DE2554029A1 - Verfahren zur herstellung optoelektronischer anordnungen - Google Patents

Verfahren zur herstellung optoelektronischer anordnungen

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DE2554029A1 DE19752554029 DE2554029A DE2554029A1 DE 2554029 A1 DE2554029 A1 DE 2554029A1 DE 19752554029 DE19752554029 DE 19752554029 DE 2554029 A DE2554029 A DE 2554029A DE 2554029 A1 DE2554029 A1 DE 2554029A1
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Description

Or-v-w M. DAVID
iFAORi
i b > /
Anr.-e.dur.g vom»
1.
"Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Anordnungen"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Vorfahren zur Herstellung optoelektronischer Anordnungen, bei dem insbesondere von einer Halbleiterscheibe ausgegangen wird.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf die durch das erfindungsgernässe Verfahren hergestellten Anordnungen und auf die zum Durchführen dieses Verfahren erforderlichen Ätzbäder.
Unter optoelektronischen Anordnungen sind lichtemittierende, sogenannte olektrolumineszierende
- ar -
PHF. 74614' 24.11.75
«χ.
Anordnungen rind liclitverbraucliende, sogenannte photoelektrische Anordnungen zu verstehen»-
Es ist bekannt, dass Gallium-Alurainiumarsenid und Galliumarsenid jetzt vielfach bei der Herstellung von Halbleitern, insbesondere auf dem Gebiet der sogenannten Optoelektronik, verwendet werden und es dann ermöglichen, vor allem elektroluniineszierende, im roten und im infraroten Bereich emittierende Dioden zu erhalten.
Das aus Arsen, Gallium und Aluminium bestehende, einkristalline ternäre Halbleitermaterial, Ga1 Al.As, das eine derartige Zusammensetzung aufweist, dass die molare Menge χ an Aluminium in; bezug auf die Gesamtmenge an Aluminium und Gallium, die miteinander kombiniert werden, für eine entsprechende relative molare Menge 1-x an η-leitendem Gallium weniger als 0,34 beträgt, ermöglicht es, durch Diffusion von Zink Übergänge zu bilden, die bei der normalen Temperatur eine Strahlung erzeugen, deren Wellenlänge von χ abhängt· Diese Wellenlänge liegt für χ = 0,3 im roten Bereich.
Wenn χ £ 0 ist, ist das Material Galliumarsenid, das im infraroten Bereich emittiert. Die vorliegende Erfindung wird bei Galliumarsenid der Formel Ga1 Al As mit x=0 verwendet. .
I .—X X
Es ist bekannt, dass es wegen des hohen
pj-if "7h6lh 24.11.75
Wertes der Brechungszahl der Halbleiterkörper, vas einen niedrigen Wert des Brechuiigsgrenzvinkels mit sich bringt, besonders schwierig ist, das innerhalb eines Kristalls erzeugte Licht zu extrahieren.
Es ist bekannt, dass die Lichtextraktion, die als optische Kopplung einer Anordnung mit der Atmosphäre bezeichnet wird, dadurch verbessert werden kann, dass dem Kristall eine bestimmte Anzahl Formen gegeben wird, von denen die vollkommenste und die bekannteste die Form einer Weierstrassschen Kugel ist, die die Austrittsfläche der Lichtemission bildet und deren Weierstrasscher Punkt von der Strahlungsrekombinationszone eingenommen .wird, in der das genannte Licht erzeugt wird. Die Bildung eines vollkommenen Weierstrassehen Systems aus Halbleitermaterial ist aufwendig und kostspielig« Ausserdem ist dieses System durchaus nicht von Nutzen ..für die in entgegengesetzter Richtung emittierte Lichtfraktion, die zu der Vorderseite dor Anordnung hin reflektiert werden soll.
Die Erfindung schafft eine Lösung für diese Probleme.
Es wurden von der Anmelderin zahlreiche Untersuchungen in bezug auf Kristallformen und -strukturen durchgeführt, die für eine befriedigende optische Kopplung günstig sind und die zu massi-
PHF 74614
24.11.75
gen Kosten werden können.
Nach der Erfindung wird der Unterschied zwischen-den Geschwindigkeiten beim chemischen oder elektrolytischen Ätzen von Halbleitermaterialien je nach ihrem Typ oder ihrer Dotierungsart oder ihrem Herstellungsverfahren in Betracht gezogen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Anordnungen, bei dem von einer Halbleiterscheibe ausgegangen wird und das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Halbleitermaterial im wesentlichen aus Gallium-Aluminiumarsenid der allgemeinen Formel
AsAl Ga1 besteht, in dem die molare Aluminiunix 1-x '
menge χ weniger als 0,3 istj dass in der genannten Scheibe das genannte Material aus verschiedenen Schichten aufgebaut ist, und dass eine Ätzbehandlung in einem Bad durchgeführt wird, das Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure und Essigsäure enthält.
Vorteilhafterweise ist das das genannte Bad bildende Gemisch wie folgt zusammengesetzt:
2 bis 4 Volumenteile 50^-iger Fluorwasser
stoffsäure
3 bis 7 Volumenteile Salpetersäure mit einer.
Dichte von 1,38
2 bis 4 Volumenteile Eisessigsäure. Vorzugsweise wird der mittlere. Teil dieser Ariteilbereiche benutzt;
PHF 7 24.11.75
2,5 bis 3» 5 Volumen te lie 5O$-i'ger Fluorwasser- : - - := '·"■■■ "' ■-' stoffsäuve 4 bis 6 Völumenteile Salpetersäure mit einer
■ ' Dichte von 1,38 -''■ '"'· 2,5'bis 3*5 Volumenteile Eisessigsäure.
Es sei bemerkt,' dass diese Ätzbehändlung, unabhängig von der Orientation des Kristalls, durchführbar isti Sie eignet sich besonders gut zur Anwendung bei Kristallen j deren Hauptflächen gemäss den 100-Plachen orientiert sind. ·■..--■
ODie Oberfiäche der Anordnung ist tatsächlich passiviert, aenn neben einer vorzüglichen Reinigung Wird eine Oxidöchiciat sehr hoher Güte erhalten; diese Passivierungsfunktion ist von besonderem Nutzen für alle jiläriaj^e Halbleiters trukturen, bei denen die Oberflächen der Übergänge auf dem gleichen Pegel liegen.
Die Erfindung benutzt die Unterschied in chemische Wirksätnkei-fc eines Materials gleicher molarer Zusammensetzung, je nachdem das Material mehr oder weniger s't'ark dotiert ist«
Es ist im allgemeinen* bekannt, dass die chemische tfirk^amkeit, die die Geschwindigkeit bestimmt, mit der ein GaAsAl einer bestimmten molaren Zusammensetzung" geätzt wirdV für einen bestimmten Leitfahlgikeit'st3'-p umso höher ist* je höher die Do-
PHF '
24.11.75
tierungskonzentration ist, und bei gleicher Dotie- r rungckqnzentration für den p-Typ höher als für den η-Typ ist. . ' ·
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird in einer Scheibe mit einer vorzugsweise dicken Schicht mit einer praktisch konstanten Zusammensetzung in der Nähe einer freien Hauptfläche, wobei die Seitenflächen wenigstens teilweise frei gehalten werden, dem äusseren Umfang der genannten freien Fläche die Form einer gekrümmten Linie gegeben, die der eines Kreisbogens nahekommt} gegebenenfalls wird dieser freien Fläche die Form eines Doms gegeben. Es muss klar sein,, dass sich diese Möglichkeit gerade daraus ergibt, dass die genannte Ätzlösung auf nahezu äquivalente. Ifeise alle Kristallflächen angreift. .
ßtirch die Wahl der Abmessungen des Substrats, iiisbesondei-e seiner Dicke in bezug auf die Abmessungen der Hauptflächen, und Somit der Dauer der Ätzbehändiung käfin ein Diopter erhalten werden, das z.Bj e'iii optisches System bilden oder ein Teil eines soi6heii Syst^inß sein, kahnj das den Austritt der tiiiför* iri d§r geöeh'iehteten Seheibe emittierten Lieiitstrahien iib§ir diesö freie öo gdstaitete
Fläche ffSräert 4 ' > ;"- ^i
aiigemeineh ist e§ iäöi dieäem Vorgang
;* ν ψ -r* :■ ->?■& a ■-■: 1
PHF -
2h.11.75
günstig, dass die der genannten Hauptfläche gegenüberliegende Fläche, die modelliert werden soll, entweder durch, eine andere Schicht oder durch das Vorhandensein einer Trägerschicht oder auf irgendwelche andere Weise maskiert wird, um zu vermeiden, dass die genannte gegenüberliegende Fläche angegriffen wird.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird in einer Scheibe eine Schicht gebildet, die entweder durch den Typ oder durch die Konzentration ihrer Dotierung leichter als wenigstens eine der an sie grenzenden Schichten an gegriffen wird. So kann der Flächeninhalt- dieser Schicht in bezug auf den der benachbarten Schichten und somit z.B. der Flächeninhalt ihres Übergangs mit einer angrenzenden Schicht herabgesetzt und eine Strahlungsrekombinationszone mit beschränktem Flächeninhalt gebildet werden, die sich an günstigen Punkten eines optischen Systems befindet, das auf anderem Wege oder gleichzeitig gebildet wird.
Insbesondere kann von einer Scheibe ausgegangen werden, die ein dickes Substrat mit geringer Reaktivität z.B. vom n-Leitfähigkeitstyp enthält, das schwach dotiert ist (10 cm"J J^ ND < 2. 10 cm"J) und auf dem sich
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eine epitaktisclie Schicht vom p-Leitf äliiglceitstyp befindet, die stärker, z.B. mit Silicium, dotiert ist (1O19 cm"3 < N. < 1020 cm"3).
Es ist bekannt, dass bei einem derartigen Gebilde die Strahlungsrekombinationszone, von der das Licht emittiert wird, in dem p-leitenden Gebiet liegt. Die Erfahrung zeigt, dass mit gut gewählten Abmessungen, z.B. mit einer kx-eisf örmigen Scheibe aus GdAs mit einem Durchmesser in der GrossenOrdnung von 200Cbis 4OO/um, die aus einem Substrat mit einer Dicke von. 100 bis I50 /um besteht, auf dem sich eine epitaktische Schicht vom p-Typ mit einer Dicke von 30 bis 80 /um befindet, durch eine einzige Ätzbehandlung das Umfangsgebiet der p-leitenden Schicht über eine Tiefe von 20 bis 50 /um entfernt und die freie Fläche des η-Substrats in eine Form gebracht werden kann, ,die der eines Kugelteiles sehr nahekommt .
Wegen dieser Kugelform und der Positionierung des Übergangs ist die optische Kopplung der verbleibenden Strahlungszone ausgezeichnet; dagegen würde das entfernte Gebiet eine schlechte optische Kopplung aufweisen und elektrische Energie verbrauchen. Der Wirkungsgrad wird auf diese Weise verbessert.
Mit anderen Worten: dadurch, dass der Flächeninhalt der Übergangs herabgesetzt werden
PHF
24.11.75
kann, kann die Dichte emittierter· Photonen für einen bestimmten Strom vergrössert werden, was wichtig ist,
Es kann vorteilhaft sein, die genannte Ätzbehandlung nach der Montage der Scheibe auf einem in bezug auf die vorgeschlagene Lösung inerten Träger oder Sockel oder nach der Bildung des hinteren Kontakts der Scheibe durchzuführen, wenn dieser nicht von der genannten Lösung angegriffen wird, wodurch unmaskierte Ätzung der Teile möglich ist und vermieden wird, dass sich eine Abrundung auf der dem Übergang gegenüberliegenden Oberfläche der p-leitenden Schicht bildet.
Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird eine Scheibe gebildet, die mindestens eine Schicht enthält, deren Dotierungskonzentration sich allmählich von einer ersten Hauptfläche der genannten Schicht zu einer zweiten der ersten gegenüberliegenden Hauptfläche ändert, wobei die Dauer der Ätzbehandlung derart geregelt wird, dass die Seitenfläche der genannten Schicht einen spitzen Winkel mit der Ebene der genannten ersten Hauptfläche und einen stumpfen Winkel mit dex* Ebene der genannten zweiten Hauptfläche.einschliesst.
Es versteht sich, dass der betreffende Winkel der öffnungswinkel an der Seite der Anordnung und nicht das Supplement desselben ist-
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PHF 7^614 2 Ji „11.75
Bel dieser Ausführungsf ox"iu können nach der Erfindung Kegelstumpfformen oder der Form eines Kegelstumpfes nahekommende Formen erhalten werden, die sich besonders gut zur Reflexion eignen.
Eine derartige so in Form gebrachte Schicht bildet ein optisches Element, das, wenn es der Austrittsfläche des Lichtes gegenüber angeordnet ist, von der entsprechenden Seite her einen Teil des von dem übergang emittierten Lichtes in einer der der genannten Austrittsfläche entgegengesetzten Richtung zurücksendet. Zum guten Verständnis des betreffenden nach der Erfindung erhaltenen Vorteils soll darauf hingewiesen werden, dass in dem anfänglich von der Strahlungsrekombinationszone in der dem Übergang entgegengesetzten Richtung emittierten Lichtbüiidel das unter einem Einfallswinkel kleiner als der Grenzwinkel emittierte Bündel beim Fehlen einer reflektierenden Schicht ver-( loren geht, während der verbleibende Teil aes Bündels einer Totalreflexion unterworfen wird." Wenn die Seitenflächen dieser kristallinen Schicht mit der Hauptfläche einen geraden ¥inkel einschliessen, geht dieses reflektierte Bündel, das wegen des niedrigen Wertes des Grenzwinkels θ 1 von GaI-lium-Aluminiumarsenidverbindungen infolge ihrer hohen Brechungszahl η (für GaAs η = 3,6 und 9 1=
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16,2°) besonders wichtig ist, entweder durcli Austritt über die Seitenflächen für das Bündel unter dem anfänglichen Einfallswinkel -^- - Θ.. oder für den verbleibenden Teil des Bündels durch das Einfangen innerhalb des Kristalls und Absorption durch diesen Kristall nach aufeinanderfolgenden Totalreflexionen völlig verloren.
Venn die Seitenflächen dieser kristallinen Schicht mit der der Austrittsfläche gegenüberliegenden Hauptfläche einen stumpfen Winkel CX einschliessen, kann eine liichtvernachlässigbare Fraktion des verbleibenden Bündels, die nahezu dem Wert des Grenzwinkels proportional ist, über die Austritts-* fläche aus dem Kristall heraustreten. Für bestimmte Werte des Grenzwinkels θ 1 und des Winkels (X ist die Fraktion des von einer punktförmigen Quelle emittierten Bündels, die somit auf günstige Weise, heraustreten kann, die 'Fraktion, deren Einfallswinkel zu der der Austrittsfläche gegenüber liegenden Hauptfläche zwischen 2 o( - ΊΓ und 2 (X - Jf + Q χ liegt. Wenn die Seitenflächen gemäss einer Kurve in Form einer Aushöhlung gestaltet werden, wird die optische Kopplung des Kristalls mit der Atmosphäre noch weiter verbessert. Diese Form kann durch sorgfältige Regelung der Änderung der Dotierung der aufeinanderfolgenden Teile der genannten epitak-
PHF ηΗ6Λΐ 24.11.75
tischen Schicht erhalten werden.
Die drei oben beschriebenen Ausführungsformen können gleichzeitig bei demselben kristallinen Gebilde verwendet werden, um eine bestimmte Anordnung zu bilden. Auf einem η-leitenden Substrat, dessen Dotierungskonzentration gering und sehr konstant ist, wird, wenigstens über eine bestimmte Dicke von der Seite der ersten Hauptfläche her, die freigelassen wird, auf der der ersten gegenüber liegenden zweiten Hauptfläche dieses Substrats eine pleitende Schicht gebildet, deren Dotierungskonzentration von der Oberfläche der genannten Schicht an der Grenzfläche mit dem genannten Substrat zu der gegenüber liegenden Fläche der genannten Schicht zunimmt. Die Dauer der Äipzbehandlung wird derart geregelt, dass das Profil des genannten n-leitenden Substrats von der Seite der freien Fläche her in der Nähe der freien Fläche die Form einer gekrümmten Linie annimmt, die der eines Kreisbogens nahekommt, während der Flächeninhalt der Grenzfläche und somit der Strahlungsrekombinationszone, die das Licht emittiert, herabgesetzt wird, wobei das Profil der p-leitenden Schicht trapezförmig wird. Auf diese Weise ist die optische Kopplung maximal. Die Dotierungskonzentration des n-leitenden Substrats kann vorzugsweise zwischen 10 und
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PHF
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2 . 10 Verunreinigungsatoraen/cm liegen und die p-leitende Schicht kann eine Konzentration an SiIiciumatomen aufweisen, die von einem Wert zwischen 5 . 10 und 10 Atomen/cm an der Grenzfläche
-I Q PO *^
auf einen Wert zwischen 10 und 10 Atomen/cm an der genannten Grenzfläche gegenüber liegenden Oberfläche der genannten Schicht zunimmt.
Vorteilhafterweise kann das n-leitende
Substrat selber eine η-leitende epitaktische Schicht enthalten, die stärker als der Ausgangskristall dotiert ist und gegebenenfalls eine Dotierungskonzentration aufweist, die von dem Ausgangssubstrat an zunimmt. Durch das Vorhandensein dieser Schicht mit einer höheren Dotierungskonzentration nimmt die Anzahl von der η-leitenden Zone zu der p-leitendeaZone diffundierter Träger zu, wodurch auch die Anzahl· Strahlungsrekombinationen zunimmt. Die Lichtemission ist also grosser, während der Ausgangskristall es ermöglicht, für die Austrittsfläche die Doriform zu erhalten. Ausserdem wird, weil die stark dotierte Schicht seitlich schneller als der Ausgangskristall geätzt wird, umso mehr als die epitaktisch ist, und die ursprünglichen epitaktischen Schichten schneller als die bearbeiteten Kristalle in der Masse ätzbar sind, der Flächeninhalt der Strahlungsrekombinationszone leichter herabgesetzt. In dieser n-leitendcn
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Scliiclit rait zunehmender' Dotierungskonzentration kann die Siliciumkonzentration von einem Wert zwischen
17 17 3
10 und 5 · 10 Atomen/cm in der Nähe der Grenzfläche mit dem genannten η-leitenden Substrat auf
-IO Λ O O
einen ¥ert Zivischen 10 und 5 · 10 Atomen/cm in der Nähe der Grenzfläche mit der genannten pleitenden Schicht zunehmen.
Die chemische Ätzung kann dui"ch das Anlegen einer elektrischen äusseren Spannung beschleunigt werden, wobei die negative Klemme der betreffenden Spannungsquelle mit dem zu ätzenden Teil verbunden wird. Vorzugsweise liegt der elektro-
2 lytische Strom zwischen 10 und 50 mA pro mm geätzter Oberfläche.
Im allgemeinen ist es günstig, den genannten zu ätzenden Ki-istall auf einem wenigstens teilweise metallischen Träger anzubringen, von dem wenigstens die metallischen Teile mit einem Edelmetall, z.B. Gold, überzogen sind.
Es ist ganz klar, dass die vorliegende Erfindung, die zur Herstellung elektrolumineszierender Anordnungen verwendet wird, auch zur Herstellung optoelektronischer Anordnungen zum Empfangen von Licht verwendet werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise näher erläu-
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255Λ029
PHF
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tert. Es zeigen:
Figuren 1a und 1b zwei Stufen der Herstellung einer elementaren elektrolumineszierenden Anordnung, die durch das erfindungsgeinässe Verfahren erhalten ist, und
Fig. 2 die Herstellung einer solchen Anordnung im Detail.
Nach den Figuren 1a und 1b wird von einer Halbleiterscheibe 1 aus Galliumarsenid ausgegangen, die einerseits durch ein η-leitendes schwach dotiertes (10 cm""3 < ND <2.1018 cm"3) Substrat 2 und andererseits durch eine epitaktische p-leitende stärker dotierte, insbesondere mit amphoterem Silicium dotierte (z.B. 101^ cm"3 < N <102° cm"3)
«ti.
Schicht 3 gebildet wird.
Das Substrat 2 kann z.B. kreisförmig gestal tet sein, wobei sein Durchmesser dann in der Grossen ordnung von 300 /um liegt; wegen der mechanischen Festigkeit und auch wegen der Proportionalität zwischen der Geschwindigkeit und der Tiefe der chemischen Ätzung in seitlicher und in transversaler Richtung muss ein Verhältnis zwischen dem Wert des Durchmessers des Substrats und dem Wert seiner Dicke bestimmt werden; daher wird die Dicke des genannten Substrats in einem Bereich von 100 - Λ50 ,Vita gewählt.
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Um die Dicke der epitaktischen Schicht 3 zu bestimmen, wird die Tatsache in Betracht gezogen, dass die injizierten Träger in der genannten Schicht rekombinieren; daher ist die Dicke mindestens gleich dem Zweifachen dor Diffusionslänge der genannten Träger; zum Erhalten einer genügenden Ätzung diese Dicke aber grosser sein; daher wird diese Dicke im allgemeinen zwischen 30 und 80/um, z.B. gleich 30/um, gewählt.
Infolge der Tatsache, dass die Leitfähigkeitstypen des Substrats 2 und der Schicht 3 einander ent" gegengesetzt sind, wird der Übergang k gebildet. Die Strahlungsrekombinationszone liegt auf der Seite der p-leitenden Zone und somit in der Schicht 3 und wird in der Figur durch die punktierte Linie 5 begrenzt.
Die Scheibe 1 ist mit ihrer Fläche 6 auf einem Träger 7 festgeschweisst, der aus einem Material, das nicht von den Säuren angegriffen werden kann, z.B. aus einer Legierung Fe-Ni-Co, besteht, das mit einer Goldschicht überzogen ist, wobei die der Fläche 6 gegenüber liegende Fläche 8 freigelassen wird (Fig. 1a).
Nun wird die Scheibe 1 in ein Bad der obenbeschriebenen Zusammensetzung eingetaucht, wodurch eine Anordnung der in Fig. 1b dargestellten Art er-
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halten wird« Das Ätzbad kann z.B. aus einem Gemisch aus 3 Volumenteiler50%-iger Fluorwasserstoffsäure, 5 Volumenteile Salpetersäure mit einer Dichte von 1,38 und 3 Volumenteile Eisessigsäure besteben.
Nach dieser Fig. Ib wird das Substrat 2 auf der Seite seiner freien Fläche 8 und auf der Seite der ebenfalls freien Seitenflächen 8a einer ızung unterworfen, durch die seine Dicke herabgesetzt und am äussersri Umfang ein Teil 2a entfernt wird, wobei der genannte aussere Umfang dann eine angerundete Form 8b annimmt. Weiter hat die Schicht 3 ihr Unifangsgebiet 3a verloren und verbleibt nur ihr inneres .Gebiet 3b; der Flächeninhalt des Übergangs h ist also herabgesetzt, während der Flächeninhalt der von der punktierten Linie 5 begrenzten Strahlungsrekombinationszone ebenfalls herabgesetzt ist.
Vom elektrischen Standpunkt ergibt diese Ätzbehandlung eine Verbesserung} für einen Strom gleich dem einer üblichen Anordnung ist der Wirkungsgrad erhöht, weil in dem Teil 5a der Strahlungszone, der zugleich mit dem Teil 3a entfernt worden ist, die emittierten Photonen verloren gegangen wäx*en.
Es sei bemerkt» dass in der Nähe des Übergangs h das Substrat am Umfang angerundete Teile 9a
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PHF 7 24.11.75
und 9t> enthält, deren Abmessungen kleiner als die der abgerundeten Teile 8a sind und die durch, die Ätzbehandlung erhalten sind, aber die die Strahlungsemission nicht stören.
Fig. 2 zeigt die Herstellrmg einer solchen Anordnung im Detail, wobei von einem Halbleiterkristall 21 aus Galliumarsenid ausgegangen wird. Dieser Kristall 21 enthält ein η-leitendes Substrat 22, dessen Teil 22a eine konstante Dotierung aufweist und dessen Teil 22b stärker dotiert ist, wobei die Dotierung des letzteren Teiles regelmässig von der Grenzfläche 22c zwischen den genannten Teilen 22a und '22b an zunimmt.
Auf der äusseren Fläche des Teiles 22b wird eine Schicht 23 vom p-Leitfähigkeitstyp abgelagert, deren Dotierungskonzentration ebenfalls regelmässig von der Grenzfläche mit dem Teil 22b zu ihrer äusseren Fläche Zh zunimmto
Infolge der Tatsache, dass die Leitfähigkeitstypen des Substrats 22 und der Schicht"23 einander entgegengesetzt sind, wird der Übergang 25 gebildet, während die Strahlungsrekombinationszone, die sich auf der Seite der p-leitenden Zone befindet, von der punktierten Linie 26 begrenzt wird.
Der Kristall 21 wird mit seiner Fläche Zh auf einem Träger 2? festgeschweisst, der z.B. ein
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PHF
Zk.11.73
Sockel vom Typ SOT 18 sein kann, der aus einem Material, das von den Säuren nicht angegriffen werden kann, insbesondere aus einer Legierung von Fo-Ni-Co besteht, das mit einer Goldschicht überzogen ist.
Nach der Erfindung wird der Kristall 21 dann in einem Bad der oben bereits beschriebenen Art geätzt, wobei die Zeitdauer der genannten Ätzbehandlung in der Grössenordnung von 15 bis 20 Sekunden liegt. Dabei wird die in Fig.2 definierte Form erhalten, nach der der Teil 22a vom η-Typ abgerundet ist und nach der der der Teil 22b seitlich geätzt wird, wobei die Schicht 23 vom p-Typ ebenfalls seitlich geätzt wird und eine kegelige Form annimmt. Unter diesen Bedingungen werden der Flächeninhalt des Übergangs 25 und das Volumen der Strahlungsrekombinationszone 26 herabgesetzt, aber die kegelige Form der Schicht 23 .erleichtert die Reflexion der Strahlung und begünstigt also die Emission der genannten Strahlung nach aussen.
Die Ätzung des Kristalls kann weiter noch dadurch begünstigt werden, dass eine elektrolytische Ätzbehandlung durchgeführt wird, wobei der genannte Kristall, der in dasselbe Ätzbad eingetaucht wird, mit der negativen Klemme, einer Speisequelle verbunden wird, deren positive Klemme mit einer Platinelektrode verbunden wird, die ebenfalls in das Ätz-
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PHF 746-14 24.11.75
bad eingetaucht wii-d. In diesem Falle wird für den Ätzstrora ein Wert zwischen 10 und 50 mA, z.B. gleich 30 mA, gewählt, während die Dauer der chemischen Ätzbehandlung höchstens zehn Sekunden beträgt.
In Fig. 2 sind einige von der Strahlungszone 26 emittierte Strahlungsbündel dargestellt. Einige dieser Bündel F und F_ durchlaufen direkt die Zone 22a des Substrats 22 und können unter Berücksichtigung der Gesetze der Optik aus der Anordnung heraustreten, wahrend die übrigen Bündel F~ und F· an der Fläche 24 oder an den Wanden der p-leitenden kegeligen sich insbesondere zur Reflexion eignenden
■'.-.-- - ■ ■ ·■■■.- ϊ - * ' ■ ' " ' " Schicht reflektiert werden.
Infolgedessen wird gefunden, dass durch die erfindungsgemässe Ätzbehandlung von der entsprechenden Seite her ein Teil des vom Übergang in entgegengesetzter Richtung emittierten Lichtes also zurückgesandt werden kann, wodurch somit der Wirkungsgrad erhöht werden kann. Auch kann berücksichtigt werden, dass, weil die Oberfläche des Trägers 27 vergoldet ist, gewisse Strahlungsbündel F_, die die Seitenwände der Schicht 23 durchlaufen, in der geeigneten Richtung reflektiert werden und sich an der Erhöhung des Wirkungsgrades der Anordnung beteiligen.
609824/0745

Claims (2)

  1. PHF 7
    2h . 11.75
    Patentansprüche;
    Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Anordnungen, bei dem insbesondere von einer Halbleiterscheibe ausgegangen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial im wesentlichen aus Gallium-Aluminiumarsenid der allgemeinen Formel AsAl Ga„ besteht, in dem die molare Aluminiummenge χ weniger als 0,3 ist; dass in der genannten Scheibe das genannte Material aus verschiedenen Schichten aufgebaut ist, und dass eine Ätzbehandlung in einem Bad durchgeführt wird, das Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure und Essigsäure enthält.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das das genannte Bad bildende Gemisch die folgende Zusammensetzung aufweist:
    2 bis 4 Volumenteile 50$>-iger Fluorwasser
    stoffsäure
    3 bis 7 Volumenteile Salpetersäure mit einer
    Dichte von 1,38
    2 bis 4 Volumenteile Eisessigsäure.
    3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Gemisch die folgende Zusammensetzung aufweist:
    2,5 bis 3,5 Volumenteile 50^-iger Fluorwasserstoffsäure
    4 bis 6 Volumenteile Salpetersäure mit einer
    609824/0745
    - ZZ -
    PHF ~ 24.11.75
    Dichte von 1,38
    2,5 bis 3,5 Volumenteile Eisessigsäure. hm Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Scheibe mindestens eine Schicht enthält, von der eine erste Hauptfläche maskiert ist, während die zweite Hauptfläche, die der ersten gegenüber liegt, und wenigstens ein Teil der Seitenflächen, die an die genannte zweite Hauptfläche grenzen, frei sind, und dass die Zeitdauer der Ätzbehandlung derart geregelt wird, dass das Profil der genannten Schicht wenigstens in der Nähe des äusseren Umfangs der genannten zweiten Hauptfläche die Form einer gekrümmten Linie annimmt.
    5· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Scheibe mindestens eine erste Schicht enthält, von der mindestens eine der Hauptflächen Maskierungselemente trägt, während die Seitenflächen frei sind, und dass die Zeitdauer der Ätzbehandlung derart geregelt wird, dass der Flächeninhalt der· genannten eisten Schicht in bezug auf den Flächeninhalt des Maskierungsele·*· ments herabgesetzt wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Schicht p-leitend ist, und dass mindestens eines der Maskierungselemente eine
    609824/0745
    PHF
    24.11.75
    η-leitende Schicht ist.
    7· Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Schicht eine bestimmte Dotierungskonzentration aufweist, während mindestens eines der Maskierungselemente aus einem Halbleitermaterial mit einer niedrigeren Dotierungskonzentration besteht.
    8. Verfahren nach den Ansprüchen 4, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Scheibe ein η-leitendes Substrat enthält, von dem eine erste Fläche frei ist, während seine zweite Fläche eine p-leitende Schicht trägt, deren Aussenflache selber maskiert ist} dass die Seitenflächen frei sind, und dass die Zeitdauer der Ätzbehandlung derart geregelt wird, dass das Profil des genannten Substrats wenigstens in der Nähe des äusseren Umfangs der genannten ersten Fläche die Form einer gekrümmten Linie annimmt, während der Flächeninhalt der genannten p-leitenden Schicht erheblich herabgesetzt wird.
    9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Scheibe mindestens eine Schicht enthält, deren veränderliche Dotierungskonzentration von einer ersten Hauptfläche der genannten Schicht zu einer zweiten Hauptfläche dieser Schicht, die der ersten
    609824/0745
    -ZM-
    PHF
    Zh.11.75
    gegenüber liegt, zunimmt, und dass die Dauer der Ätzbehandlung derart geregelt wird, dass die Seitenfläche der genannten Schicht eine spitzen Winkel mit der Ebene der genannten ersten Hauptfläche und einen stumpfen Winkel mit der Ebene der genannten zweiten Hauptfläche einschliesst.
    10. Verfahren nach den Ansprüchen k rind 9» dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Scheibe ein η-leitendes Substrat enthält, dessen Dotierungskonzentration wenigstens über eine bestimmte Dicke auf der Seite der ersten Hauptfläche praktisch konstant ist; dass die genannte erste Hauptfläche freigehalten wird, während die zweite Hauptfläche, die der ersten gegenüber liegt, eine p-leitende Schicht trägt, deren Dotierungskonzentration von der Fläche der genannten Schicht an der Grenzfläche mit dem genannten Substrat zu der gegenüberliegenden Fläche der genannten Schicht zunimmt, und dass die Dauer der Ätzbehandlung derart geregelt wird, dass das Profil des genannten η-leitenden Substrats auf der Seite der freien Fläche wenigstens in der Nähe des äusseren Umfangs der genannten freien Fläche die Form einer gekrümmten Linie aufweist, während das Profil der p-leitenden Schicht trapezförmig wird. 11. ' Verfahren nach Ansprueh 10, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte η-leitende Substrat auf
    609824^0745
    ? R." λ η ? 9
    -ZS-
    PHF 1JhUH
    2h.11.75
    der Seite der genannten zweiten Hauptfläche, die der ersten gegenüber liegt, eine Schic lit enthält, deren Dotierungskonzentration höher als die Dotierungskonzentration der ursprünglichen Schicht des Substrats ist.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das η-leitende Substrat aus
    Galliumarsenid besteht, das über seine Dicke eine praktisch konstante Dotierungskonzentration mit
    einem ¥ert zwischen 10 und 2 . 10 Dotierungsatomen/cin aufweist, während die Schicht eine Dotierungskonzentration aufweist, insbesondere eine Siliciumdotierungskonzentration, die von einem Wert
    17 17 3
    zwischen 10 und 5 · 10 Dotierungsatomen/cm in der Nähe der Grenzfläche mit dem genannten n-lei-
    1R
    tenden Substrat auf einen Wert zwischen 10 und
    5 . 10 Dotierungsatomen/cm zunimmt, und dass die p-leitende Schicht eine Konzentration an Siliciumatomen aufweist, die von einem Wert zwischen
    5 . 10 und 10 Atomen/cm an der Grenzflache
    19 20 / 3
    auf einen Wert zwischen 10 und 10 Atomen/cm
    an der der Grenzfläche gegenüber liegenden Fläche der genannten Schicht zunimmt.
    13* Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzting durch das Anlegen einer äiissoren elektrischen Spannung bo~
    609824/0745
    PHF 7;"·ό·Τ Zk . 11.73
    schleunigt wird, wobei die negative Klcimme der betref fenden Spannungsquelle mit dem zu ätzenden Teil verbunden wird.
    lh. Verfahren nach Anspruch ~\3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrolytische Ätzstrom zwischen
    2
    10 und 50 m-A- pro mm geätzter Oberfläche liegt.
    15· Verfahren nach Ansprussh 1, dadurch gekennzeichnet, dass der· genannte zu ätzende Teil vorvher auf einem Träger angeordnet wird, der wenigstens teilweise metallisch ist und von dem wenigstens die metallischen Teile mit einem Edelmetall überzogen sind«
    16. Verfahren nach Anspruch 15> dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Edelmetall Gold ist. 17· Optoelektronische Halbleitei'anOrdnung, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 erhalten ist.
    8 Z k f Q 1 '
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