DE2421609A1

DE2421609A1 - Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE2421609A1
Application number: DE2421609A
Authority: DE
Inventors: Daniel Diguet
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-05-04
Filing date: 1974-05-04
Publication date: 1974-11-21
Also published as: JPS5042779A; JPS532550B2; DE2421609C2; FR2228299B1; US3940784A; IT1010311B; FR2228299A1; GB1470567A

Description

FPHX. 70"-=:

Va/VR/StXi 2Q. k. 1P7-4

- 7092
vom: 3. Mai 1974

Halbleiteranordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung, die eine auf einem Substrat angeordnete einkrisisl line Halbleiterschicht enthält, in der mindestens ein Halbleiterschaltungselement gebildet ist und die mindestens eir. durch Diffusion einer dotierenden Verunreinigung erhaltenes Gebiet enthält, dessen Breite von der Oberfläche der Halbleiterschicht zu dem Substrat hin örtlich zunimmt und dann abnimmt. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Yerfalii'i-r- -.. zur Herstellung· einer solchen Halbleiteranordnung.

Es ist bekannt, dass in einer homogenen einkristallinen Halbleiterschicht die Diffusion der Verunreinigungen auf isotrope Weise erfolgt.

Die Diffusion in der zu der Oberfläche parallelen. Richtung ist oft unerwünscht, in Fällen, wo diese Diffusi::-

409847/092D

-2- FPHX. 70'"'2

29 Λ. -i;>7-'i

die Miniaturisierung der Halbleiteranordnung mit einer grossen Dichte an Schaltungselementen, wie z.B. in integrierten Schaltungen, beschränkt. Das Ausmass dieser seitlichen Diffusion an der Oberfläche bestimmt wenigstens teilweise den Abstand zwischen benachbarten Einzelteilen.

'Die Erfindung -bezweckt u.a., einkristalline

Halblexterschxchten herzustellen, in denen die Diffusion vorVerunreinigungen in zu den Oberflächen dieser Schichten parallelen Richtungen, d.h. die seitliche Diffusion, beschränkt bleiben kann.

Die Erfindung gründet sich u.a. auf den Gedanken die Änderung der Diffusionsgeschwindigkeit in einem bestimmten Halbleitermaterial als Funktion der chemischen Zusammensetzung dieses Materials zu benutzen.

Nach der Erfindung ist eine Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Zusammensetzung des Halbleitermaterials der Schien: auf der Substratseite anders als an der Oberfläche ist. Es wurde nämlich gefunden, dass insbesondere eine beschleunigte Diffusion auftreten kann an Stellen, wo die chemische Zusammensetzung sich ändert.

Man kann z.B, in einer solchen Schichtstruktur durch örtliche Diffusion einer dotierenden Verunreinigung von einer Oberfläche der einkristallinen Halbleiterschicht her ein diffundiertes Gebiet herstellen, das im Querschnitt eine Birnenform aufweist. Insbesondere wird man eine solche Form auffinden können wenn die Zusammensetzung des Halbleitermaterials wenigstens über einen jTeil der Schichtdicke

409847/0920

-3- FPHN. 7O^c2

29.'1.197-

sich allmählich ändert.

Eine derartige Form des Umfangs des diffundierten Gebietes ist besonders günstig; diese Form führt zu einer minimalen Breite_;des diffundierten Gebietes in der unmittelbaren Nähe der Oberfläche der· Schicht, d.h. auf ein·= Höhe, auf der im allgemeinen .die meisten aktiven oder passiven Teile einer integrierten Halbleiteranordnung gebildex werden. Letzterwähnter Vorteil tritt insbesondere hervor, wenn, gemäss einer bevorzugten Ausführung, die Zusammensetzungen in der Schicht derart gewählt werden, dass bei einer gegebenen Temperatur der Diffusionskoeffizient der dotierenden Verunreinigung im Halbleitermaterial der Schicht grosser ist an der Substratseite als an der Seite der Oberfläche.

Im Falle der Diffusion von Isolierwänden, die

zur gegenseitigen Trennung von Inseln in der Schicht dienen, in welchen Inseln nachher einzelne Halbleiterschaltungselemente oder Kombinationen solcher Schaltungselemente angebracht werden, ermöglicht die Erfindung, insbesondere diese Birnenform, eine Vergxösserung der nützlichen Oberfläche für diese Schaltungselemente und somit eine Vergröiserung ihrer Dichte pro Oberflächeneinheit.

Ein weiterer Vorteil der Diffusion "in Form einer Birne" ist, gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführung, die Anwendung einer Verbindung zwischen zwei oder mehl- neben einander liegenden, benachbarten di f fundier ι-vii Gebieten in der Tiefe der Schicht und die sich daraus eiv;":. de Bildung von Inseln in der genannten Schicht, welche ~£r.z-.~.

409847/0920

-k- FPHX. 7092

29. if. 197'*

völlig gegeneinander und gegen das Substrat durch die genannten Gebiete isoliert sind. Dies kann interessant sein in dem Falle, in dem die tiefen Bereiche der Schicht Strukturfehler aufweisen, die elektrische Schwierigkeiten, z.B. eine schlechte Isolierung gegen das die genannte Schicht tragende Substrat, zur Folge haben können. Weiter sind dann die Art, die Struktur od,er die elektrischen Eigenschaf te. des genannten Substrats weniger bedeutend.

Manchmal ist es erwünscht Halbleiterschaltungselemente herzustellen in einem Halbleitermaterial konstanter Zusammensetzung, Auch in solchen Fällen ist die Erfindung verwendbar, wenn ein an der Oberfläche angeordneter Schichtteil konstanter Zusammensetzung verwendet wird und eine Änderung der Zusammensetzung erst in einer gewissen Tiefe unterhalb der Oberfläche anfängt. Die Diffusion zur Bildung des erwähnten birnenförmigen Gebietes muss alsdann durch den an der Oberfläche liegenden Schichtteil konstanter

\
Zusammensetzung hindurch durchgeführt werden. Zur Bildung der Schaltungselemente können alsdann eine oder mehrere untiefe Diffusionen durchgeführt werden mit Bildung wenigstens eines pn-Uberganges, der vollständig innerhalb des Schichtteiles konstanter Zusammensetzung liegt.

Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemässen Halbleiteranordnung ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass auf einen einkristallinen Substrat eine epitaktische Halbleiterschicht abgelagert wird, wobei die Zusammensetzung des sich ablagernden Materials wenigstens zeitweilig geändex^t wird, wonach örtlich von der Oberfläche

409847/0920

■5- ' FPHN. 7092

29.'ϊ. 197^

der epitaktisch, abgelagerten Schicht her eine dotierende Verunreinigung mindestens bis zu einer Tiefe auf der sich die Zusammensetzung des Halbleitermaterials ändert, eindif— fundiert wird. Vorzugsweise wird diese Änderung der. Zusammensetzung allmählich durchgeführt.

Gemäss einer beyorzugten Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt die Änderung von einer Zusammensetzung mit grösserem Diffusionskoeffizienten für die dotierende Verunreinigung zu einer Zusammensetzung mit kleinerem Diffusionskoeffizienten für diese Verunreinigung bei der gleichen Temperatur. Auf diese Weise ist die seitliche Diffusion in dem an der Oberfläche liegenden Halblei:ϊ material niedriger als die Diffusion in einer zu der Oberfläche der Schicht senkrechten Richtung, also die senkrecht: Diffusion. Unter bestimmten Bedingungen in bezug auf Temperatur und Zeit folgt eine Verunreinigung, die von der Oberfläche der einkristallinen Schicht her diffundiert wird, einem Wege in dieser Schicht, dsr kürzer ist, je nachdem ihre Fortbewegungsrichtung einen kleineren Winkel mit der Oberfläche einschliesst.

Dies hat zur Folge, dass die Breite des diffundierten Gebietes in der Nähe der Oberfläche der Schicht geri ist im Vergleich zu dem Wert, den diese Breite haben würde bei gleicher Tiefe der senkrechten Diffusion, wenn die seitliche Diffusionsgeschwindigkeit gleich gross wie die senkrechte Diffusionsgeschwindigkeit wäre. Dank dem Verfahren nach der Erfindung wird also eine bessere Positionierung der diffundierten Gebiete an der Oberfläche erhalten, wodurch ei

409847/0920

-6- FPHX. 7092

29.4.197^

Anzahl möglicher Teile in dieser Schicht grosser sein kann.

Die Anwendung der Erfindung macht es selbstverständlich erwünscht, dass die einzudiffundierende(n) Verunreinigung(en), die Art der Schicht und die JLnderung der Zusammensetzung dieser Schicht in ihrer Dickenrichtung in gegenseitiger Abhängigkeit passend gewählt werden, wobei die Parameter zum Erhalten der gewünschten Diffusionsform einer Birne auf geeignete Weise kombiniert werden können. So sind die Zusammensetzungen in der Schicht und die zu verwendende Verunreinigung so zu wählen, dass eine geeignete Temperatur zur Diffusion der Verunreinigung in den verwendeten Halbleitermaterialien verschiedener Zusammensetzungen verwendet werden kann ohne Gefahr eines Schmelzens einer dieser Zusammensetzungen.. So ist es z.B. nicht möglich die üblichaiDonatoren der fünften Gruppe und Akzeptoren der dritten Gruppe des periodischen Systems der Elemente in Silicium zu diffundieren bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur von Germanium. Man kann aber grundsätzlich Materialzusammensetzungen in einem engeren Bereich innerhalb der kontinuierlichen Reihe der Mischkristallzusammensetzungen von Germanium biszu Silicium wählen, derart, dass eine dotierende Verunreinigung bei einer bestimmten Temperatur ohne Gefähr in alle Materialien mit Zusammensetzungen in diesem engen Bereich diffundieren kann.

Für eine Schicht mit z.B. ternären Zusammensetzungen nach der Formel A B₁ C , in der A, B und C drei chemische Elemente darstellen, die in den binären Verbindungen AB und AC vereinigt sein können, welche Schicht

409 847/0920

-η- FPHN. 7OQ2

2-9 Λ. 197^

epitaktisch auf einem binären aus der Verbindung (AB) bestehenden Substrat angebracht wird, wird die dotierende Verunreinigung vorzugsweise derart gewählt,' dass ihre Diffusionsgeschwindigkeit bei einer bestimmten Temperatur grosser in der binären Verbindung AB als in der binären Verbindung AC ist. Dabei kann grundsätzlich die Diffusionsgeschwindigkeit der Verbindung AB₁ C von der Oberfläche

I ^mm X. X.

der Schicht her grosser werden, je nachdem die Formel dieser Verbindung zu AB neigt, d.h., dass die Diffusionsgeschwiiidigkeit grundsätzlich zunehmen kann, je nachdem der Gehalt am Element C in der genannten Zusammensetzung niedriger wird.

Es sei vorzugsweise eine Schicht aus Halbleitermaterial der III-V Art, z.B. mit Zusammensetzungen von

III VV · V

Elementen vom Typ A ,B und C , worin vorzugsweise B

γ
und C Arsen und Phosphor sein können, z.B. Indium, Arsen und Phosphor betrachtet, welche Schicht durch epitaktisches

Anwachsen von einem aus einer binären Verbindung vom Typ .III-pV, z.B. Indiumarsenid (inAs) bestehenden Substrat her erhalten wird. Die ternäre Verbindung weist an der Oberfläche eine Zusammensetzung auf, die durch die Formel InAs P. gegeben wird; die Diffusionsgeschwindigkeit von Verunreinigungen, wie Zink, Cadmium oder Beryllium, nimmt von der Oberfläche der Schicht zu dem Substrat hin zu, weil das Zink, das Cadmium oder das Beryllium eine Diffusionsgeschwindigkeit aufweist, die in Indiumarsenid grosser als in Indiumphosphid (inP) ist. Die Erfindung ist auch gut ver-

409847/0920

-8- FPHN. 7092

29 Λ. Vßlh

wendbar innerhalb des Systems GaAs — GaP.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise
an Hand der Zeichnung· näher erläutert, deren Figuren
schematisch Teile von Halbleiteranordnungen nach Ausführung; formen der Erfindung darstellen.
Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in einem Querschnitt die

Birnenform, die für eine Diffusion charakteristisch ist, dii in einer Halbleiterschicht mit einer Zusammensetzung nach,
der Erfindung von der Oberfläche her stattgefunden hat;

Fig. 2 schematisch einen Querschnitt zur

Veranschaulichung der Bildung von Isolierwänden, die gegenseitig getrennte Inseln in einer Halbleiterschicht begrenri·: wobei Raumersparung durch die Anwendung von Zusammensetzung der genannten Schicht gemäss der Erfindung erhalten ist,
und

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch ei Struktur von einem Typ, der durch die Anwendung- einex" Kalbleiterschicht mit einer Zusammensetzung nach der Erfindung erhalten werden kann.

Es sei bemerkt, dass in den verschiedenen

Figuren der Deutlichkeit halber nicht die richtigen Abmessungen und Grossen dargestellt sind, was insbesondere in d~; Richtung der Tiefe der Halbleiteranordnung gilt.

Fig. 1 zeigt einen Teil einer Halbleiterschi eh: 10, die aus mindestens zwei chemischen Elementen zusammengesetzt ist, die wenigstens in einem Teil der Schicht eine:: Mischkristall bilden, der annahmeweise keine Strukturfehler aufweist. 409847/0920

-9- : FPHN. 7092

29.'K

In die Schicht 10 ist von ihrer Oberfläche 1OA her über ein Fenster 11 in einer Maskierungsschicht 12, die übrigens die genannte Schicht 10 bedeckt, eine bestimmte Verunreinigung zur Bildung des diffundierten Gebietes eindiffundiert.

Nach dieser Ausführungsform der Erfindung

ändert sich die chemische Zusammensetzung der Schicht als Funktion der Dicke dieser Schicht und die betrachtete Änderung ist derartig, dass die Diffusionsgeschvindigkeit der gewählten Verunreinigung von der Oberfläche 1OA her in der Tiefenrichtung grosser wird.

In dem Beispiel nach Fig. 1 ist die Änderung der Zusammensetzung der Schicht 10 gleichmässig. Die verschiedenen Vektoren 14 zeigen in verschiedenen Richtungen, denen Verunreinigungsatome durchschnittlich gefolgt haben, den maximalen Bereich einer Verunreinigung in einer bestimmten Diffusionszeit und unter bestimmten Bedingungen. Es leuchtet ein, dass, lvenn bei der Wahl der Zusammensetzungen der Schicht und der Art der Verunreinigung die nach der Erfindung zu stellenden Bedingungen erfüllt werden, der Modul eines Vektors 14 umso grosser ist, desto grosser der zwischen seiner Richtung und der Oberfläche 1OA eingeschlossene Winkel ist. In einer zu der Oberfläche 1OA parallelen Diffusionsrichtung ist der Diffusionsbereich minimal und in einer zu der Oberfläche 1OA senkrechten Diffusionsrichtung ist der Diffusionsbereich maximal.

Für eine Zusammensetzung der Schicht 10 mit gleichmässiger Änderung weist die Begrenzung 15 der Vektoren

A09847/0920

-10- FPiIN. 70^2

29. ·κ 197-t

14 (die der Form der Begrenzung des diffundierten Gebietes entspricht) die Form einer Birne auf, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Entsprechend dem Prinzip der Erfindung nimmt c: Breite des Gebietes 13 von der Oberfläche 1OA her in der
Tiefenrichtung zunächst zu und dann ab.

Für eine verhältnismässig schroffe Zusammensetzungsänderung der Schicht 10, die in aufeinanderfolgend-: Schritten erhalten ist, statt gleichmässiger Zusammensetze.: änderungen, aber ebenfalls nach dem der Erfindung zugrundeliegenden Prinzip, wäre die Form der Begrenzung 15 verhälT-nismässig unregelmässig, aber, gleich wie bei der Birneni'o: ist durchschnittlich die seitliche Diffusionsgeschwindigke: kleiner als die senkrechte Diffusionsgeschwindigkeit.

Ein Vorteil der Bildung des diffundierten

Gebietes 13 mit einer in Fig. 1 dargestellten Form wird an-Hand der Fig. 2 auseinandergesetzt.

Fig. 2 veranschaulicht beispielsweise die BiI: gegenseitig isolierter Inseln in einer Halbleiterschicht
durch örtliche Diffusion von der Oberfläche dieser Schicht her.

Die Halbleiterschicht 20, die in Inseln zu

unterteilen ist, ist z.B. epitaktisch auf einem Substrat 2; angebracht. Die verschiedenen chemischen Zusammensetzungen der Schicht 20 bei Anwendung einer bestimmten einzudiffundierenden Verunreinigung entsprechen den erfindungsgeinä==-:-: Anforderungen.

Diffusionsfeilster 2 1 sind in der Maskierung=- schicht 22 auf der Halbleiteroberfläche vorgesehen.

409847/0920

-11- FPHN. 70?2

29. ^li. 197-^

Mittels des Diffusionsvorgangs werden Gebiete

23 gebildet, deren Begrenzungen 25 .die Form vo.n Birnen auf-· weisen, wie oben auseinandergesetzt wurde, welche Gebiete 23 sich durch die Schicht 20 hin bis in das Substrat 28 erstrecken. Die Gebiete 23 bilden Isolierwände, die die Inseln 26 in der Schicht 20 voneinander trennen.

In Fig. 2 ist mit den gestrichelten Linien 27

die seitliche Begrenzung der diffundierten Gebiete angegeber in dem Falle, in dem die Schicht 20 eine bestimmte feste Zusammensetzung über ihre ganze Dicke aufweisen würde, in der die Diffusion auf isotrope Yeise stattfinden würde. Da die seitliche Diffusxonsgeschwindigkeit im letzteren Falle gleich der senkrechten Diffusionsgeschwindigkeit wäre, würdfür einen gleichen axialen Abstand zwischen zwei benachbart·= diffundierten Gebieten eine starke Herabsetzung des Volumen= jeder Insel 26 erhalten werden. Während bei Anwendung einer Schicht mit veränderlicher molekularer Zusammensetzung nach der Erfindung der waagerechte Abstand an einer Inseloberfläche der Schicht 10 zwischen zwei benachbarten Isolierwänden 23 gleich AA₁ ist, würde dieser waagerechte Abstand im Falle einer· Schicht mit einer festen molekularen Zusammensetzung über die ganze Dicke auf BB₁ herabgesetzt werden.

Die Anwendung der erfindungsgeinässen Massnahir.v: ermöglicht es z.B., bei einer gegebenen Diffusionstiefe enxweder Inseln 26 mit einer grösseren nützlichen Oberfläche herzustellen oder diese Inseln näher aneinander anzuordnen. Durch Anwendung der Erfindung kann eine gröj?sr-

409847/0920

-12- FPHN. /092

29.k.^

Dichte an nützlichen Räumen erhalten und kann die Miniaturisierung gefördert werden.

Fig. 3 zeigt beispielsweise eine Ausführungsform der Halbleiteranordnung nach der Erfindung, in der eine sehr gute Isolierung von in einer aktiven Halbleiterschicht angebrachten Inseln einerseits zwischen diesen Inseln und andererseits gegen das unterliegende, die genannte aktive Schicht tragende Substrat erhalten wird.

Diese aktive Schicht 30 is z.B., wie in der Struktur nach Fig. 2, eine epitaktische Schicht, die auf einem Substrat 38 niedergeschlagen ist. Im vorliegenden Falle kann das Substrat 38 den p-Leitfähigkextstyp aufweisen, während die Schicht 30 den n-Leitfähigkeitstyp aufweist? es ist einleuchtend, dass sich die Erfindung.darauf nicht beschränkt. Im gegensatz zu dem an Hand der Fig. 2 beschriebe nen Beispiel braucht der Leitfähigkeitstyp eines Halbleitersubstrats 38 hier nicht dem der epitaktischen Halbleiterschicht 30 entgegengesetzt zu sein.

In der epitaktischen Schicht 30 sind über

Fenster 31 in einer Diffusionsmaskxerungsschicht 32 durch Diffusion einer p-leitenden Verunreinigung Gebiete herge-

stellt, die Isolierwände 33 bilden, die die Inseln "}6 in der Schicht 30 voneinander trennen. Durch Anwendung von Massnahmen im Rahmen der Erfindung in bezug auf die sich ändernde chemische Zusammensetzung der Schicht 30 und die Vahl der diffundierten Verunreinigung für die TreJinwände 33 weisen die genannten Vände auf der Unterseite Breiten auf, die grosser als ihre Breiten an der Oberfläche der genannten

409847/0920

-13- FPHN. 70?2

Schicht 30 sind, wobei sie im grossen Ganzen einen birnenförmigen Querschnitt aufweisen.

In der Struktur nach Fig. 3 stehen die diffundierten Gebiete oder Isolierwände 33 in gemeinsamen vergrabenen Zonen 39 in der Tiefe der Schicht 3° miteinander in Verbindung, wobei sich diese Zonen bis in das Substrat 38 erstrecken, in das die diffundierte Verunreinigung ebenfalls eindringt.

Bei diesem Strukturtyp, in dem eine vollständige Isolierung der Inseln 36 durch die Gebiete 33 erhalten ist, wird für eine Schicht 30 einer gegebenen Art und mit einer gegebenen Diffusio-nsverunreinigung eine maximale Teilung zwischen den Diffusionsfenstem zur Bildung der Gebiete 33 in Verbindung mit einer minimalen Dicke der Schicht. 30 erhalten, um die Bildung der gemeinsamen vergrabenen Zonen 39 in der genannten Schicht 30 zu ermöglichen.

Die Verbindungen der isolierenden Gebiete mit den gemeinsamen vergrabenen Zonen 39 ermöglichen es, zu verhindern, dass die Inseln 36 sich in der Tiefenrichtung bis in die tiefliegenden an das Substrat 38 grenzenden Teile der Schicht 30 erstrecken. Diese tiefliegenden Teile der Schicht 30 weisen eine stark gestörte Kristallstruktur auf, die oft einer Übergangsstruktur zwischen zwei Materialien, in diesem Falle den Materialien des Substrats 38 und der Schicht 30, mit im allgemeinen Verschiedenen Gitterabs tänder, inhärent ist. Die Heterogenität der genannten tiefliegenden Schichtteile kann Schwierigkeiten inbezug auf die elektrische Eigenschaften der Halbleiteranordnung, z.B. Schwierigkeiten

A 0 9 8 A 7 / 0 9 2 0

-14- · FPHN". 7092

29.4.197^

in bezug auf die Isolierung zwischen benachbarten Inseln, ergeben. λ

Es sei noch bemerkt, dass die Diffusionsgeschwindigkeit der Verunreinigung in den tiefstliegenden Teilen der Schicht 30 durch die Heterogenität der genannten Teile vergrössert ist, wodurch die Herstellung der Verbindung zwischen den Isolierwänden 33 erleichtert wird.

Übrigens trennen die miteinander verbundenen Isolierwände 33 die Inseln 36 völlig von dem Substrat 38. Dadurch ist die Wahl des Substrats 38, z.B. in bezug auf die Art dieses Substrats, seine elektrischen Eigenschaften und seine Struktur in dem Masse, in dem sie mit' der der Schicht 30 kompatibel ist, nicht besonders kritisch.

Im Falle elektrolumineszierender Halbleiteranordnungen ist das Vorhandensein einer Isolierwand zwischen den Inseln 36 und dem Substrat 38 von besonderer Bedeutung. Es ist z.B. bekannt, dass sich Schwierigkeiten beim Betreiber elektrolumineszierender Anordnungen infolge der Tatsache ergeben können, dass ein Teil der Strahlung vom Substrat absorbiert wird, während die aktive Schicht doch für ihre eigene Strahlung durchlässig ist. Falls das Substrat aus einem Isoliermaterial oder Halbisoliermaterial, d.h. Halbleitermaterial, das die Eigenschaften eines Halbisoliermaterials aufweist, hergestellt ist, führt die Absorption der Photonen eine Ionisierung des Substrats und somit eine Herabsetzung des spezifischen Widerstandes herbei. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, eine stark absorbierende Abschirmungsschicht zwischen dem Substrat und der

'409847/0 920

-15- FPHN. 709;

29.k.1974

aktiven Schicht, in der die elektrolumineszierenden Elemente · hergestellt werden, anzubringen.

In der.Struktur nach Fig.3» bei der die elektrolumineszierenden pn—Übergänge, in den verschiedenen Inseln an der Oberfläche der Schicht 30 auf an sich bekannte Weise durch lokalisierte Diffusion feiner geeigneten p-leitenden Verunreinigung erhalten sind, wobei sich die Zonen 40 gebildet haben, stellt sich heraus, dass die Isolierwände 33» die in den gemeinsamen Zonen 39 miteinander verbunden sind die absorbierende Abschirmungsschicht zwischen den Inseln 36 und dem Substrat 38 bilden. Soll diese absorbierende Schicht zweckmässig wirken, so muss die Konzentration der Verunreinigung darin genügend gross sein, wie in dem ganzen Volumen der Wände 33·

Weiter sei bemerkt, dass der elektrische Anschluss der verschiedenen miteinander verbundenen Isolierwände 33 über eine Kontaktfläche 41 an der Oberfläche einer dieser Wände erhalten werden kann. Die Kontaktflächen 42 auf den Inseln 36 und die Kontaktflächen 43 auf den Zonen 40 können auf für derartige Anordnungen übliche Weise angebracht sein.

Ein Beispiel der Bildung eines Mosaiks elektrolumineszierender Dioden in einer monolithischen Scheibe nach der schematisch in Fig. 3 gezeigten Konfiguration ist nachstehend beschrieben.

Das Substrat 38 besteht z.B. aus halbisolierendem Indiumarsenid (inAs) mit einem spezifischen Widerstand von 10 Jj_ . cm bei Zimmertemperatur. Seine Dicke beträgt 0,4 mm

40984 77 0920

-16- FPHN. 7092

Die Schicht 30, die grosstenteils aus Indiumarsenidphosphid (InAs₁ P ) besteht, das mit Tellur (Te) in einer Konzentration von 5x10 ' bis 3 ^x 10 Atomen/cm³ , vorzugsweise 10 Atomen/cm³, dotiert ist, ist durch Epitaxie aus der Dampfphase nach einem bekannten Verfahren niedergeschlagen. Die Dicke dieser Schicht 30 liegt zwischen 30 und 60 ,um und vorzugsweise in der Grössenordnung von k0 /Um. Das Niederschlagen durch Epitaxie ist derart durchgeführt, dass die chemische Formel der genannten Schicht 30 von dem Substrat 38-bis .zu ihrer Oberfläche folgende ist:

InAs (vorzugsweise von 1 /um bis 5/um, vom

Substrat her gerechnet)

InAs₁ P mit χ allmählich von 0 auf 0,4

I ^™ Ji. J\.

zunehmend (vorzugsweise von 5/um bis 30/um, von. Substrat her gerechnet)

InAs₀ yP_Q . (vorzugsweise von 30/^ura bis hO /um, vom Substrat her gerechnet).

Die Isolierwände sind durch Diffusion von Ziiik mittleren

mit einer/Konzentration von 10 " bis 10 Atomen/cm³ (vorzugsweise 5 · 10 Atomen/cm³ ) erhalten; die Breite der DiffusioriH-fenster ist 100 /Um (95 - 105/um) und ihre Teilung (pitch) liegt zwischen 200 und 5OO /Um. Z.B. können dazu Diffusionstemperaturen von 700^oC bis 900^oC und Diffusionszeiten von 12 bis 2 Stunden verwendet werden.

Die elektrolumineszxerenden Übergänge sind dur:·; kurzzeitige Diffusion von Zink in die Zonen kO mit einer mittleren Konzentration von 10 bis 10 Atomen/cm³ (vor-2.10 Atomen/cm³) erhalten.

40 9 847/0920

-17- FPHN. 7O?2

29.^.197^

Unter diesen Bedingungen sind die Verbindungen zwischen den Wänden 33 auf einer Höhe von 10 bis O/um über der Trennlinie zwischen dem Substrat 38 und der Schicht 30 gebildet.

Ein derartiges Mosaik wirkt im Infrarotbereich,

409847/0 92

Claims

-18- FPHN. 7092

PATENTANSPRÜCHE:.

Γ1 .J Halbleiteranordnung, die eine auf einem Substrat angeordnete einkristalline Halbleiterschicht enthält, in der mindestens ein Halbleiterschaltungselement gebildet wird und die mindestens ein durch Diffusion einer dotierenden Verunreinigung erhaltenes Gebiet enthält, dessen Breite von der Oberfläche der Halbleiterschicht zu dem Substrat hin örtlich zunimmt und dann abnimmt, dadurchgekennzeichnet, dass die chemische Zusammensetzung, des Halbleitermaterials der Schicht auf der Substratseite anders als an der Oberfläche ist. ·
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine bestimmte Temperatur der Diffusionskoeffizient der dotierenden- Verunreinigung des Halbleitermaterials der Schicht auf der Substratseite grosser als an der Oberfläche ist.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet _f dass sich die Zusammensetzung des Halbleitermaterials mindestens über einen Teil der Dicke der Halbleiterschicht allmählich ändert.
4. Halbleiteranordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein an der Oberfläche liegender Schichtteil eine konstante Zusammensetzung aufweist.
5. Halbleiteranordnung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schichtteil mit konstanter Zusammensetzung örtlich eine an der Oberfläche liegende Zone von einem dem des Schichtteils mit konstanter Zusammensetzung

4 09 847/0920

. . tA- a.

-19- FPHN. 7O?2

entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp anwesend ist, mit einem pn-Ubergang, der völlig innerhalb dieses Schichtteiles liegt.
6.· Halbleiteranordnung nach mindestens einem der

vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein an das Substrat grenzender Teil der Schicht eine konstante Zusammensetzung aufweist.
7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, bei der das Substrat aus Halbleitermaterial besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der an-das Substrat grenzende Teil der auf diesem Substrat epitaktisch abgelagerten Schicht die gleiche chemische Zusammensetzung wie das Substrat aufweist.
8. Halbleiteranordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Substrat aus Halbleitermaterialbesteht, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Halbleitermaterial halbisolxerend (hochohmig) ist.
9. Halbleiteranordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einkristalline Haibleiterschicht in Inseln unterteilt ist, di voneinander durch ein Gebilde von Isolierwänden getrennt sind, die aus dem durch Diffusion der dotierenden Verunreinigung er haltenen Gebiet mit zu dem Substrat hin örtlich zunehmender Breite bestehen.
10. . Halbleiteranordnung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, dass nebeneinander liegende Teile der Isolierwände unter der Oberfläche der Schicht miteinander in Kontakt sind.
11· Halbleiteranordnung nach mindestens einem der

vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die

4098A7/0920

2-9 Λ. 19 7-'+

Halbleiterschicht aus Halbleitermaterial vom IIX-V-Typ besteht, das wenigstens teilweise in Mischkristallzusammensetzungen vorhanden ist.
12. Halbleiteranordnung nach Anspruch 11, dadurch

gekennzeichnet, dass die Mischkristairzusammensetzungen aus Arsenid-Phosphid bestehen.
13· Halbleiteranordnung nach Anspruch 12, dadurch

gekennzeichnet, dass die Mischkristallzusammensetzung aus Indium-Arsenid-Phosphid besteht.
14. Halbleiteranordnung nach mindestens einem der

Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen elektrolumineszierenden pn-Ubergang enthält.
15· Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, dadurch

gekennzeichnet, dass die Halbleiteranordnung ein Mosaik elektrolumineszierender Dioden enthält.
16. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem einkristaj.linen Substrat eine epitaktische Halbleiterschicht abgelagert vrird, wobei die Zusammensetzung des sich ablagernden Materials wenigstens zeitweilig geändert wird, wonach örtlich von der Oberfläche der epitaktisch abgelagerten Schicht her eine dotierende Verunreinigung mindestens bis zu einer Tiefe, auf der sich die Zusammensetzung des Halbleiter— materials ändert, eindiffundiert wird.
17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des sich "ablagernden Materials, wenigstens zeitweilig, allmählich geändert wird.

40 98A7/092 0

FPPIN. 7OP2 29.4.1974
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17» dadurch

gekennzeichnet, dass die Änderung von einer Zusammensetzuni mit grösserem Diffusionskoeffizienten für die dotierende Verunreinigung zu einer Zusammensetzung mit kleinerem
Diffusionskoeffizienten für diese Verunreinigung bei der gleichen Temperatur erfolgt.

409847/0920

Leersei te