DE2543471B2

DE2543471B2 - Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode

Info

Publication number: DE2543471B2
Application number: DE2543471A
Authority: DE
Inventors: Robert D. Los Altos Hills Burnham; Donald R. Los Ltos Scifres
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1974-10-29
Filing date: 1975-09-29
Publication date: 1980-07-10
Also published as: CA1043896A; DE2543471A1; JPS5165888A; US3954534A; DE2543471C3; NL7512244A; GB1499897A

Description

Die Erfindung bezieht sich atr ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode, die aus einem Halbleiterkörper besteht, der einen gewfr.oten Oberflächenbereich und einen zentrisch zu dem gewölbten Oberflächenbereich angeordneten, Licht erzeugenden pn-Übergang aufweist.

Verfahren der eingangs genannten Art sind aus der DE-AS 12 70 687, aus der DE-OS 14 89 529 sowie aus der DE-OS 14 89 530 bekannt. Die nach den bekannten Verfahren hergestellten Leuchtdioden weisen dabei eine Oberfläche von annähernd halbkugelförmiger Gestalt auf.

Den bekannten Verfahren zum Herstellen der Leuchtdiode ist gemeinsam, daß die halbkugelförmige Gestalt durch Bearbeiten eines Halbleiterrohlings, beispielsweise eines Gafliumarsenidkristalls, mittels eines Bohrkopfs erhalten wird, der mit einer halbkugelförmigen Aussparung versehen ist. Der Bohrkopf wird durch einen Ultraschallgenerator in Schwingungen in Richtung der Halbkugelachse versetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gut reproduzierbares Verfahren zur Herstellung der gewünschten Oberflächengestalt anzugeben.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß in ein Trägersubstrat eine der Wölbung des Halbleiterkörpers entsprechende Vertiefung ausgebildet wird, daß dann auf das Trägersubstrat eine erste Schicht aufgebracht wird, die aus einem Halbleitermaterial mit einem wesentlichen Gehalt an Aluminium besteht, daß darauf eine zweite, im wesentlichen kein Aluminium enthaltende Halbleiterschicht aufgebracht wird, die nach Herstellu' g des pn-Überganges den Halbleiterkörper bildet, und daß schließlich das Trägersubstrat mit den beiden Schichten in ein Säurebad gebracht wird, das

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^h(l bevorzugt die erste, Aluminium enthaltende Schicht auflöst und damit den Halbleiterkörper von dem Trägersubstrat trennt

Ate Folge des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Leuchtdiode ohne komplizierte Werkzeuge, wie beispielsweise Ultraschallbearbeitungswerkzeuge, hergestellt werden,dadie Vertiefungen im Trägersubstrat durch chemisches Ätzen gefertigt werden können. Die Vertiefungen können jedoch auch durch einen fokussierten Laserstrahl oder durch mechanisches 'Bohren gefolgt von chemischen Polieren hergestellt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung, bei einem Verfahrensschritt zur Herstellung von halbkugelförmigen Leuchtdioden;

Fig. IA eine halbkugelförmige Leuchtdiodenanordnung;

F i g. 1B den Endschritt bei der Herstellung der Anordnung _yor! Fig.! A, und

F i g. 2A bis 2D verschiedene Schritte bei der Bildung der Vorrichtung nach Fi g. 1.

Die F i g. 1 zeigt eine Anordnung mehrerer Leuchtdioden vor der Trennung von einem Trägersubstrat 2. Die Diodenanordnung besteht aus einer Schicht 3 aus einem 111-V-Halbleiu.Tmaterial eines Leitungsiyps, der halbkugelförmige Vertiefungen im Substrat 2 ausfüllt, und aus kleinen lokalisierten Bereichen 4 des entgegengesetzten Leitungstyps. Die Schicht 3 kann insbesondere vom η-Typ und die Bereiche 4 können vom p-Typ sein, während das Substrat 2 ebenfalls aus einem III-V-Halbleitermaterial besteht Zwischen der Diodenanordnung und dem Substrat 2 liegt eine dünne Schicht 5 aus einem aluminiumhaltigen Halbleiter-Material, das bevorzugt fortgeätzt wird, wenn die Vorrichtung von Fig. 1 in ein Säurebad eingetaucht wird, um die Diodenanordnung vom Substrat 2 zu trennen.

Besteht das Substrat 2 und die Schuht 3 aus GaAs, so besteht die Schicht 5 aus Ga_t _ ,AI₁As. Wenn dagegen das Substrat 2 und die Schicht 3 aus GaP ist, so ist die Schicht 5 aus GAi -»ΑΙ,Ρ. GaAlAs und GaAIP werden bevorzugt bezüglich GaAs und GaP mittels Säuren, wie beispielsweise Salzsäure und Flußsäure, geätzt, wobei das Aluminium, nicht dagegen das Gallium, mit der Säure reagiert. Die Säure wird allgemein so gewählt, daß sie mit dem Aluminium in der Schicht 5 reagiert, nicht jedoch mit dem Material der Gruppe III der Schicht 3 und des Substrats 2.

Die Konzentration ftf des Aluminiums sollte wenigstens etwa 0,05 betragen, was 2,5 Atomprozent des Ali'miniums entspricht. Je größer die Aluminiumkonzentration ist, desto schneller läuft die chemische Reaktion ab. Die Aluminiumkonzentration kann daher im Bereiche von etwa 0,05 bis etwa 1,0 liegen.

Die Geschwindigkeit der chemischen Ätzreaktion hängt auch von der Dicke der Schicht 5 ab. Gute Ergebnisse wurden mit einer Schicht 5 von etwa 3 pm Dicke erzielt. Bei Verringerung der Dicke der Schicht 5 bis hinunter zu etwa I μηι wird die Reaktion verlangsamt, da der geringere Abstand zwischen dem Substrat 2 und der Schicht 3 die Bewegung bzw. Diffusion des Ätziniltels vom Umfang der Schicht 5 aus. der sich in Berührung mit der Säure des Bades befindet, verlangsamt. Bei Vergrößerung der Dicke der Schicht 5 bis beispielsweise 10 pm und darüber wird die chemische Reaktion beschleunigt, da die Diffusion des

Ätzmittels in das Säurebad weniger stark gehindert wird. Eine Beschleunigung der chemischen Reaktion zwischen der Schicht 5 und der Säure des Bades kann ebenfalls dadurch erreicht werden, daß das Säurebad bewegt wird

Aufgrund der chemischen Ätzung der Schicht 5 wird die Diodenanordnung von dem Substrat 2 entfernt Da die Diodenanordnung in den halbkugelförmigen Vertiefungen im Substrat 2 gezogen worden ist (wobei nur die Schicht 5 als Zwischenschicht entfernt worden ist), sind die (in Fig. IA gezeigten) Oberflächen der Diodenanordnung glatt und weisen eine gute Kontur auf. Ferner wird das Substrat 2 nicht zerstört und kann erneut verwendet werden, um weitere Diodenanordnungen herzustellen.

Das Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung nach Fi g. 1 wird im Zusammenhang mit den Fi g. 2A bis 2D erläutert Ausgehend von einem im allgemeinen rechtwinkligen Substrat 2 werden halbkugelförmige Vertiefungen darin gebildet Die Vertiefungen können beispielsweise durch einen fokussieren Laserstrahl, durch chemisches Atzen oder durch mechanisches Bohren, gefolgt von chemischem Ätzen, gebildet werden. Beim chemischen Ätzungsprozeß wird ein positiver Photolack auf die obere Räche des Substrats, das vorzugsweise eine (111)- oder(100)-Kristallorientierung aufweist, aufgebracht Die entstandene photoempfindliche Schicht wird in den Bereichen belichtet in denen eine halbkugelförmige Diode gebildet werden soll. Dann gelangt ein Entwickler zur Anwendung, um die belichteten Bereiche der Schicht zu entfernen und um eine Maske 8 mit kreisförmigen Löchern 9 zu bilden, wie in Fig.2A gezeigt. Danach wird die maskierte Oberfläche mit einer Säure behandelt, die einen Teil des belichteten Substrats 2 fortätzt. Die Säure kann beispielsweise Schwefelsäure, Wasserstoffperoxid und Wasser enthalten. Die kreisförmigen Löcher 9 in der Maske 8 sind kleiner als die in dem Substrat 2 sich bildenden Halbkugeln, wie in Fig.2B gezeigt Wenn beispielsweise der Radius der Vertiefungen ungefähr 50 (im betragen soll, so sollte der Radius der

kreisförmigen Löcher 9 ungefähr 10 μηη betragen.

Durch Verändern der Lochgröße und der Ätztiefe können verschiedene Formen der Vertiefungen erzeugt werden.

Nach Entfernung der Maske 8 werden dann

ίο nacheinander die Schichten 5 und 3 mittels Flüssigkeitsphasen-Epitaxialzüchtung erzeugt Dabei wird zunächst die Schicht 5 mit einer Dicke von etwa 5 μΐη und darauf die n-Typ-Schicht 3 mit einer Dicke von etwa 100 μίτι bezüchtet wie in Fig.2C gezeigt. Wegen der

halbkugelförmigen Vertiefungen 7 weist auch die Schicht 3 oberhalb der Vertiefungen 7 eine unregelmäßige Oberfläche auf, wie in Fig.2C gezeigt Diese Unregelmäßigkeiten werden beispielsweise durch Polieren entfernt und daraufhin wird die Vorrichtung in

einer ähnlichen Weise wie beim Ätzvorgang abgedeckt, um durch Diffusion einer ausgewählt α Verunreinigung Bereiche 4 und somit PN'-Übergänge ίύ 7m bilden, wie in F i g. 2D bei entfernter Maske gezeigt Bei einem Durchmesser der Halbkugeln von etwa 100 μΐη beträgt

der Durchmesser der PN-Übergänge etwa 25 μιη.

Nach Entfernung der Maske wird die Vorrichtung von F i g. 2D in ein Säurebad gebracht, wie vorstehend beschrieben. Die Säure ätzt bevorzugt die Schicht 5, um die Diodenanordnung vom Substrat 2 zu trennen, wie in

«ι F i g. 1B symbolisch gezeigt. Bei der Diodenanordnung kann das Licht in den freien Raum austreten, ohne zuerst durch ein Trägersubstrat laufen zu müssen. Die Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf die Herstellung einer Anordnung von mehreren Dioden

π beschrieben, sie kann jedoch auch zur Herstellung einzelner halbkugelförmiger Leuchtdioden angewendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode, die aus einem Halbleiterkörper besteht, der einen gewölbten Oberflächenbereich und einen zentrisch *> zu dem gewölbten Oberflächenbereich angeordneten. Licht erzeugenden pn-Obergang aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in ein Trägersubstrat eine der Wölbung des Halbleiterkörpers entsprechende Vertiefung ausgebildet wird, daß dann auf das Trägersubstrat, eine erste Schicht aufgebracht wird, die aus einem Halbleitermaterial mit einem wesentlichen Gehalt an Aluminium besteht, daß darauf eine zweite, im wesentlichen kein Aluminium enthaltende Halbleiterschicht aufgebracht wird, die nach Herstellung des pn-Oberganges den Halbleiterkörper bildet, und daß schließlich das Trägersubstrat mit den beiden Schichten in ein Säurebad gebracht wird, das bevorzugt die erste, Aluminium enthaltende Schicht auflöst und damit den Halbleiterkörper von dem Trägersubstrat trennt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat und die zweite Schicht aus GaAs bzw. GaP besteht, während die erste Schicht aus GaAlAs b?.w. GaAIP besteht

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Säurebad aus Salzsäure oder Flußsäure besteht

JO