemittierender übergang jeder Diode dient.The first and second epitaxial layers 12 and 14 become as before carried out, produced by an epitaxy from the liquid phase using the device according to FIG. 3. These two Epitaxial layers form the pn junction 22, which serves as the light-emitting junction of each diode.
Mit einer derartigen Vorrichtung·lassen sich extrem ebene Epitaxieschichten herstellen, die direkt photolithographischen Prozessen unterworfen werden können, ohne daß vorbereitende Verfahrensschritte erforderlich wären. Selbstverständlich wären für die Zwecke der Erfindung auch andere Vorrichtungen zur Herstellung der Epitaxieschichten brauchbar.With such a device, extremely flat epitaxial layers can be created produce that can be directly subjected to photolithographic processes without the need for preparatory process steps. Of course would be for them For the purposes of the invention, other devices for producing the epitaxial layers can also be used.
Eine Vorrichtung 32, in der die eigentliche Epitaxie aus der flüssigen Phase erfolgt, enthält eine vorzugsweise aus Graphit oder einem anderen, gegenüber dem aufzuwachsenden Material inertem Material bestehenden Schiffchen 38. Innerhalb dieses Schiffchens befindet sich eine erste und eine zweite Platte 40, 42, die ebenfalls aus inertem Material bestehen. Die beiden Platten 40 und 42 sind längs des Schiffchens 38 verschiebbar angeordnet. Die Bewegung des Schiffchens 38 und der Platten 40 und 42 erfolgt unabhängig voneinander mit Hilfe von damit verbundenen Stäben 44Λ, 44B und 44C. Das Schiffchen 38 sitzt auf einer Quarz-A device 32 in which the actual epitaxy takes place from the liquid phase contains one preferably made of graphite or another existing boat 38, which is inert to the material to be grown on. Inside this The shuttle is a first and a second plate 40, 42, which are also made of inert material. The two Plates 40 and 42 are slidable along the shuttle 38. The movement of the shuttle 38 and the plates 40 and 40 42 takes place independently of one another with the aid of rods 44Λ, 44B and 44C connected thereto. The shuttle 38 sits on a quartz
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platte 39, die selbst wieder an einem Führungsstab 41 aus Quarz befestigt ist.plate 39, which is itself again attached to a guide rod 41 made of quartz.
Das Schiffchen 38 weist zwei Kammern 46 und 48 auf. In Kammer 46 wird das Substrat 48 angeordnet. In Kammer 50 wird das Quellenmaterial für die Schmelze untergebracht.The shuttle 38 has two chambers 46 and 48. In chamber 46 the substrate 48 is arranged. The source material for the melt is accommodated in chamber 50.
In einem Einschnitt 54 der Platte 40 ist die Schmelze 56 enthalten. Zur Aufnahme verschiedener Dotierungstoffe und anderer der Schmelze 56 hinzuzufügender Materialien sind in der oberen Platte 42 mehrere Einschnitte 58A, 58B, 58C usw. vorgesehen. Diese Einschnitte sind mit Abdeckplättchen 6OA, 6OB und 6OC verschlossen. Die gesamte Vorrichtung 32, die innerhalb einer offenen Röhre 34 angeordnet ist, befindet sich in einem üblichen Diffusionsofen. Die Röhre 34 ist von einer Heizquelle 36 umgeben.The melt 56 is contained in an incision 54 in the plate 40. To accommodate various dopants and other materials to be added to the melt 56 are in the top Plate 42 has several incisions 58A, 58B, 58C, etc. provided. These incisions are closed with cover plates 6OA, 6OB and 6OC. The entire device 32, which is located within an open tube 34, is in a conventional diffusion furnace. The tube 34 is surrounded by a heating source 36.
Durch die Röhre 34 fließt in Richtung des Pfeiles 62 ein Formiergas oder ein anderes geeignetes Gas. Dieses Gas reduziert irgendwelche Oxyde, die sich auf der Oberfläche des Substrats 48 bilden können.A forming gas flows through the tube 34 in the direction of the arrow 62 or another suitable gas. This gas reduces any oxides that form on the surface of the substrate 48 can.
Im Betrieb wird die Vorrichtung 32 erhitzt, bis sich eine Schmelze 56 bildet. Diese Schmelze wird dann gleich abgekühlt, so daß sie übersättigt wird. Anschließend wird sie durch Verschieben der Platte 40 nach links mit dem Substrat 48 in Berührung gebracht. Die Temperatur wird leicht erhöht, wobei die Oberfläche des Substrats benetzt wird. Bei der anschließenden Erniedrigung der Temperatur verfestigt sich die Schmelze und schlägt sich auf dem Substrat 48 als erste Epitaxieschicht 12 nieder. Wird der Schmelze dann ein geeigneter Dotierungsstoff zugefügt, so wächst anschließend auf der Schicht 12 die η-dotierte, zweite Epitaxieschicht 14 auf.In operation, the device 32 is heated until a melt 56 forms. This melt is then immediately cooled so that it becomes supersaturated. Then move the Plate 40 brought into contact with substrate 48 to the left. The temperature is increased slightly, the surface of the substrate is wetted. When the temperature is subsequently lowered, the melt solidifies and hits the Substrate 48 as first epitaxial layer 12 down. If a suitable dopant is then added to the melt, it then grows the η-doped, second epitaxial layer 14 on the layer 12.
In der Vorrichtung gemäß Fig. 3 befindet sich die Schmelze 56 gänzlich innerhalb des Einschnittes 54 und wird durch die Platte 42 unter Druck gehalten. Auf diese Weise wird sichergestellt, daßThe melt 56 is located in the device according to FIG. 3 entirely within the incision 54 and is held under pressure by the plate 42. This ensures that
YO 971 °43 309810/0638 YO 971 ° 43 309810/0638
die Schmelze eine einheitliche Höhe aufweist. Diese Höhe wird so gewählt, daß sie nicht größer als eine Diffusionslänge der Stoffe innerhalb der Schmelze ist und somit die gesamte Kernbildung auf der Oberfläche des Substrats erfolgt. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Dicke der Epitaxieschichten 12 und 14 in gleichmäßiger Zusammensetzung.the melt has a uniform height. This height is chosen so that it is not greater than a diffusion length of the substances is within the melt and thus the entire core formation takes place on the surface of the substrate. This ensures a uniform thickness of the epitaxial layers 12 and 14 in a uniform composition.
Im folgenden seien spezielle Ausführungsbeispiele für lichtemittierende Dioden angegeben.The following are specific embodiments for light-emitting Diodes indicated.
Da Dioden aus Al Ga1 As (beispielsweise mit χ =- 0,35) eineSince diodes made of Al Ga 1 As (for example with χ = - 0.35) a
χ χ—χχ χ — χ
höhere äußere Lichtausbeute ergeben, wenn ihre pn-übergänge nicht durch Diffusion sondern durch epitaktisches Aufwachsen hergestellt werden, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders zur Herstellung derartiger Dioden, Dabei wird zunächst auf einem p-dotiertem GaAs-Substrat (10) eine erste p-dotierte Al Ga1 As-Epitaxieschicht aufgewachsen. Die Dicke der .Schicht beträgt etwa 10-30 Mikron. Der Dotierungsgrad liegt in der Größenordnung von 10 Atomen/cm . Während des Aufwachsprozesses unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 wird beispielsweise Te als Dotierungsstoff der Schmelze beigefügt. Gleichzeitig wird in die Schmelze zusätzliches Al gegeben. Durch diese Maßnahmen wird die zweite, η-dotierte Epitaxieschicht 14 gebildet, deren Dicke etwa 5 Mikron beträgt. Die Schicht weist eine gleichmäßige Al-Konzentration auf und der DotierungsgradIf their pn junctions are not produced by diffusion but by epitaxial growth, the method according to the invention is particularly suitable for producing such diodes Al Ga 1 As epitaxial layer grown. The thickness of the layer is about 10-30 microns. The degree of doping is of the order of 10 atoms / cm. During the growth process using a device according to FIG. 3, for example, Te is added to the melt as a dopant. At the same time, additional Al is added to the melt. These measures form the second, η-doped epitaxial layer 14, the thickness of which is approximately 5 microns. The layer has a uniform Al concentration and the degree of doping
17 18 3 beträgt gleichmäßig etwa 10 bis 10 Atome/cm «17 18 3 is uniformly about 10 to 10 atoms / cm «
Anschließend wird auf der η-dotierten zweiten, Epitaxieschicht 14 die Maske 16 aufgebracht, so daß lediglich der lichtemittierende Bereich jeder Diode maskiert ist. Durch Diffusion von beispielsweise Zink entsteht die p-dotierte Diffusionszone 18. Diese Zone definiert die Lage jeder Diode, indem sie die seitlichen Flächen festlegt. Die Diffusionstiefe liegt über 5 Mikron, das heißt, die p-Diffiusionszone erstreckt sieh bis in die p-dotierte erste Epitaxieschicht 12. Die Dotierung der Diffusionszone ist relativ hoch gewählt, um einen guten ohmschen Kontakt zu gewähr-Then, on the η-doped second, epitaxial layer 14 applied to the mask 16, so that only the light-emitting Area of each diode is masked. The p-doped diffusion zone 18 is produced by diffusion of, for example, zinc Zone defines the location of each diode by defining the side faces. The diffusion depth is over 5 microns, that that is, the p-diffusion zone extends into the p-doped one first epitaxial layer 12. The doping of the diffusion zone is chosen relatively high in order to ensure a good ohmic contact
YO 971 043YO 971 043
3Q981Q/0S383Q981Q / 0S38
19 2O 3 leisten. Die Dotierung beträgt etwa 10 bis 10 Atome/cm .19 2O 3. The doping is about 10 to 10 atoms / cm.
Anschließend wird die gesamte Struktur mit einer etwa 2000 A* dicken Isolationsschicht bedeckt. Durch Freiätzen von Öffnungen wird die Kontaktierung der darunter liegenden p-Diffusionszonen und der η-dotierten Epitaxieschichten sichergestellt. Dabei wird das Kontaktmaterial, beispielsweise Au-Zη-Verbindungen für die p-dotierten Diffusionszonen und Sn-Au oder Au-Ge-Ni-Verbindungen für die n-Zonen 14, zunächst niedergeschlagen und dann durch Erhitzen mit den Halbleiterzonen verbunden.The entire structure is then treated with an approx. 2000 A * thick insulation layer. The contacting of the underlying p-diffusion zones is established by etching free openings and the η-doped epitaxial layers ensured. The contact material, for example Au-Zη compounds for the p-doped diffusion zones and Sn-Au or Au-Ge-Ni compounds for the n-zones 14, first deposited and then by heating connected to the semiconductor zones.
In identischer Weise lassen sich lichtemittierende Diodenanordnungen unter Verwendung von GaP und GaAs herstellen.Light-emitting diode arrangements can be carried out in an identical manner using GaP and GaAs.
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Claims (1)
grad von 10 bis 10 Atome/cm aufweist.19 20 3
degree of 10 to 10 atoms / cm.
χ ι—χAl Ga 1 As.
χ ι — χ
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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