DE2554029C2 - Verfahren zur Erzeugung optoelektronischer Anordnungen - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung optoelektronischer Anordnungen

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung optoelektronischer Anordnungen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein Verfahren dieser Art ist aus der DE-OS 23 47 481 bekannt.
  • Unter optoelektronischen Anordnungen sind lichtemittierende, sogenannte elektrolumineszierende Anordnungen und lichtverbrauchende, sogenannte photoelektrische Anordnungen zu verstehen. Dabei können aus Gallium-Aluminiumarsenid und Galliumarsenid im roten und im infraroten Bereich emittierende Dioden hergestellt werden.
  • Es ist bekannt (siehe z. B. die DE-OS 14 89 517), daß die optische Kopplung einer elektrolumineszierenden Anordnung mit dem umgebenden Medium dadurch verbessert werden kann, daß dem Kristall eine bestimmte Form gegeben wird, von der die vollkommenste und bekannteste eine Weierstrassche Kugel ist, die die Austrittsfläche der Lichtemission bildet und deren Weierstrasscher Punkt von der Strahlungsrekombinationszone eingenommen wird. Die Bildung eines vollkommenen Weierstrasschenen Systems aus Halbleitermaterial ist aber aufwendig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem einfachen Verfahren bei einer Ga1 - x Al x As-Scheibe mit konstantem x eine Mesastruktur zu ätzen. Dadurch ist es möglich, ein Weierstrassches System anzunähern.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig von der Orientierung des Kristalls durchführbar, eignet sich jedoch besonders gut bei Halbleiterscheiben, deren Hauptflächen gemäß den 100-Flächen orientiert sind.
  • Die chemische Wirksamkeit, die die Geschwindigkeit bestimmt, mit der GaAlAs einer bestimmten molaren Zusammensetzung geätzt wird, ist für einen bestimmten Leitfähigkeitstyp umso höher, je höher die Dotierungskonzentration ist, und bei gleicher Dotierungskonzentration für den P-Typ höher als für den N-Typ.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
  • Fig. 1a und 1b zwei Stufen der Herstellung einer elektrolumineszierenden Anordnung und
  • Fig. 2 eine zweite elektrolumineszierende Anordnung.
  • Nach den Fig. 1a und 1b wird von einer Halbleiterscheibe 1 aus Galliumarsenid ausgegangen, die einerseits durch ein N-leitendes schwach dotiertes (1016 cm-3 &ltN D &lt 2 · 1018 cm-3) Substrat 2 und andererseits durch eine epitaktische P-leitende stärker dotierte, insbesondere mit amphoterem Silicium dotierte (z. B. 1019 cm-3 &lt N A &lt 1020 cm-3 ) Schicht 3 gebildet wird.
  • Das Substrat 2 kann z. B. kreisförmig gestaltet sein, wobei sein Durchmesser dann in der Größenordnung von 300 µm liegt; die Dicke wird in einem Bereich von 100-150 µm gewählt.
  • Die Dicke der epitaktischen Schicht 3 ist mindestens gleich dem Zweifachen der Diffusionslänge der injizierten Träger; sie wird zwischen 30 und 80 µm gewählt.
  • Zwischen dem Substrat 2 und der Schicht 3 ist ein PN-Übergang 4 gebildet. Die Strahlungsrekombinationszone liegt auf der Seite der P-leitenden Zone und somit in der Schicht 3 und wird in der Figur durch die gestrichelte Linie 5 begrenzt.
  • Die Scheibe 1 ist mit ihrer Fläche 6, der zweiten Hauptfläche, 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 gegenüberliegende Fläche 8, die erste Hauptfläche, freigelassen wird (Fig. 1a).
  • Nun wird die Scheibe 1 in ein Bad eingetaucht, wodurch eine Anordnung der in Fig. 1b dargestellten Art erhalten wird. Das Ätzbad kann z. B. aus einem Gemisch aus 3 Volumenteile 50%iger Fluorwasserstoffsäure, 5 Volumenteile Salpetersäure mit einer Dichte von 1,38 g/cm3 und 3 Volumenteile Eisessigsäure bestehen.
  • Nach dieser Fig. 1b wird das Substrat 2 auf der Seite seiner freien Fläche 8 und auf der Seite der ebenfalls freien Seitenflächen 8 a einer Ätzung unterworfen, durch die seine Dicke herabgesetzt und am äußeren Umfang ein Teil entfernt wird, so daß der äußere Umfang dann eine abgerundete Form 8 b annimmt. Weiter hat die Schicht 3 ihr Umfangsgebiet 3 a verloren und es verbleibt nur ihr inneres Gebiet 3 b; die Fläche des Übergangs 4 ist also ebenso wie das Volumen der von der gestrichelten Linie 5 begrenzten Strahlungsrekombinationszone vermindert.
  • Dadurch ergibt sich eine Verbesserung im Wirkungsgrad, da in dem Teil 5 a der Strahlungsrekombinationszone, der mit dem Umfangsgebiet 3 a entfernt worden ist, die emittierten Photonen verloren gegangen wären.
  • Es sei bemerkt, daß in der Nähe des PN-Übergangs 4 das Substrat am Umfang abgerundete Teile 9 aund 9 b enthält, deren Abmessungen kleiner als die der abgerundeten Teile 8 a sind und die die Strahlungsemission nicht stören.
  • Fig. 2 zeigt die Herstellung einer weiteren Anordnung im Detail, wobei von einem Halbleiterkristall 1 aus Galliumarsenid ausgegangen wird. Dieser Kristall 1 enthält ein N-leitendes Substrat, dessen Teil 2 a eine konstante Dotierung aufweist und dessen Teil 2 b stärker dotiert ist, wobei die Dotierung des letzteren Teiles stetig von der Grenzfläche 2 c zwischen den genannten Teilen 2 a und 2 b an zunimmt.
  • Auf der äußeren Fläche des Teiles 2 b wird eine Schicht 3 vom P-Leitfähigkeitstyp abgelagert, deren Dotierungskonzentration ebenfalls regelmäßig von der Grenzfläche mit dem Teil 2 b zu ihrer äußeren Fläche 6, der zweiten Hauptfläche, hin, zunimmt.
  • Zwischen dem Substrat und der Schicht 3 ist der PN-Übergang 4 gebildet, während die Strahlungsrekombinationszone, die sich auf der Seite der P-leitenden Zone befindet, von der gestrichelten Linie 5 begrenzt wird.
  • Der Kristall 1 wird mit seiner Fläche 6 auf einem Träger 7 festgeschweißt, der z. B. ein Sockel vom Typ SOT 18 sein kann, der aus einem Material, das von den Säuren nicht angegriffen werden kann, insbesondere aus einer Legierung von Fe-Ni-Co besteht, das mit einer Goldschicht überzogen ist.
  • Der Kristall 1 wird 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 dargestellte Form erhalten, nach der der Teil 2 a vom N-Typ abgerundet ist und nach der der Teil 2 b seitlich geätzt wird, wobei die Schicht 3 vom P-Typ ebenfalls seitlich geätzt wird und eine kegelige Form annimmt. Dadurch werden die Fläche des PN-Übergangs 4 und das Volumen der Strahlungsrekombinationszone herabgesetzt, und die kegelige Form der Schicht 3 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 Ätzbad eingetaucht wird. In diesem Falle wird für den Ätzstrom pro mm2 geätzter Oberfläche 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 emittierte Strahlungsbündel dargestellt. Einige dieser Bündel F 1 und F 2 durchlaufen direkt die Zone 2 a des Substrats und können direkt aus der Anordnung heraustreten, während die übrigen Bündel F 3 und F 4 an der Fläche 6 oder an den Wänden der P-leitenden kegeligen Schicht reflektiert werden.
  • Dadurch, daß ein Teil des vom Übergang in entgegengesetzter Richtung emittierten Lichtes reflektiert wird, wird der Wirkungsgrad der Anordnung verbessert. Auch können gewisse Strahlungsbündel F 5, die die Seitenwände der Schicht 3 durchlaufen, in der geeigneten Richtung reflektiert werden, wenn die Oberfläche des Trägers 7 vergoldet ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Erzeugung optoelektronischer Anordnungen mit einer Mesastruktur, bei dem eine Halbleiterscheibe, die aus unterschiedlich dotierten Ga1 - x Al x As-Schichten mit 0 ≤ × &lt 0,3 besteht, einer die Mesastruktur bildenden Ätzbehandlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der Schichten bei konstantem x so gewählt wird, daß die Ätzgeschwindigkeit in einem Ätzbad, das Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure und Essigsäure enthält, von der ersten Hauptfläche zu der zweiten, die Mesastruktur begrenzenden Hauptfläche zunimmt, und daß die zweite Hauptfläche gegen das Ätzbad flächig abgedeckt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzbad die folgende Zusammensetzung aufweist:
2 bis 4, insbesondere 2,5 bis 3,5, Volumenteile 50%iger Fluorwasserstoffsäure, 3 bis 7, insbesondere 4 bis 6, Volumenteile Salpetersäure mit einer Dichte von 1,38 g/cm3 und 2 bis 4, insbesondere 2,5 bis 3,5, Volumenteile konzentrierte Essigsäure.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an die erste Hauptfläche angrenzende Schicht N-dotiert und die an die zweite Hauptfläche angrenzende Schicht P-dotiert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierungsgrad sowohl in der N-dotierten als auch in der P-dotierten Schicht konstant ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die N-dotierte Schicht aus zwei Teilschichten besteht, von denen die an die erste Hauptfläche angrenzende Teilschicht einen konstanten Dotierungsgrad und die andere Teilschicht einen demgegenüber höheren und stetig zunehmenden Dotierungsgrad aufweist, und daß die P-dotierte Schicht ebenfalls einen zur zweiten Hauptfläche stetig zunehmenden Dotierungsgrad aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzung durch das Anlegen einer äußeren elektrischen Spannung beschleunigt wird, wobei die negative Klemme der betreffendedn Spannungsquelle mit dem zu ätzenden Teil verbunden wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolytische Ätzstrom zwischen 10 und 50 mA pro mm2 geätzter Oberfläche liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe zur flächigen Abdeckung auf einem metallischen Träger angeordnet wird, der an der Abdeckfläche mit einem Edelmetall, insbesondere Gold, überzogen ist.
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