DE2520061A1

DE2520061A1 - Elektrolumineszierende anordnung heterogener struktur und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2520061A1
Application number: DE19752520061
Authority: DE
Inventors: Daniel Diguet; Jacques Lebailly
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-05-09
Filing date: 1975-05-06
Publication date: 1975-11-20
Also published as: IT1037913B; FR2270753B1; NL7505276A; GB1503678A; FR2270753A1; DE2520061C2; CA1043894A; JPS50159688A

Description

PHF.

Va/WR/Klam

23.4.1975

λ.,,. PHF 74ο540

a,. ,a^.₀«._t 5. Mai 1975

Elektrolumineszierende Anordnung heterogener Struktur und Verfahren zu deren Herstellung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung heterogener Struktur mit einer elektroliimineszierenden Diode mit einem Körper aus mindestens einem Material mit einer ersten verbotenen Bandbreite und elektroluminesziei'enden Eigenschaften und einer, epitaktischen Schicht aus einem Material mit einer grösseren verbotenen Bandbreite, wobei der genannte Körper einen pn-Ubergang in der Nähe der Grenzfläche mit der genannten Schicht aufweist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung dieser elektrolumineszierenden Anordnung.

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Es sind elektrolumineszierende Dioden mit Halblei terübe irgang bekannt, bei. denen der sogenannte"Einschlusseffekt" der Ladungsträger benutzt wird. Der Einschluss in dem Rekombinationsgebiet der Minoritätsladungsträger, die in eine Diode mit pn-übergang injiziert sind, ist auf das Vorhandensein einer Potentialbarriere zurückzuführen, die diese Träger zurückzutreiben sucht. Die Potentialbarriere wird dadurch erhalten, dass eine heterogene Struktur mit einer Schicht aus einem Material hergestellt wird, dessen verbotene Bandbreite die des Materials des Körpers {iberschreitet, auf dem-diese Schicht niedergeschlagen wird. Elektrolumineszierende Anordnungen dieser Art sind in der USA-Veröffentlichung "Proceedings of the I.E.E.E." vom August 1971, S. 1223 und 1264 beschrieben.

Zur Herstellung dieser Anordnungen wird eine

epitaktische Schicht niedex'geschlagen, deren Leitfähigkeitstyp dem des Substratmaterials entgegengesetzt ist, wobei sich herausstellt, dass der wirksame Übergang in ein Substrat, entweder dux-ch Diffusion in das Substrat vor dem Niedez^- schlagen der Schicht oder durch Diffusion von Dotierungsverunreinigungen in die Schicht während des epitaktischen Anwachsens zurückgetrieben wird. Diese Anordnungen weisen jedoch keinen lokalisierten Übergang auf. Es stellt sich heraus, dass das Emissionsgebiet nur durch besondere Massnahmen in bezug auf die Form und dsn Kontakt beschränkt wird, deren Realisierung Schwierigkeiten bereitet. Die Kopplung mit einer Faseroptik ist nicht befriedigend; die Kopplungsoberfläche ist nicht genügend eben; die Emissionsoberfläche

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ist nicht genau definiert. Ausserdem muss die emittierte Strahlung ein verhältnisraässig dickes Gebiet des Körpers, also aus einem Material mit geringer verbotener Bandbreite, durchlaufen, dessen Absorption nicht vernachlässigbar ist.

Diese Anordnungen weisen andererseits einen

Übergang auf, der auf -der gleichen Höhe wie eine Seitenfläche oder eine andere Fläche des Kristalls liegt, und bilden auf diese Weise Stellen für Oberflächenströme mit strahlungslosen Rekombinationen und verringerter Lichtausbeute.

Die Erfindung bezweckt insbesondere, diese

Nachteile zu beheben und eine elektrolumineszierende Anordmani; zu schaffen, bei der der Einschlusseffekt der Minoritätsladungsträger benutzt wird, die in eine Diode heterogener Struktur injiziert sind und eine genau lokalisierte Emission, nötigenfalls sehr geringen Flächeninhalts, und eine hohe Lichtausbeute aufweisen.

Nach der Erfindung ist die Halbleiteranordnung

heterogener Struktur mit einer elektrolumineszierenden Diode mit einem Körper aus mindestens einem Material mit einer ersten verbotenen Bandbreite und mit elektrolumineszierenden Eigenschaften und einer epitaktischen flachen Schicht aus einem Material, dessen verbotene Bandbreite grosser ist, wobei der genannte Körper einen pn-Ubergang in der Nähe der Grenzfläche mit der genannten Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass, weil die genannte epitaktische Schicht vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der genannte Körper ist, diese Anordnung ein lokales diffundiertes Gebiet enthält, dessen Leitfähigkeitstyp dem des Körpers und der Schicht

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entgegengesetzt ist und das sich von der Emissionsoberfläche der Anordnung bis zu einer die Dickje der genannten Schicht überschreitenden Tiefe erstreckt.

Das diffundierte Gebiet, dessen Leitfähigkeitstyp dem des Körpers entgegengesetzt ist, enthält in der epitaktischen Schicht zwei Teile, und zwar einen Teil mit einer grösseren verbotenen Bandbreite und im Körper der Anordnung einen Teil mit einer geringeren verbotenen Bandbreite. Wenn die Anordnung in der Durchlassrichtung polarisiert ist, sind die Minoritätsladungsträger dem Einschlusseffekt in der Dicke des Teiles mit der geringeren verbotenen Bandbreite unterworfen; sie xirerden von der Potentialbarriere zurückgetrieben, die die Grenzfläche zwischen den beiden Teilen bildet, was eine sehr hohe Volumenausbeute zur Folge hat.

Die Anordnung nach der Erfindung hat die Form

einer flachen Struktur, deren Oberfläche sich besonders gut zur Positionierung ,des Endes eines optischen Faserbündels eignet. Das wirksame elektrolumineszierende Gebiet ist diffundiert und die üblichen Maskierungs- und Diffusionstechniken ermöglichen es, diffundierte Gebiete auf den genau definierten Gebieten, nötigenfalls auf den sehr kleinen Gebieten herzustellen, die die Kopplung mit einer Faseroptik erleichtern.

Die Oberflächenströme, die strahlungslose

Rekombinationen herbeiführen, sind in bezug auf solche Ströme in den bekannten Anordnungen stark verkleinert. Wenn nämlich die Kennlinie des Stromes als Funktion der angelegten Spannung in der Durchlassrichtung der Anordnung betrachtet wiit

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stellt sich, heraus, dass die Knie spannung des· Oberflächenteiles des Übergangs der Anordnung, der in der epitaktischen Schicht liegt, höher als die Kniespannung des tiefliegenden Teiles dieses Übergangs i'st, der sich in dem Körper befindet, der aus einem Material mit kleinerer verbotener Bandbreite hergestellt ist, wobei dieser zweite Übergangsteil dem elekbrolumxneszierenden wirksamen Gebiet entspricht. Bei Speisespannungen, die die Kniespannung des tiefliegenden Teiles überschreiten, kann der Strom durch den Oberflächenteil im Vergleich zu dem Strom durch den wirksamen Teil des Übergangs"vernachlässigt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält das diffundierte Gebiet der Anordnung mit einem dem des Körpers und der epitaktχsehen Schicht entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp verschiedene Zonen, und zwar eine Hauptzone, deren tiefer Teil elektrolumineszierend ist und deren Konzentration an Dotierungsverunreinigungen dieser Funktion angepasst ist, und eine Oberflächenzone, die an die Hauptzone grenzt und deren Tiefe kleiner als die Dicke der epitaktischen Schicht ist und deren Dotierungsverunreiriigungskonzentratioii für die Herstellung von Speisungskontakten angepasst und aus diesem Grunde verhältnismässig hoch ist.

Da die Oberfläche der Oberflächenzone aus der der Hauptzone hervorragt, ist es möglich, diese zur Herstellung eines genügend grossen Oberflächenkontakts zu verwenden, ohne dass dazu ein Teil der Emissionsobei-fläche der Hauptzone verwendet wird. Die Hauptzone einerseits und die Oberflächenzone andererseits können optimale Fehlerkonzen-

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PHF. lk5kO

trationen aufweisen, ohne dass ein Kompromiss oder ein verwickeltes Konzentrationsprofil notwendig ist.

Weiterhin weist einerseits der Teil der Diode,

der der an die Hauptzone grenzenden Oberflächenzone entspricht eine höhere Kniespannung als der Eniissionsteil der Diode und andererseits einen niedrigeren Reihenwiderstand wegen der Dotierung mit hoher Konzentration der für den Kontakt bestimmten Zone auf. Der wirksame Teil der Diode ist auf diese Weise vor zu hohen Stromstärken in der Durchlassrichtung geschützt. Da die Dotierungsverunreinigungskonzentration der Kontaktzone höher als die der wirksamen Zone ist, 1st die Durchschlagspannung in der Sperrichtung niedriger und der wirksame Teil der Diode ist ebenfalls vor etwa auftreten Sperrspannungen geschützt.

Die Dicke des wirksamen Gebietes, oder des

Gebietes, in dem Ti'äger eingeschlossen sind, zwischen der Fläche des Übergangs und der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epltaktischen Schicht gerechtnet, wird durch die mittlere Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger in dem Material dieses Gebietes bestimmt. Die Dicke des wirksamen Gebietes muss um einen derartigen Betrag die Diffusionslänge unterschreiten, dass die Möglichkeit strahlender Rekombinationen in diesem Gebiet maximal ist. Vorzugsweise ist die Dicke des wirksamen Gebietes, zwischen dem Übergang uidder Grenzfläche gerechnet, zwischen der Hälfte und dem Hundertstelder mittleren Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger in dem Material dieses wirksamen Gebietes gelegen.

Bei einem Beispiel der Anordnung nach der

Erfindung enthält ein Substrat aus Galliumarsenid vom n-Leitfähigkeitstyp eine epitaktische Schicht vom gleichen

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Leitfähigkeitsiyp aus Gallium-Aluminiumarsenid (Ga Al As), wobei χ zwischen 0,05 und 0,4 liegt und vorzugsweise gleich 0,1 ist. Ein diffundiertes lokales Gebiet, das mit Zink derart dotiert ist, dass es den p-Leitfähigkeits1yp£mfweist, dringt in die Schichten und in das Substrat ein.

Bei einer anderen Ausführungsform enthält eine Anordnung nach der Erfindung einen Körper, der durch ein passives Substrat aus einem Material mit günstigen mechanischen Eigenschaften gebildet wird, das sehr preiswert ist und mit einer epitalüsehen Schicht aus einem Material überzogen ist, das unter günstigen epitaktischen Bedingungen auf dem genannten Substrat abgelagert werden kann und das insbesondere derart gewählt ist, dass die Grenzfläche zwischen dieser Schicht und der epitaktischen Schicht aus"einem Material mit grösserer verbotener Bandbreite die günstigsten elektronischen Eigenschaften und das günstigste Verhalten in bezug auf die mechanischen und thermischen Spannungen aufweist denen die Anordnung beim Betrieb unterworfen werden kann. So ist z.B. die Anordnung aus einem Substrat aus Galliumarsenid mit einer Schicht aus Gallium- und Aluminiumarsenid (Ga₁ Al As) hergestellt, die mit. einer Schicht aus Gallium- und Aluminiumars enid (Ga₁ Al .As) überzogen ist, wobei x\y ist, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht aus Gallium- und .Aluminiumarsenid den gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat aufweisen, und wobei ein Gebiet von der Aussenoberfläche der epitaktischen Schicht her diffundiert ist, das einen pn-übergang bildet, dessen wirksamer flacher Teil in der genannten ersten Schicht liegt. Es ist nämlich

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bekannt, dass unter den epitaktlechen Bedingungen der bekannten Verfahren eine Grenzfläche zwischen Gallium- und Aluminiumarseniden verschiedener Zusammensetzungen eine bessere Qualität als eine Grenzfläche zwischen Galliumarsenid und Gallium- und Aluminiumarsenid aufweist, wobei die ■ Abweichung in bezug auf die Zusammensetzung in den beiden Fällen der gleichen Ordnung ist. Weiter stimmt bei Anwendungen, wie in Photokopplungsvorrichtungen und für optische Fernmeldezwecke, das Emissionsspektrum der Dioden nach dem letzteren Ausführungsbeispiel einerseits besonders gut mit dem durchlässigen Fenster des Durchlässigkeitsspektrums der optischen Fasern überein, die gewöhnlich bei diesen Anwendungen benutzt werden, während andererseits.dieses Emissionsspektrum eine bessere Absorption der Photonen in den gewöhnlich ebenfalls bei diesen Anwendungen benutzten Photοempfangen zur Folge hat.

Obgleich es möglich ist, eine Anordnung nach

der Erfindung zu verwenden, bei der das Licht in bezug auf die epitaktische Schicht durch die Hinterfläche des Körpers der Anordnung, nötigenfalls durch örtliche Herabsetzung der Dicke des Körpers, austritt, ist es zu bevorzugen, die Anordnung derart zu verwenden, dass das Licht aus der Aussenfläche der epitaktischen Schicht austritt, weil die Absorption in dieser Emissionsrichtung minimal ist.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung nach der vorhergehenden Beschreibung.

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Nach der Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung einer elektrolumineszierenden Halbleiteranordnung heterogener Struktur, bei dem eine epitaktische Schicht aus einem Halbleitermaterial mit einer ersten verbotenen Bandbreit auf einem Körper aus einem Material mit einer kleineren verbotenen Bandbreite niedergeschlagen wird, wobei ein pnübergang in der genannten Anordnung in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem letzteren Mateiual und der niedergeschlagenen Schicht gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte epitaktische Schicht mit einer Dotierung niedergeschlagen wird, die darin den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die genannte Schicht herbeiführt, und dass nach der epitaktischen Ablagerung von einer lokalen Fläche auf der Aussenoberfläche der genannten Schicht her. eine Dotierangsverunreinigung diffundiert wird, die darin den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp herbeiführt, und zwar bis zu einer Tiefe, die die Dicke der genannten Schicht etwas übex^schreitet.

Da die epitaktische Schicht vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Körper ist, auf dem sie niedergeschlagen wird, tritt keine Diffusion auf, wobei der Leitfähigkeitstyp des Körpers weder während des Niederschiagens noch danach umgekehrt werden kann. Es ist möglich, eine optimale Übergangs tiefe unabhängig von den Bedingungen zu bestimmen, unter denen die Epitaxie durchgeführt wird: die Übergangstiefe wird lediglich durch die Bedingungen der Enddiffusion und irisbesondere durch die Dauer dieser Bearbeitung bestimmt.

Die Diffusion von der Oberfläche her kann leicht durch die gewöhnlich bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen vom planaren Typ verwendeten Maskierungstechniken lokalisiert werden. Durch derartige Techniken können sehr

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kleine Übergangsoberflächen"ζ.B. mit einem Durchmesser in der Grössenordnung von einigen Mikrons, abgegrenzt werden. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, Mosaike jeder Konfiguration und mit allen Abmessungen herzustellen, die den verfügbaren Halbleiterscheiben entsprechen.

Nach einer bevorzugten- Ausführungsform des

erfindungsgemässen Verfahrens wird die epitaktische Ablagerung der Schicht aus einem Material mit grösserer verbotener Bandbreite durchgeführt, wonach auf dieser Schicht eine Maske aus einem dichten Material gebildet wird, wobei durch die Offnungen dieser Maske während der erforderlichen Zeit eine Dotierungsverunreinigung diffundiert wird, die die Grenzfläche zwischen der abgelagerten Schicht und dem das Substra.t bildenden Körper erreichen und passieren kann. So wird z.B. wenn der Galliumarsenidkörper vom η-Typ ist, eine epitaktische Schicht aus Gallium- und Aluminiumarsenid vom η-Typ niedergeschlagen; durch Niederechkgen und Photoätzen wird eine Siliciumnitridmaske hergestellt, wobei durch die Offnungen der Maske Zink während einer derart langen Zeit diffundiert wird, dass "eine Konzentration erhalten wird, die in dem Material den p.-Leitfähigkeitstyp herbeiführt, welche Diffusion bis zu einer Tiefe stattfindet, die die Dicke der epitaktischen Schicht überschreitet.

Vorzugsweise wird eine zweite kurz dauerende

Diffusion durchgeführt, die eine maximale Oberflächenkonzentration liefert und eine minimale Ubergangstiefe gemäss einer Fläche aufweist, die'weit aus der vorhergehenden Diffusions-

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fläche hervorragt, wobei die-zusätzliche Oberfläche dazu bestimmt ist, Kontaktmittel in Form eines lokalisierten Metallniederschlags aufzunehmen. Die zweite Diffusion erfolgt vorzugsweise mit den gleichen Dotierungsverunreinigungen wie die erste Diffusion und durch eine Maske, die z.B. durch Niederschlagen und Photoätzen erhalten ist.

Die zweite Diffusionszone kann entweder völlig die erste Diffusionszone bedecken oder sich nur auf einer ringförmigen Oberfläche oder nur auf einer an die erste Diffusionszone grenzenden Oberfläche erstrecken, derart, dass die emittierte Strahlungsabsorption infolge der mittleren Zone über dem Emissionsgebiet verringert wii*d.

Die Erfindung kann zur Herstellung elektrolurai-

neszierender Anordnungen, wie Dioden, zur Kopplung mit lichtempfindlichen Vorrichtungen, insbesondere über den Kanal einer Faseroptik, verwendet werden. Die Anordnungen nach der Erfindung eignen sich besonders gut zur Anwendung bei der Fernmessung und für optische Fernmeldezwecke, insbesondere mit Hilfe optischer Multimodefasera·

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Diode nach der Erfindung in einer ersten Ausführungsform,

Figuren 2a bis 2f die verschiedenen Stufen.der Herstellung der Diode nach Fig. 1,

Fig· 3 einen schematischen Schnitt durch eine Diode nach der Erfindung in einer anderen Ausführungsform,

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Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch eine Diode nach der Erfindung in einer dritten Ausführungsform.

Der schematische Schnitt nach Fig. 1 zeigt eine Diode, die durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellt ist und einen Halbleiterkörper 1 enthält, eine dessen Flächen mit einer Schicht 2 aus einem anderen Halbleitermaterial mit grösserer verbotener Bandbreite als das Material des Körpers 1 überzogen ist. Der Körper 1 und die Schicht 2 weisen ein Kristallgitter vom gleichen Typ und Konstanten nahezu gleicher Werte auf, wobei das Gitter nach Fig. 2 eine Verlängerung des Gitters nach Fig. 1 ist. Die Materialien des Körpers 1 und der Schicht 2 weisen den gleichen Leitfähigkeitstyp auf. Ein diffundiertes Gebiet 3» das bei 4 in den Körper eindringt und dessen Leitfähigkeitstyp dem des Körpers und der Schicht entgegengesetzt ist, bildet einen pn-Ubergang 7· Die Oberfläche der Schicht 2, die nicht-diffundierten Gebieten 'dieser Schicht entspricht, ist mit einer Schicht 5 aus Isoliermaterial, z.B. einem Oxid oder einem Nitrid, überzogen, die Fenster fi'ei lässt. Eine Kontaktelektrode ist bei 6 und eine andere bei 8 auf der Hinterfläche des Körpers 1 niedergeschlagen. Der Teil 4 des diffundierten Gebietes ist eine Einschlusszone und bildet den

wirksamen Teil der Diode.

Zur Herstellung dieser in Fig. 1 dargestellten

Diode wird von einer Halbleitermaterialscheibe 11 ausgegangen (F3g2a). Eine Hauptfläche 12 dieser Scheibe wird zur Aufnahme eines epitaktischen Niederschlags bearbeitet. Der Niederschlag

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der epitaktischen Schicht 13 wird durchgeführt (Fig. 2b), wobei das niedergeschlagene Material eine verbotene Bandbreite aufweist, die die der Scheibe überschreitet. Die Oberfläche l4 der Schicht 13 ist mit einer Schicht 15 aus Isoliermaterial überzogen, welche Isoliermaterialschicht für die Dämpfe der Dotierungseleraente undurchdringlich ist (Fig. 2d).

Durch das Fenster 16 wird eine Diffusion von

Dotierungsverunreinigungen aus einer diese Verunreinigungen enthaltenden Dampfphase durchgeführt (Fig. 2e). Die Diffusiontiefe muss grosser als die Dicke der epitaktischen Schicht sein. Das diffundierte Gebiet 17 definiert einen pn-Ubergang 18. Kontaktleiter werden durch Ablagerung von Metall auf den beiden Haupt flächen der Anordnung bei 19 und 20 hex^gestellt (Fig. 2f).

Nach einer besonderen Ausführungsforra des erfindungsgemässen Verfahrens besteht die Scheibe 11 aus Galliumarsenid vom ή -Typ, das mit Silicium mit einer

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Konzentration von 5·10 cm dotiert ist. Dxe epitaktische Schicht 13 besteht aus Gallium- und Aluminiumarsenld (Ga₁ Al As), wobei 0,Q5£ χ/0,4 und vorzugsweise χ = 0,1 ist, und diese Schicht ist durch Epitaxie in flüssiger Lösung in Gallium erhalten. Diese Schicht wird mit Schwefel

17 _3 oder Tellur mit einer Konzentration von 10 cm dotiert, wobei dieses Dotierungselement in gelöstem Zustand oder in der Dampfphase zugesetzt wird. Die Schicht I3 weist eine Dicke von 5 bis 10 ,um auf.

Eine dünne Schicht 15 aus Siliciumnitrid wird

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auf der Oberfläche der Schicht I3 niedergeschlagen und Fenster werden in dieser Siliciumnitridschicht durch Photoätzen nach den üblichen Verfahren freigelegt.

Die Diffusion wird in einer offenen Ampulle

aus einer Zinkquelle durchgeführt, die aus einem Zink-Gallium-Gemisch besteht. Die Temperatur der-Scheibe beträgt 76O⁰C; der Zinkdampf ist ein trockener Dampf und die Diffusionsdauer liegt in der Gröjssenordnung von 2 Stunden, um eine Diffusionstiefe zu erreichen, die tun 0,5 bis 1 ,um die Dicke de epitaktischen Schicht 13 überschreitet. Die mittlere Konzentration des diffundierten Gebietes liegt in der Grössen-

19
Ordnung von 10 Zinkatomen/cm-⁵ . Die Kontakt elektroden

können durch Niederschlagen von Aluminium hergestellt werden, das im Vakuum dui-ch das übliche Verfahren aufgedampft wird. Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung ist eine verbesserte Abwandlung der Anordnung nach Fig. 1. Diese besteht · aus einem Substrat 31 mit einer epitaktischen Schicht 32. Eine diffundiertes Gebiet 33» 34, 35 enthält zwei Zonen, und zwar eine mittlere Zone 33, 34, deren Teil 34, der den Übergang 36 bildet, der Teil 'ist, der durch Injektion, Einschluss und Rekombination von Trägern elektroluminesziez'end ist, und eine untiefe Oberflächenzone 35» die den Übergang

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bildet. Die Zone 33> 34 ergibt eine optimale Dotierungskonzentration für, die Lumineszenz und die Zone 35 eine Dotierungskonzentration, die· für die Kontaktierung mit Hilfe eines Metallniederschlags 38 optimal ist. Die Schicht 39 ist eine dünne lokalisierte Isolierschicht und die Schicht 40 eine

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dünne metallene Kontaktschicht. Es stellt sich heraus, dass der Übergang 36, der dem elelctrolumineszierenden Emissionsgebiet entspricht, vor etwaigen grossen elektrischen Strömen von dem übergang 37 geschützt wird, der eine grössere Oberfläche und einen niedrigeren Reihenwiderstand aufweistund in einem Material mit grösserer verbotener Bandbreite gebildet ist.

Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung weist in

gewissen Fällen Vorteile in bezug auf die nach Fig. 3 Sie enthält nämlich einen Körper, der aus einem Substrat 41 besteht, das mit einer ersten epitaktischen Schicht 5I überzogen ist, wodurch es möglich wird, einerseits für den Körper 41 ein preiswertes Material hoher mechanischer Güte und andererseits für die Schicht 51 ein Material hoher optoelektronischer Güte zu wählen. Eine zweite epitaktische Schicht 42 bedeckt die erste, aber weist eine andere Zusammensetzung auf. Diese Anordnung enthält, wie die vorhergehende ein diffundiertes Gebiet 43, 44, 45 mit zwei Zonen, und zwar einer mittleren Zone 43> 44, deren Teil 44 einen Übergang bildet und der elektrolumineszierende Teil ist, und einer untiefen Oberflächenzone 45, die einen Übergang 47 bildet. Die mittlere Zone 43, 44 ist derart dotiert, dass ein optimaler elektroluraineszierender Effekt erhalten wird} die Zone 45 ist derart dotiert·, dass eine optimale Kontaktmöglichkeit erhalten wird.

Nach einer in Fig. 5 dargestellten Abwandlung wird die Oberflächenzone 52 gemäss einer ringförmigen Fläche diffundiert, die in der Mitte den Oberflächenteil der

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Zone 53 der gleichen Dotierung wie den tieferen Teil derselben aussetzt.

Die Verfahren zur Herstellung von Anordnungen der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Art können die gleichen Bearbeitungen wie das an Hand der Figuren 2a bis 2f beschriebene Verfahren umfassen. Sie umfassen ausserdem eine zusätzliche Maskierungsbearbeitung und eine zusätzliche Diffusionsbearbeitung, die nach der Diffusion des wirksamen elektrolumineszierend^ Gebietes durchgeführt werden müssen, um die Kontaktzone zu erhalten. Die Herstellung der Anordnung nach Fig. 4 umfasst ausserdem eine dei-artige epitaktische Ablagerung in zwei Phasen, dass die doppelte epitaktische Schicht eine heterogene Zusammensetzung erhält.

Bei einer Ausführungsform mit der in :. . Fig. 4 dargestellten Struktur bestellt der Körper aus n-leitendem Galliumarsenid und ist mit Silicium mit einer Konzentration

17—3
von 5.10 cm dotiert.

Die ei-ste epitaktische Schicht besteht aus

Gallium- und Aluminiumarsenid_ (Ga Al As), wobei 0,1<y^O,2 ist, und ist durch Flüssigkeitsepitaxie erhalten. Diese

Schicht ist mit Schwefel mit einer Konzentration von 5·10 cnr dotiert. Die Dicke derselben beträgt 20 /um. Die zweite epitaktische Schicht besteht aus Gallium- und Aluminiumarsenid (Ga Al As), wobei 0,2<x<0,4 ist, und ist durch Flüssigkeitsepitaxie erhalten. Diese zweite Schicht ist mit Schwefel mit. einer Konzentration von 5·10 cm dotiert. Ihre Dicke beträgt 3 bis 5 /um.

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Das mittlere diffundierte Gebiet ist mit Zink

19 -3 mit einer mittleren Konzentration von 10 cm dotiert. Sein Durchmesser beträgt z_oB. 100 /Um. Die Oberflächenzone ist ebenfalls mit Zink mit einer Oberflächenkonzentration von 10 cm ^J dotiert; ihr Durchmesser beträgt z.B. 200 ,um.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

( 1.J Halbleiteranordnung mit heterogener Struktur mit

einer elektrolumineszierenden Diode, die einen Körper aus mindestens einem Material einer ersten verbotenen Bandbreite und mit elektrolumineszierenden Eigenschaften und eine epitaktisclie Schicht aus einem Material mit grösserer verbotener Bandbreite enthält, wobei der genannte Körper einen pn-Uber~ gang in der Nähe der Grenzfläche mit dei- genannten Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass weil die genannte epitaktische Schicht den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der genannte Körper aufweist, die Anordnung ein flaches Gebiet enthält, das von einer lokalisierten Fläche der Aussenobex"-fläche der genannten Schicht her diffundiert ist und einen Leitfähigkeitstyp aufweist, der dem des Körpers und der Schicht entgegengesetzt ist, welches Gebiet sich von der genannten Fläche her bis zu einer die Dicke der genannten Schicht überschreitenden Tiefe erstreckt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte diffundierte Gebiet eine Zone, daren tiefliegender Teil elektrolumineszierend ist, und eine für Kontaktmöglichkeiten bestimmte Oberflächenzone mit höherer Dotierung enthält.

3· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des wirksamen Gebietes zum Einschluss der Träger, zwischen der Fläche des Übergangs und der Grenzfläche zwischen dem Körper und der epitaktischen Schicht gerechnet, kleiner als die mittlere Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger in dem Material dieses Gebietes

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4. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Dicke des wirksamen Gebietes zwischen der Hälfte und dem Hundertstel der mittleren Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger liegt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper aus einem passiven Substrat besteht, das mit einer zweiten epitaktischen Schicht vom gleichen Leitfähigkeitstyp überzogen ist, in dar das elektrolumxneszierende wirksame Gebiet liegt, wobei das Material der epitaktischen flachen Schicht eine grössere verbotene Bandbreite als das Material der genannten zweiten Schicht aufweist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadui-ch gekennzeichnet, dass die Emissionsfläche die ebene Aussenoberflache der epitaktischen Schicht ist, und dass die genannte Emissionsfläche und die auf der von der genannten zweiten Schicht abgekehrten Seite liegende Oberfläche des Körpers ein Kontaktmittel in Form einer dünnen Metallschicht enthalten.

7· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,, dass der Körper aus n-leitendem Galliumarsenid und die epitaktische Schicht aus Gallium- und Aluminiumarsenid (Ga Al As) besteht, wobei 0,05^x^0,4 ist, wobei die genannte- zweite epitaktische Schicht aus Gallium- und Aluminiumarsenid (Ga₁ Al As) mit y^*x besteht.

1-y y ^

8. Verfahren zur Herstellung einer elektrolumines-

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zierenden Halbleiteranordnung heterogener Struktur nach Anspruch 1, bei dem eine epitaktische Schicht aus Halbleitermaterial mit einer ersten verbotenen Bandbreite auf einem Körper aus einem Material kleinerer verbotener Bandbreite niedergeschlagen wird, wobei ein pn-Ubergang in dem genannten Körper in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Körper und der niedergeschlagenen Schicht gebildet wird,'dadurch gekennzeichnet, dass die genannte epitaktische Schicht mit einer Dotierung abgelagert wird, die darin den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der genannte Körper herbeiführt, und dass nach der epitaktischen Ablagerung von einer lokalisierten Fläche der Aussenoberflache der genannten Schicht her eine Dotierungsverunreinigung diffundiert wird, die darin den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp herbeiführt, und zwar bis zu einer die Dicke der genannten Schicht etwas überschreitenden Tiefe.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Diffusion gemäss einer an die erste Diffusionsfläche grenzenden Fläche mit einer hohen Oberflächenkonzentration und bis zu einez* geringeren die Dicke der abgelagerten epitaktischen Schicht unterschreitenden Tiefe durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9 t dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ablagerung der genannten ersten epitaktischen Schicht auf dem Körper eine zweite epitaktische Schicht vom gleichen Leitfähigkeitsiryp niedergeschlagen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,

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dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagerung der zweiten Schicht und der ersten epitaktischen Schicht durch Epitaxie in flüssiger Lösung stattfindet, während die Diffusionsbehandlungen, die den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp herbeiführen, mit einer Dotierungsverunreinigung aus der Dampfphase durchgeführt werden.

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