DE2349544A1 - Verfahren zum herstellen einer halbleiter-lumineszenzdiode - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer halbleiter-lumineszenzdiode

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DE2349544A1 DE19732349544 DE2349544A DE2349544A1 DE 2349544 A1 DE2349544 A1 DE 2349544A1 DE 19732349544 DE19732349544 DE 19732349544 DE 2349544 A DE2349544 A DE 2349544A DE 2349544 A1 DE2349544 A1 DE 2349544A1
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Description

Verfahren zum Herstellen ein'er Harbleiter-Lumineszenzdiode
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Lumineszenzdiode, bei dem auf einem Einkristall aus semiisolierendem Halbleitermaterial eine epitaktische Schicht mit einer mit wachsendem Abstand von dem semiisolierenden Einkristall monoton abnehmenden Breite des verbotenen Bandes in mindestens einem Teil der epitaktischen Schicht abgeschieden und in der epitaktischen Schicht ein pn-übergang derart erzeugt wird, daß mindestens ein Teil der Fläche dieses pn-Übergangs parallel zur Grenzfläche zwischen dem semiisolierenden Einkristall und der epitaktischen Schicht verläuft, und bei dem schließlich beiderseits des pn-Übergangs je eine sperrfreie Elektrode angebracht wird.
Bekannte Verfahren dieser Art verwenden als Substrat einen scheibenförmigen Einkristall aus semiisolieiendem GaAs, auf dem an der einen Oberfläehenseite eine dotierte Mischkristallschicht aus (GaAl) As mit - mit wachsendem Abstand vom Substrat abnehmender - Al-Gehalt abgeschieden wird. Diese Mischkristallschicht bildet den eigentlichen Halbleiterkörper der Lumineszenzdiode. Sie muß also dementsprechend mit dem pnübergang der Diode und deren,. Elektroden versehen werden. Ein bekanntes Verfahren dieser Art ist in "IEEE Journal of Quantum Electronics", Vol. QE-8, No. 5, März 1972, Seite 370 und 371 beschrieben.
VPA 9/712/1061 Stg/Dx
509815/0688
Man geht dabei von* einer mit einem üblichen Dotierungsstoff, zum Beispiel Te, versetzten, und außerdem Aluminium enthaltenden Lösung von GaAs in geschmolzenem Ga aus, die bei entsprechend hoher Temperatur (zum Beispiel bei 950 0C) mit dem semiisolierenden Substrat aus GaAs in Kontakt gebracht wird. Durch Absenken der Temperatur erfolgt Auskristallisation, wobei das auskristallisierte Material um so aluminiumärmer wird, je weiter es vom Substrat entfernt ist. Man stellt beispielsweise das Verhältnis von Al : GaAs in der Lösung auf einen Wert von 1 : 30 bis 1 ί 40 ein und erreicht dann ohne Schwierigkeiten die gewünschte epitaktische Schicht, wenn man den Substratkörper bei einer Temperatur von etwa 950 0C mit der Schmelze in Berührung bringt und dann nach dem Eintritt eines stationären Wärmegleichgewichts zwischen Substrat und Schmelze die Temperatur von Keimkristall und Schmelze langsam auf einen Wert von etwa 900 0C absenkt. Beispielsweise kann man die Schmelze aus 3 g Ga, 10 mg Al und 300 mg GaAs bei 960 0C zusammensetzen.
Die auf diese Weise erhaltene epitaktische Schicht ist dann einkristallin. Im Beispielsfalle ist sie η-leitend. Der pnübergang wird dann durch Eindiffundieren von Zink oder einem anderen Akzeptor erzeugt, wobei man eine hohe Konzentration der Dotierung anstrebt.
Es ist nun erwünscht, das semiisolierende Substrat zum Teil wieder zu entfernen,.um der Strahlung einen freien Weg in Richtung auf das Substrat zu ermöglichen. Es hat sich nämlich im Interesse der Verbesserung der Lichtausbeute als günstiger erwiesen, wenn das abgestrahlte Licht die epitaktische Schicht in der Richtung zunehmenden Bandabstandes verläßt.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes und außerdem die Kontaktierung des fertigen Elements erleichterndes Her stellungsverfahren anzugeben.
YPA 9/712/1061 - 3 -
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23495«
Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, daß nach Erzeugung der epitaktischen Schicht der Einkristall aus semiisolierendem Halbleitermaterial mit Ausnahme eines ring- oder rahmenförmigen Randbereiehs bis mindestens an die epitaktische Schicht heran abgetragen, dann die hierdurch neuentstandene Oberfläche der epitaktischen Schicht einschließlich der Oberfläche des Eestes des Einkristalls aus semiisolierendem Halbleitermaterial der Einwirkung eines in das Halbleitermaterial eindiffundierenden und den gewünschten pn-übergang in der epitaktischen Schicht erzeugenden Do-tierungsstoff es ausgesetzt und schließlich die hierbei umdotierte Zone der epitaktischen Schicht mit einer an der umdotierten Oberfläche des Eestes des Einkristalls aus semiisolierendem Halbleitermaterial aufgebrachten Elektrode kontaktiert wird.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird an Hand der Figur näher beschrieben:
Den Ausgang des Verfahrens bildet in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein scheibenförmiger Einkristall 1 aus semiisolierendem GaAs, der in üblicher Weise mit einer epitaktischen Schicht 2 aus η-leitendem GaAl-As versehen wird. Ein hierzu geeignetes Verfahren ist oben beschrieben. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die epitaktische Schicht aus der Gasphase abzuscheiden und dabei die Zusammensetzung des das Halbleitermaterial abscheidenden Eeaktionsgasgemisch.es so zu ändern, daß eine epitaktische Schicht,mit monoton sich änderndem Al-Gehalt und in entsprechendumgekehrter Weise sich änderndem Ga-Gehalt abgeschieden wird.
Die Dicke der epitaktischen Schicht 2 wird vorzugsweise auf einen Wert von etwa 100 /um und ihre Dotierung auf einen Wert
ig -^ /
von 2 .10 cm J eingestellt. Als Dotierungsstoff dient bei-. spielsweise Te, so daß die Schicht η-leitend wird.
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Nach äer Erzeugung der epitaktischen Schicht 2, die durchaus im Rahmen des Üblichen liegt, wird in der epitaktischen Schicht 2 dem Substrat aus semiisolierendem GaAs 1 mindestens ein zum Material der epitaktischen Schicht 2 durchgehendes Fenster 3 eingeätzt. Gegebenenfalls kann das Fenster 3 bis in die epitaktische Schicht 2 hineingeführt werden. Das Fenster ist dann von einem ring- oder rahmenfö'rmigen Rest 4 des ursprünglichen Substrats 1 umgeben.
Werden mehrere Dioden aus dem aus dem Substrat 1 und der epitaktischen Schicht 2 bestehenden Halbleiterkörper zu gleicher Zeit gefertigt, so hat man mehrere der Fenster 3 nebeneinander. Der rahmenfö'rn&ge Best 4 ist dann gitter- oder wabenförmig ausgestaltet. Beabsichtigt man dann, die Anordnung nach Fertigstellung in die einzelnen Dioden aufzutrennen, so erfolgt die Auftrennung längs der Kämme des Restes an semiisolierendem GaAs derart, daß die erhaltenen Teilanordnungen das aus der Figur ersichtliche Aussehen erhalten.
Die Erzeugung der Fenster 3 erfolgt in üblicher Weise. Man wird hier zweckmäßig die epitaktisehe Schicht 2 völlig und das semiisolierende Substrat 1 an den Stellen der beabsichtigten Rahmen 4 mit Photolack abdecken und die Abtragung des semiisolierenden Substrats 1 an den ungeschützten Stellen, zum Beispiel mittels eines Gemisches aus H«S0aS HpO« und H«0 (zum Beispiel in der Zusammensetzung H^SO. t HgOg ί Η,,Ο = 3*1:1)» vornehmen.
Bie erhaltene Anordnung wird mm. am an. &er Swlbstratseite der Einwirkung vom Zink, zum Beispiel von ^inkdampf 8 "bei erhöhter Temperatur ausgesetzt s so Saß ein© p+~l©itende Zone 5 sowohl in der epitaktischen Schicht 2 am Grunde der Fernster 3 als
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auch an der Oberfläche des ring- oder rahmenförmigen Restes aus semiisolierendem GaAs gebildet ist, die gegen den nicht umdotierten iPeil der epitaktischen Schicht 2 einen pn-übergang 6 bildet. Die Kontaktierung der p-leitenden Zone 5 erfolgt durch eine sperrfreie Elektrode 7» die am der Oberfläche des ring- oder rahmenförmigen Restes 4 aus semiisolierendem GaAs aufgebracht ist und die die auch dort vorhandene Zone 5 kontaktiert. Die gegenüberliegende Rückseite der epitaktischen Schicht 2 wird mit einer schichtförmigem Elektrode 8 sperrfrei kontaktiert.
7 Patentansprüche
1 Figur

Claims (1)

  1. P a ^111B111Ii tansprliche
    1.J Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Lumineszenzdiode, bei dem auf einem Einkristall aus semiisolierendem Halbleitermaterial eine epitaktische Schicht mit einer mit wachsendem Abstand von dem semiisolierenden Einkristall monoton abnehmenden Breite des verbotenen Bandes in mindestens einem Seil der epitaktisclien Schicht abgeschieden und in der epitaktischen Schicht ein pn-übergang derart erzeugt wirds daß mindestens ein Teil der Fläche dieses pn-Ülbergangs parallel, zur Grenzfläche zwischen dem semiisolierenden Sinkristall und der epitaktischen ScMent verlaufΐ, und bei dem schließlich beiderseits des pn-Übergangs je eine sperrfreie Elektrode angebracht wird9 " d'a- durch g e ke.nnzei chnet s daß aacl Erzeugung der epi taktischen Schicht der Einkristall aus semiisolieremdam Halbleitermaterial mit Ausnahme eines ring- oder rahmeaförmigen Handbereichs bis mindestens an die epitaktiscJie ScMeJrfc heran abgetragen, dann die hierdurch neuentstandene Oberfläche der epitaktischen Schicht einschließlich der Oberfläche des Restes des' Einkristalls aus semilsolielendem Halbleitermaterial der Einwirkung eines in das Halbleitermaterial eindiffundierexnäen und dem gewünschten pn-übergang in der epitaktischen Schicht erzemgemden Dotierungsstoffes 'ausgesetzt und schließlich die hierbei umdotierte Zone der epitaktischen Schicht mit einer an der randotiertes Oberfläche des Hestes des Einkristalls aus ©©niisoliereaiem Halb-" leitermaterial &u£gebrachten Elektrode kontaktiert wird=
    2. Verfahren macfe Aaspniefe I9 i aiii eh gakennz e i'C la e t 9 daß als Einkristall aus semiisolieren=- Loitermaturial ©iae Scheibe aus eimkristallinem,
    50981 S/0688
    23495Λ4
    semiisolierendem GaAs verwendet und auf deren einen Seite eine dotierte Schicht aus GaAl-As mit einem sich monoton verschiebendem mit wachsendem Abstand von dem Einkristall aus semiisolierendem Halbleitermaterial verschiebenden Verhältnis von Al g Ga abgeschieden und in dieser der pn-übergang durch Eindiffundieren von Aktivatormaterial erzeugt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g. e k e η η zeichnet s -daß die epitaktische Schicht derart abgeschieden wird, daß der Al-G-ehalt mit wachsendem Abstand von dem Einkristall aus semiisolierendem GaAs abnimmt.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - J9 dadurch gekennzeichnet B &s-ß öi© epitaktische Schicht zunächst mit n-Tjp albge schied en und der pn-übergang durch Eindiffundieren Toa Zn an der durch .die--partielle Entfernung des Substrats a«s semiisolierenäem Halbleitermaterial neuentstandenen Oberfläche öer epitaktischen Schicht und der Oberfläche äes Bestes an semiisoliensadem Halbleitermaterial erzeugt wird,
    5. Verfahren nach Ansprach 49 dadurch g e ■ k e Ά η zeichnet 9 flaB di© Zn-Bo ti enmg auf eins * Oberi laehenkonzentration von etwa 10 " cm"5 un& &nt eine Eindringtiefe von etwa 2 /am eingestellt wiräo
    "6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, d a ei u τ c h. gekennzei c h-n e ΐ s daß die Gruaädotierwng der epitaktischen Schicht auf einen Wert von etwa 2 » 10 cm~^ eingestellt wird.
    VPA 9/712/1061 - 8 -
    509815/0688
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet , daß die Stärke der epitaktischen Schicht auf einen Wert von etwa 100 yum "bis etwa 150 /um eingestellt wird.
    VPA 9/712/1061
    509815/0688
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