DE2349544B2 - Verfahren zum herstellen einer halbleiter-lumineszenzdiode - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer halbleiter-lumineszenzdiode

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Lumineszenzdiode, bei dem auf einem einkristallinen Substrat aus Halbleitermaterial eine epitaktische Schicht mit einer mit wachsendem Abstand von dem Substrat monoton abnehmenden Breite des verbotenen Bandes abgeschieden, danach das Substrat zumindest teilweise entfernt und in der epitaktischen Schicht ein PN-Übergang derart erzeugt wird, daß mindestens ein Teil der Fläche dieses PN-Überganges parallel zur Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epitaktischen Schicht verläuft, und bei dem schließlich beiderseits des PN-Überganges je eine sperrfreie Elektrode angebracht wird. Ein derartiges Verfahren ist in »Appl. Phys. Letters.« 19 (1971) 4, S. 98-100 beschrieben. Dabei wird auf ein GaAs-Substrat eine zwischen 0,03 cm und 0,06 cm dicke epitaktische Gai-xAU-Schicht aufgebracht. Die Schicht wird aus einer Lösung von Aluminium und Galliumarsenid in Gallium durch Abkühlen der Lösung abgeschieden, wobei zunächst bevorzugt Aluminium in den Kristall eingebaut wird, so daß die Lösung an Aluminium verarmt. Deshalb nimmt in der abgeschiedenen Schicht mit wachsendem Abstand vom Substrat der Al-Gehalt und damit der Bandabstand ab. Sodann wird jenem Verfahren gemäß das Substrat und die epitaxiale Schicht auf beiden Seiten bis zu den Bereichen mit den gewünschten Aluminium-Konzentrationen so abpoliert, daß sie eine Halbkugelform erhält, bei der die ebene Grundfläche an dem Bereich mit der geringeren Al-Konzentration liegt. Von einem Teilbereich dieser Grundfläche her wird dann /ur Erzeugung einer PN-Grenzschichl Zink durch eine Schutzschicht aus SiO2 eindiffundiert. Diese Schutz sch.cht soll bei dem Diffusionsprozeß eine Zersetzung der Oberfläche der epitaxialen Schicht verhindern. Das P-Gebiet und das N-Gebiet werden mit Metallkontakten versehen. Die für den Diffusionsprozeß notwendigen Masken werden ebenso wie die anschließend aufgebrachten Metallkontaktschichten fotolithografisch hergestellt. Beim Betrieb der so hergestellten Lumineszenzdiode verläßt das in der PN-Gienzschicht erzeugte Licht die GanAUAs-Schicht durch deren kugeiförmige Oberfläche, da in dieser Richtung der Bandabstancl in der Schicht zunimmt und damit die Absorption für das emittierte Licht in dieser Richtung gering ist.
Da bei diesem bekannten Verfahren das Substrat und die auf dem Substrat aufgebrachte epitaxiale Schicht durch Abpolieren auf die gewünschte Größe und Form gebracht werden, ist die Durchführung dieses Verfahrens insbesondere wegen der geringen Dicke der epitaxialen Schicht schwierig. Überdies muß jede Diode hierbei einzeln bearbeitet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es. ein einfach durchzuführendes Verfahren zur Herstellung einer Lumineszenzdiode anzugeben, bei dem mehrere Dioden auf einem Substrat gleichzeitig gefertigt werden können und bei dem für eine einzelne Diode ein mechanisch stabiler und leicht zu handhabender Aufbau erreicht wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß nach der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Weise gelöst.
Die nach dem Abätzen des Substrates verbleibenden ring- oder rahmenförmigen Teilbereiche dieses Substrates geben der dünnen epitaxialen Schicht mechanische Festigkeit und erleichtern die Handhabung im weiteren Fertigungsverfahren, z. B. beim Aufteilen eines größeren Kristalles in Einzeldioden und beim Anbringen von Kontakten und Anschlußdrähten.
Im folgenden wird das Verfahren nach der Erfindung anhand der Figur beschrieben und näher erläutert.
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 N-leitendeni GaAlAs versehen wird. Ein hierzu geeignetes Verfahren
ist oben beschrieben. Eine andere Möglichkeit bcstehi darin, die cpitaktische Schicht aus der Gasphase abzuscheiden und dabei die Zusammensetzung des da·. Halbleitermaterial abscheidenden Reakiionsgasgemi Sfchcs so zu andern, daß eine cpi>aktischc Schicht mit S monoton sich änderndem A!-Gehalt und in entvpre chcnd umgekehrter Weise sich änderndem (Ja-Gehalt abgeschieden wird.
Die Dicke der epitaktischen Schicht 2 ν ird vorzugsweise auf einen Wert von etwa HXt μ in und ihre ie> Dotii rung auf einen Wert von 2 · 10'* cm ; eingestellt Als Dolierungsstoff dien) beispielsweise Te. so dall du-Schicht N-Ieitend wird
Nach der Erzeugung der epitaktischen Schicht 2, die durchaus im Rahmen des Üblichen liegt, wird dein Substrat aus scmiisnlicrendem GaAs I ein mindesten· /um Material der cpiiakiischcn Schicht 2 durchgehendes Fenster 1 eJrigeäl/i. Gegebenenfalls kann das Fenster 3 bis in die epitaktische Schicht 2 hincingefuhri werden. Das Yensler 3 hi dann von vtncin r'mg- oder &, rahmenformigen Rest 4 des ursprünglichen Substrates I umgeben.
Werflen mehrere Dioden aus dem aus dem Siibsira' 1 und der cpiuikiischun S< hirht 2 bestehenden I lalblt-iitr korper /11 gleicher /eil rcleriigt. so hai man mehren.: i<, der I erisier i nebeneinander. Der rahmcniormijy-· Hcj 4 ist dann gitter- oder wabenförmig amiv.'.ilic! BealiMchiigt man dann, die Anordnutig nach f-cni^sid lung indie cin.'eln.-n Dit-dcn aüf/ulrentien. :<> <·(ίοί;Ί (·ιν Aufltetinung bngsder Kamme des KcMc. an semiiMi!.■ rendem GaAs de'ari. (lnü die erhiiilletien Ieiliiri<>i<li!ijn gen d;:s aus der (ipur crsichl liehe Aus%ehi:n crhali'.-n
Die lir/tiigunv der I crr.icr ':! (,-rfnijM 1 r 1 iiiAn Uv Weise. Man wird hier /weckm<i(tiK de· rpitaMt'.iJn.-Schicht 2 völlig und das semiisolicrendi· SuliMiai I >»> den Stellen der bL-absichiigfcn Hahmen 4 mn ) «iw*ί:κ Κ abdecken und die Abtragung des %<·ιηΜ'.οΙϊ<·ι<·ικΙ<·ιι Substrates I ;ir, den iingrschiil/ien Sff/ilc-ii. / Ii itu'!··!·. eines f iemiw.hc··. au-. H^SOj. ti/J/ und H/ > (/ Ii n= ιΐ·-·ί /,usammtnsel/img I I/SO< : \\/);· H/> ί i Ij
vornehmen.
Die erhaltene. .Ariordnuni-' wird iiiiri an tl·-! ',ui.' .;! seile der l.inwnkiing von /ink. /. Ii. von /ϋιί- '.iitijj! !*>·; et 'hohler Tcmp-viaiur iiii'.i!'·'--'-1'"· *·'' dais citn I' ■ ini'-i, de /.'Jin: 5 \ι·ν,'Λι\ iii dei ,■.•jjiial'tivh'.-ri ',· in· lii λ ;<·.τ-Grund der I cir.ie: j ;il·, .m? h ;>!. der Obrrflarh- i·-. ring oder rahi.'icni'»rmij".-ii Hi-^ie, 4 au', ',eriui-.')!!" i'.-it (Je/n GaAs /.'(.-bji'Ji-i r.l ■' ■ ;'i:'r'rri <';<-ti hu Κ·ι i;i::d<>ije! t'-ji "li:il der i;piiiikli'-.( hefi , :n< ht 2 ι,:,ί.'..·ΐι [ii. ' '.' ■·■;; ■■><■,;> h bildet \)H: Y\iilii;iV W.'tiuiy ii-Ί \> li-rendeii /ίιγ' '> ' ! 1'>ί;'; durch eine sperr ir ι- n: t lek Ir'id': 7 du- an Ί··: ' )i<ei f !::· h< des riiij.' ()di;l rahiti'-fiioiüii^eii |Ί ·.!(··.. 4 a-s1. -."Hn.:·.'.·:■■■ rtndem CiaA'i aufgei-fa; i ■ r.i ίιιΊ du ■!■■ .:u- i-, ■'.■■,; < vorhandene /one 5 ironi.iknei ι f > j . ^i:;'</ii;:-,:Mi';"r^l· KncksciU: <.U:r <:pit;ii> Ιι',ι lien S' hi' ill 2 v.üd ι::' > :ί';ι S(.hi' hlfor inigen (lekirod· X sprr ilfi l·'' j η ■. = i '■' ·!'
•Mierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

  1. Patentansprüche:
    ;; 1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Lumineszenzdiode, bei dem auf einem einkristallinen Substrat aus Halbleitermaterial eine epitaktische Schicht mit einer mit wachsendem Abstand von dem Substrat monoton abnehmenden Breite des verbotenen Bandes abgeschieden, danach das Substrat zumindest teilweise entfernt und in der «pitaktischen Schicht ein PN-Übergang derart erzeugt wird, daß mindestens ein Teil der Fläche dieses PN-Überganges parallel zur Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epitaktischen Schicht verläuft, und bei dem schließlich beiderseits des PN-Überganges je eine sperrfreie Elektrode angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das aus semiisolierendem Halbleitermaterial bestehende Substrat mti Ausnahme eines ring- oder rahmenförmigen Randbereiches bis mindestens an die epitaktische Schicht heran abgetragen, dann die hierdurch neu entstandene Oberfläche der epitaktischen Schicht einschließlich der Oberfläche des Restes des Substrates der Einwirkung eines in das Halbleitermaterial eindiffundierenden und den gewünschten PN-Übergang in der epitaktischen Schicht erzeugenden Dotierungs jtoffes ausgesetzt und schließlich die hierdurch timdotierte Zone der epitaktischen Schicht mit einer «n der umdotierten Oberfläche des Restes des Substrates aufgebrachten Elektrode kontaktiert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat eine Scheibe aus einkristallinem Gas verwendet wird, auf deren einen Seite eine dotierte Schicht aus GaAIAs mit einem tieh mit wachsendem Abstand von dem Substrat monoton abnehmenden Verhältnis von Al zu Ga abgeschieden wird und in dieser der PN-Übergang durch Eindiffundieren von Aktivatormaterial erzeugt wird.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die epitaktische Schicht aus N-Ieitendem Material abgeschieden und der PN-Übergang durch Eindiffundieren von Zn erzeugt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zn-Dotierung auf eine Oberflächenkonzentration von etwa 1019 cm ~3 und auf eine Eindringtiefe von etwa 2 μΐη eingestellt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grunddotierung der epitaktischen Schicht auf einen Wert von etwa 2 · IOl8cm Eingestellt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die epitaktische Schicht in Stärke von 100 μιτι bis 150μηι eingestellt wird.
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