DE2349544C3

DE2349544C3 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Lumineszenzdiode

Info

Publication number: DE2349544C3
Application number: DE19732349544
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Phys. 8000 München; Winstel Günter Dipl.-Phys. Dr. 8012 Ottobrunn Kniepkamp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1973-10-02
Publication date: 1977-06-02

Description

60

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Lumineszenzdiode, bei dem auf einem cinkristallinen 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-Übergang« parallel zur Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epitaktischen Schicht verläuft, und bei dem schließlich beiderseits des PN-Überganges je eine sperrfreie Flektrode angebracht wird. Ein derartiges Verfahren ist in >>A_PP1. Phys. Letters.« » (1971]I 4 S. 98-,00 beschrieben. Dabei wird auf ein GaAs-Substrat eine zwischen 0,03 cm und 0,06 cm dicke epitaktische GaixAlx-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 Halbkugetform erhält, bei der die ebene Grundfläche an dem Bereich mit der geringeren Al-Konzentration liegt. Von einem Teilbereich dieser Grundfläche her w ird dann /ur Erzeugung einer PN-Grenzschicht Zink durch eine Schutzschicht aus SiO2 eindiffundiert. Diese Schutzschicht soll bei dem Diffusion^prozeß 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 P\ Grenzschicht erzeugte Licht die GaixAUAs-Schicht durch deren kugelförmige Oberfläche, da in dieser Richtung der Bandabstand in der Schicht zunimmt und dann; 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 I 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, 1. 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-Ieitendem GaAlAs 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 Reaktionsgasgemisches so zu ändern, daß eine epitaktische Schicht mit monoton sich änderndem Al-Gehalt und in entsprechend umgekehrter Weise sich ändernden Ga-Gehalt abgeschieden wird.

Die Dicke der epitaktisehen Schicht 2 wird vorzugsweise auf einen Wert von etwa ΙΟΟμιτι und ihre Dotierung auf einen Wert von 2 - 10¹⁸ cm -³ eingestellt. Als Dotierungsstoff dient beispielsweise Te, so daß die Schicht N-Ieitend wird.

Nach der Erzeugung der epitaktisehen Schicht 2, die durchaus im Rahmen des Üblichen liegt, wird dem Substrat aus semiisolierendem GaAs 1 ein mindestens zum Material der epitaktisehen Schicht 2 durchgehendes Fenster 3 eingeälzi. Gegebenenfalls kann das Fenster 3 bis in die epitaktische Schicht 2 hineingeführt werden. Das Fenster 3 ist dann von einem ring- oder rahmenförmigen Rest 4 des ursprünglichen Substrates 1 umgeben.

Werden mehrere Dioden aus dem aus dem Substrat 1 und der epitaktisehen Schicht 2 bestehenden 1 hilbleiterkörper zu gleicher Zeit gefertigt, so hat man mehrere der Fenster 3 nebeneinander. Der rahmcnförmige Rest 4 ist dann gitter- oder wabenförmig ausgestaltet. fUwbsichiigi man dann, die Anordnung nac^h Fertigsicllung in die ein/einen Dioden aufzutrennen, so erfolgt die Auftrennung längs der Kämme des Restes an semiisolierenciem GaAs derart, daß die erhaltenen Teilanordnunjfen das aus der Figur ersichtliche Aussehen erhalten.

Die Erzeugung der Fenster 3 erfolg! in üblicher Weise. Man wird hier zweckmäßig die epitaktische Schicht 2 völlig und das seir.iisolierende Substrat 1 an den Stellen der beabsichtigten Rahmen 4 mit Fotolack abdecken und die Abtragung des semiisolierenden Substrates 1 an den ungeschützten Stellen, z. B. mittels eines Gemisches uus H₂SO₄, H₂O₂ und H₂O (z. B. in der Zusammensetzung H₂SO₄ : H₂O₂ : H₂O = 3:1:1). voi nehmen.

Die erhaltene Anordnung wird nun an der Substratseite der Einwirkung von Zink, /.. B. von Zinkdampf, bei erhöhter Temperatur ausgesetzt, so daß eine P⁺-leitende Zone 5 sowohl in der epitaktischen Schicht 2 am Grund der Fenster 3 als auch an der Oberfläche des ring- oder rahmenförmigen Restes 4 aus scmiisolicrendeni GaAs gebildet ist, die gegen den nicht umdotierien Teil der epitaktisehen Schicht 2 einen pn-übergang 6 bildet. Die Kontaktierung der p-leitendcn Zone 5 erfolgt durch eine sperrfreie Elektrode 7, die an der Oberfläche des ring- oder rahmenförmigen Restes 4 aus semiisolierendem GaAs aufgebracht ist und die die auch dort vorhandene Zone 5 kontakticrt. Die gegenüberliegende Rückseile der epitaktisdicn Schicht 2 wird mit einer schichiförmigen Elektrode 8 sperrfrei kontakticrt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Lumineszenzdiode, bei dem auf einem einkristalünen Substrat aus Halbleitermaterial eine epitaktische Schicht mit einer mit wachsendem Abstand vor. 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, 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 Substrate«· der Einwirkung eines in das Halbleitermaterial eindiffundierenden und den gewünschten PN-Übergang in der epitaktischen Schicht erzeugenden Dotierungsstoffes ausgesetzt und schließlich die hierdurch umdotierte Zone der epit.iktischen Schicht mit einer an der umdotierten Oberfläche des Restes des Substrates aulgebrachten Elektrode kontakliert wird.

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 sich mit wachsendem Abstand von dem Substrat monoton abnehmenden Verhältnis von Al zu Ga abgeschieden wird und in dieser der PN-Übergang durch Eindiffundieren von Akiivatormaterial erzeugt wird.

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. 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 μιτι eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grunddotierung der epitaktischen Schicht auf einen Wert von etwa 2 · 10¹⁸Cm-³ eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die epitaktische Schicht in Stärke von 100 μπι bis 150 μιτι eingestellt wird.