DE2608562A1

DE2608562A1 - Halbleiteranordnung zum erzeugen inkohaerenter strahlung und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2608562A1
Application number: DE19762608562
Authority: DE
Inventors: Teunis Van Dongen; Rudolf Paulus Tijburg
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-03-11
Filing date: 1976-03-02
Publication date: 1976-09-23
Also published as: FR2304181A1; DE2608562C2; NL176323C; GB1535082A; NL7502844A; IT1062440B; CA1053356A; FR2304181B1; AU1184376A; AU501092B2; US4032944A; JPS51113479A

Description

ΓΙΙΝ.7937
Va/E-Ρ/VOOR •7-? -1976

c^^-i·■■;-- "_;. ->-\V!D 2808562

"Halbleiteranordnung zum Erzeugen inkohärenter Strahlung und Verfahren zu deren Herstellung"

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnungzum Erzeugen inkohärenter elektromagnetischer Strahlung mit einem Halbleiterkörper mit mindestens einer Diode mit einem pn-Ueber¹ gang, der, wenn er in der Durchlassrichtung vorgespannt ist, Rekombinationsstrahlung emittieren kann, wobei der Halbleiterkörper ein Substratgebiet von einem ersten Leitungstyp enthält, das mit einer an dieses Substratgebiet und an eine erste praktisch ebene Oberfläche des Körpers
grenzenden Schicht vom zweiten Leitungstyp den genannten pri-Uebergang bildet, während das Substratgebiet und die Schicht vom zweiten Leitungstyp mit je einem Anschlussleiter versehen sind.

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Die Erfindung betrifft ausserdem ein

Verfahren zur Herstellung einer derartigen Halbleiteranordnung.

Halbleiteranordmiiigen, in denen Rekombinationsstrahlung erzeugt werden kann, indem Ladungsträge.r über einen in der Durchlassrichtung vorgespannten pn-Uebergang injiziert werden, -sind bekannt und werden u.a. in Form von Feststofflichtquellen verwendet, die im allgemeinen inkohärente Rekoinbinati ons strahlung emittieren.

Dabei kann das Licht entweder in einer zu dem pn-Uebergang senkrechten Richtung oder in einer zu dem pn-Uebergang parallelen Richtung aus dem HaIb,.-leiterkörper heraustreten. Wenn eine möglichst grosse Oberflächenhelligkeit erreicht werden soll, ist das letztere Verfahren zu bevorzugen. Ein Grund dazu ist, u.a., dass in diesem Falle die Erzeugung der Strahlung in einem Gebiet auftritt, das sich bis zu der Oberfläche erstreckt, an der Stelle, an der der pn-Uebergang diese Oberfläche erreicht, während dagegen bei senkrecht zu dem pn-Uebergang austretender Strahlung ein wesentlicher Teil dieser Strahlung mehr oder weniger stark in der Schicht vom zweiten Leitungstyp absorbiert wird. Weiter kann beim Atistreten der Strahlung in einer zum pn-Uebei'gang parallelen Richtung eine Elektrode auf der Halbleiteroberfläche gebildet werden, zu der sich der pn-Uebergang parallel erstreckt, und auf dieser Elektrode kann erwünschtenfalls ein Kühlkörper

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angeordnet werden, ohne dass diese Elektrode und dieser Kühlkörper für die Strahlung durchlässig zu sein brauchen. Dadurch kann die Kühlung möglichst nahe bei dem pn-Uebergang, also bei der Stelle, an der die grösste Verlustleistung auftritt, stattfinden.

Eine Halbleiteranordnung der obenbeschriebenen Art, bei der die Strahlung in einer zu dem pn-Uebergaiig parallelen Richtung aus dem Halbleiterkörper heraustritt, ist z.B. aus der USA-Patentschrift 3.29O.539 bekannt. Dabei wird aber die Strahlung nach dem Austreten aus einer mesaförmigen Diode in allen Richtungen parallel zu dem pn-Uebergang von einem Reflektor in einer zu dem pn-Uebergang senkrechten Richtung reflektiert.

In gewissen Fällen ist eine sehr kleine

lichtemittierende Oberfläche erwünscht, aus der praktisch nur in einer Richtung Strahlung heraustritt, z.B. zum Abtasten eines absorbierenden oder reflektierenden Musters, wobei ein hohes Auflösungsvermögen wesentlich ist. Dazu kann versucht werden, unter Beibehaltung eines Halbleiterkörpers hantierbarer Abmessungen einen verhältnismässig grossen pn-Uebergang anzuwenden und die von diesem emittierte Strahlung, bis auf ein kleines Gebiet, abzuschirmen. Dies ist jedoch sehr uiivii-tschaftlich und erfordert viel grössere Ströme als zum Erzeugen von Strahlung über die gewünschte sehr kleine Oberfläche erforderlich ist. Insbesondere wenn mehrere Dioden nebeneinander betrieben werden

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müssen, z.B. zur gleichzeitigen Erzeugung von Strahlung an Stellen mit geringem gegenseitigem Abstand, führt dies leicht zu einem unzulässig hohen Stromverbrauch und zu Kühlproblemen.

Auch kann zur Anwendung sehr· kleiner

Mesadioden übergegangen werden. Diese sind aber infolge ihrer kleinen Oberfläche schwer kühlbar, weil besondere "Vorkehrungen getroffen werden müssen, um einen
Kühlkörper mit einer ebenen-Oberfläche derart in Kontakt mit der Mesa zu montieren, dass dieser Kühlkörper nicht mit anderen Teilen der Halbleiteroberfläche in Berührung kommt oder in eine schiefe Lage gelangt.

Die Erfindung bezweckt u.a. die genannten bei bekannten Anordnungen auftretenden Nachteile zu
vermeiden oder wenigstens in erheblichem Masse zu
verringern.

Der Erfindung liegt u.a. die Erkenntnis

zugrunde, dass es durch Anwendung einer zweckmässig gewählten Struktur möglich ist, eine Anordnung der beschriebenen Art herzustellen, deren Halbleiterkörper gut hantierbare Abmessungen aufweist und eine in der Nähe des pn-Uebergangs liegende praktisch ebene Oberfläche besitzt, wobei sich eine Elektrodenschicht
über diese ganze Oberfläche erstrecken und somit auf einfache Weise über ihre ganze Oberfläche gekühlt
werden" kann, während trotzdem der aktive Teil des
pn-Uebergangs, in dem die Rekombinationsstrahlung erzeugt wird, erheblich kleiner als die genannte ebene

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Oberfläche ist.

Daher ist eine Halbleiteranordnung der

eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die erste Obeffläche mit einer Nut versehen ist, die sich von dieser Oberfläche her über wenigstens den grössten Teil der Dicke der Schicht vom zweiten Leitungstyp erstreckt, wobei wenigstens ein aktiver Teil dieser Schicht wenigstens zum Teil von dieser Nut und von einer praktisch ebenen zweiten Oberfläche des Körpers begrenzt wird, wobei diese zweite Oberfläche die erste Oberfläche und den pn-Uebergang praktisch senkrecht schneidet,und wobei die erzeugte Strahlung über diese zweite Oberfläche austreten kann; dass wenigstens ein Teil der Nut praktisch parallel zu der genannten zweiten Oberfläche verläuft; dass wenigstens der grösste Teil der ersten Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Schicht überzogen ist, in der auf dem aktiven Teil der Schicht vom zweiten Leitungstyp ein Kontaktfenster gebildet ist, und dass auf praktisch der ganzen ersten Oberfläche eine elektrisch leitende Elektrodenschicht erzeugt ist, die auf der Isolierschicht liegt und sich innerhalb des Kontaktfensters an die Schicht vom zweiten Leitungstyp anschliesst.

Die Struktur nach der Erfindung weist den

wichtigen Vorteil auf, dass über eine sehr kleine Oberfläche mit grosser Oberflächenhelligkeit Strahlung bei einem minimalen Stromverbrauch heraustreten kann,

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während die Halbleiterscheibe hantierbare Abmessungen aufweisen kann, die viel grosser als die Oberfläche des Strahlungsemittierenden pn-Uebergangs sind. Dabei weist die Halbleiterschicht ausserdem eine nur von der Nut unterbrochene praktisch ebene Oberfläche auf, die leicht dadurch gekühlt werden kann, dass sie mit einer einfachen flachen Kühlplatte in Kontakt gebracht wird.

Eine gute Begrenzung des inseiförmigen

aktiven .Teiles wird erhalten, wenn der aktive Teil der Schicht vom zweiten Leitungstyp zu einem Teil von der Nut und zum verbleibenden Teil von der zweiten Oberfläche begrenzt wird.

Vorzugsweise bedeckt die elektrisch isolierende Schicht auch die Nut vollst-ändig, wodurch sich die Elektrodenschicht auch innerhalb der Nut auf der Isolierschicht erstrecken kann und nicht unterbrochen zu werden braucht.

Die Nut sorgt dafür, dass der Strom praktisch lediglich durch den Strahlungsemittierenden inseiförmigen Teil des sich unter der ganzen Oberfläche erstreckenden pn-Uebergangs fliesst und dadurch klein gehalten werden kann. Obgleich es dazu unter Umständen genügend sein kann, dass sich die Nut mindestens über die Hälfte der Dicke der Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp, aber nicht völlig bis zu dem pn-Uebergang erstreckt, wird sich vorzugsweise die Nut mindestens bis zu dem pn-Uebergang erstrecken. Dadurch durchschneidet die Nut den pn-Uebergang und wird der strahlungsemittieren-

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de Teil des Uebergangs elektrisch völlig gegen den verbleibenden Teil des Uebergangs isoliert, so dass der Strom nur durch den strahlungsemittierenden inseiförmigen Teil des pn-Uebergangs fHessen kann.

Die zweite Oberfläche des Körpers, d.h. die Oberfläche, über die die Strahlung heraustritt, kann durch Sägen und Aetzen 'erhalten werden und als solche jede Orientierung aufweisen. Vorzugsweise ist die zweite Oberfläche aber eine Spaltfläche des Kristalls, weil durch Spalten eine nahezu vollkommen ebene Fläche auf einfache Veise und ohne Materialverlust erhalten werden kann.

In vielen Fällen, in denen zwei oder

mehr Strahlungsbündel erforderlich sind,enthält der Halbleiterkörper mindestens zwei der genannten aktiven Gebiete, die beide an dieselbe erste und zweite Oberfläche grenzen.

Obgleich jede Anordnung mit einem strahlungsemittierenden pn-Uebergang die Struktur nach der Erfindung aufweisen kann, ist eine besonders zweckmässige bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Substratgebiet aus einer Scheibe aus η-leitendem GaAs besteht, auf der eine epitaktische Schicht aus η-leitendem Ga Al As (o,1. ^ χ ^j. 0,7) angewachsen ist, und dass die Schicht vom zweiten Leitungstyp aus einerauf der genannten epitaktischen Schicht epitaktisch angewachsenen Schicht aus p-leitendem Ga₁ _ Al As (θ <^ y <^ 0,5; Y ^. ^x) » einer

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darauf epitaktisch angewachsenen Schicht aus p-leitendern Ga ₁_ Al As (0,1^;. m /^ 0,7; y ^ m) und einer darauf epitaktisch angewachsenen Schicht aus p-leitendem GaAs zusammengesetzt ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein

Verfahren zur Herstellung der beschriebenen Anordnung, das dadurch gekennzeichnet i-st, dass von einer Halbleiterscheibe mit einem Substratgebiet von einem ersten Leitungstyp und einer an eine praktisch ebene erste Oberfläche der Scheibe grenzenden Schicht vom zweiten Leitungstyp ausgegangen wird, die mit dem Substratgebiet vom ersten Leitungstyp einen pn-TJebergang bildet, der Strahlung emitteren kann; dass in der genannten ersten Oberfläche mindestens zwei zueinander parallele Nuten und mindestens eine zu diesen praktisch senkrechte Nut gebildet werden, welche Nuten sich wenigstens nahezu bis zu dem pn-Uebergang erstrecken; dass mindestens eine Spaltfläche parallel zu dem pn-Uebergang und zu den genannten parallelen Nuten angeordnet wird; dass die erste Oberfläche einschliesslich der Nuten mit einer elektrisch isolierenden Schicht überzogen wird; dass in der Isolierschicht auf mindestens einem von zwffii parallelen Nuten, einer zu diesen senkrechten Nut und der Spaltfläche begrenzten aktiven Teil der Schicht vom zweiten Leiturigstyp ein Kontaktfenster gebildet wird, und dass auf der Isolierschicht und in dem Kontaktfenster eine Elektronenschicht erzeugt wird.

Die Reihenfolge, in der diese Herstellungs-

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schritte durchgeführt werden, kann geändert werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform, die sich besonders gut zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer derartiger Anordnungen eignet, werden zunächst die Nuten, die Isolierschicht, das Kontaktfenster oder die Kontaktfenster und die Elektrodenschicht gebildet, während danach die Spaltfläche gebil'det wird.

Einige Ausführungsformen der Erfindung

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

Fig. 1 teilweise im Schnitt und teilweise perspektivisch eine Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 schematisch im Querschnitt die Anordnung nach Fig. λ mit einer '.!Kühlplatte,

Figuren 3 bis 6 schematisch im Querschnitt die Anordnung nach Fig. 1 in aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1 in der Herstellungsstufe nach Fig. 6,

Fig. 8 teilweise im Querschnitt und teilweise perspektivisch einen Teil einer anderen Anordnung nach der Erfindung, und

Fig. 9 schematisch im Querschnitt längs der Linie IX-IX die Anordnung nach Fig. 8.

Die Figuren sind schematisch und nichtmasstäblich gezeichnet. Entsprechende Teile sind in den beiden Ausführungsbeispielen in der Regel mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. In den Querschnitten

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sind Halbleitergebiete vom gleichen Leitungstyp in derselben Richtung schraffiert.

Fig. 1 zeigt teilweise perspektivisch und teilweise im Schnitt eine Halbleiteranordnung nach der Erfindung zum Erzeugen Inkohärenter elektromagnetischer Strahlung. Die Anordnung enthält einen einkristallinen Halbleiterkörper 1 mit einer Diode mit einem pn—Uebergang 2, der, wenn er in der Durchlassrichtung vorgespannt wird, Rekombinationsstrahlung emittieren kann. Der Halbleiterkörper enthält ein Substratgebiet 3 von einem ersten Leitungstyp, in diesem Beispiel vom n-Leitungstyp, das mit einer an dieses Substratgebiet 3 und an eine erste praktisch ebene Oberfläche h des Körpers grenzenden Schicht 5 vom zweiten Leitungstyp, in diesem Beispiel vom p-Leitungstyp, den genannten pn-Uebergang 2 bildet. Die mit den Pfeilen 6 angegebene Rekombinationsstrahlung kann in einer zu dem pn-Uebergang 2 parallelen Richtung austreten. Das Substratgebiet 3 ist mit einem Anschlussleiter in Form einer Metallschicht 7 versehen und auch die Schicht 5 ist mit einem Anschlussleiter in Form einer Elektrodenschicht 8 versehen. Nach der Erfindung ist die genannte erste Oberfläche h mit einer Nut (9j 10,11) versehen, die sich von dieser Oberfläche k her -über wenigstens den grössten Teil der Dicke, in diesem Beispiel über die ganze Dicke, der Schicht 5 erstreckt, wobei in diesem Beispiel sich die Nut (9> 10,11) bis zu einer grösseren Tiefe als der pn-Uebergang 2 erstreckt. Dabei wird ein

i-

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;!.;_ν aktiver Teil 12 der Schicht 5 gebildet, der zum Teil 'von der Nut (9₅ 10, 11) und zum übrigen Teil von einer praktisch ebenen z%ireiten Oberfläche 13 des Körpers, die die erste Oberfläche k und den pn-Uebergang 2 praktisch senkrecht schneidet, begrenzt wird. Die zweite Oberfläche

13 ist hier eine (11θ)-Spaltfläche des Kristalls,

aus der die Strahlung gemäss den Pfeilen 6 heraustreten kann. Nach der Erfindung sind weiter die Nut (9, 10, 11) und wenigstens der grösste Teil der ersten Oberfläche h mit einer elektrisch isolierenden Schicht lh, in diesem Beispiel aus Siliciumoxid, überzogen, in der auf dem inseiförmigen Gebiet 12 ein Kontaktfenster 15 vorgesehen ist, während die Isolierschicht lh mit einer elektrisch leitenden Elektrodenschicht 8 '.überzogen ist, die sich innerhalb des Kontaktfensters 15 an die Schicht 5 anschliesst.

Auf diese Schicht ist eine Halbleiter-.

anordnung zum Erzeugen inkohärenter Strahlung erhalten, deren Halbleiterkörper hantierbare Abmessungen (in diesem Beispiel 3OO χ 300 /um) aufweist, während die Oberfläche des inseiförmigen Teiles 12 viel kleiner ist und in diesem Beispiel nur 10 χ 50/um beträgt. Da der Strom durch das Vorhandensein der Isolierschicht

14 nur durch den inseifürmigen Teil 12 der Schicht 5 fliessen kann, lässt sich eine grosse Oberflächenhelligkeit bei einem geringen Stromverbrauch erhalten. Ausserdem ist die obere Fläche der Scheibe praktisch eben, wodurch sie sich leicht mittels eines Kühlkörpers

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16 mit einer praktisch ebenen Oberfläche 17 kühlen lässt, die z.B. mit einer Lötschicht 18, die etwaige kleine Zwischenräume ausfüllt, mit der Elektrodenschicht 8 verbunden ist, wie in Fig. 2 schematisch im Schnitt dargestellt ist.

In diesem Beispiel ist die Nut (9, 10, 11) aus zwei zueinander praktisch parallelen und zu der zweiten Oberfläch 13 praktisch senkrechten Teilen und 10 und einen dritten TedLl 11 zusammengesetzt, der praktisch parallel zu der zweiten Oberfläche 13 verläuft und die zueinander parallelen Nuten 9 und 10 miteinander verbindet. Eine derartige Nut lässt sich leicht herstellen. Grundsätzlich wäre jedoch eine U-förmige Nut, die an ihrem offenen Ende von der Oberfläche 13 abgeschlossen wird, ebenfalls brauchbar. Der aktive Teil 12 der Schicht 5 vom

zweiten Leitungstyp weist in diesem Beispiel eine zu der zweiten Oberfläche parallele Abmessung von weniger als 2ö/um auf.

0 Eine besonders zweckmässige Ausführungsform einer Strahlungsemittierenden Diode wird in diesem Beispiel dadurch erhalten, dass das Substrat*- gebiet 3 aus einer Scheibe "}A. aus η-leitendem GaAs mit einer Dicke von etwa 100 ,um und einer Dotierung von etwa 10 Atomen/cm besteht, auf der eine epitaktische Schicht 3B aus η-leitendem Ga„ Al As

1 -χ χ .

(0,1 ^ χ ^ 0,7) mit einer Dotierung von etwa 2.10 Atomen/cm und einer Dicke von etwa 7/um angewachsen

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ist, während die p-leitende Schicht 5 aus einer auf der epitaktischen Schicht JB epitaktisch angewachsenen Schicht 5A aus p-leitendem Ga Al As (θ <( y^0,5> γ ^ χ) mit einer Dotierung von etwa 2.10 Atomen/cm einer darauf angewachsenen Schicht ^B aus p-leitendem Ga Al As (0,1^m^. 0,7j Y^. m) mit einer Dotierung

17 T

von. etwa 2,5 x 10 Atomen/cm und einer Dicke von etwa 1,5/um und einer darauf angewachsenen Schicht 5C aus p-leitendem GaAs mit einer Dotierung von etwa 10 Atomen/cm und .einer Dicke von etwa 1 ,5 /um zusammengesetzt ist.

Obgleich auch anderen Orientierungen

angewandt werden können, ist in diesem Beispiel für die erste Oberfläche k eine (1OO)-Fläche und für die zweite Oberfläche eine (11O)-Fläche gewählt, die sich als Spaltfläche sehr leicht erhalten lässt.

' · Die Anordnung nach den Figuren 1und 2 kann nach der Erfindung mit Vorteil auf folgende Weise hergestellt werden. Es wird (siehe Fig. 3) von einer Halbleiterscheibe JA. aus η-leitendem GaAs mit einer Dicke von etwa 400/Um und einer Dotierung von etwa 10 Atomen/cm-> ausgegangen, auf der in bekannter Weise, z.B. durch Anwendung des u.a. in "Journal of the Elebti-ochemical Society", Band 118, Januar 19"T 1 t Nr. 1, S. 15Θ-152 beschriebenen Flüssigkeitsepitaxieverfahrens nacheinander eine 7/um diche Schicht 3B aus η-leitendem Ga₁ Al As, eine 1 /um dicke Schicht

1-x χ ' /

5A aus p-leitendem Ga Al As, eine .1 ,5 /um dicke

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Schicht 5B aus p-leitendem Ga„ Al As und eine 1,5 /um

1 -m ni /

dicke Schicht 5C aus p-leitendem GaAs mit den obengenannten Werten für BIe Dotierungen und für x, y und m angewachsen werden. Dann werden (siehe Fig. 4) z.B. .durch Aetzen mit einer Aetzflüssigkeit aus H„SOi, HO. und HpO unter Verwendung einer (nicht dargestellten} Aetzmaske aus einem Photoresist die Nuten 9j 10 und 11 gebildet, die Sich bis jenseits des pn-Uebergangs 2 erstrecken (die Nut 11 ist im Querschnitt nach Fig. h nicht sichtbar). Danach wird auf der ganzen Oberfläche, einschliesslich der Nuten, eine 0,25/um dicke Schicht lh aus Siliciumoxid, z.B. durch pyrolytische Ablagerung von SiO₂, gebildet, wonach in dieser Schicht 14 durch einen photolithographischen Aetzvorgang auf dem innerhalb der Nuten 9, 10 und 11 liegenden Gebiet ein Kontaktfenster I5 gebildet wird.

Anschliessend wird (siehe Fig. 5) die

ganze obere Fläche mit einer Elektrodenschicht 8, in diesem Beispiel eine aufgedampfte oder auf andere Weise gebildete Metallschicht, überzogen, obgleich unter Umständen auch z.B. eine Schicht aus gut leitendem polykristallinem Silicium verwendet werden kann. Die Schicht 8 bildet nur in dem Kontaktfenster einen vorzugsweise ohmschen Kontakt mit der p-leitenden Schicht 5C.. Auch wird durch Schleifen und/oder Aetzen die Gesamtdicke der Scheibe 3A auf etwa 100/um herabgesetzt und auf der unteren Fläche wird eine Elektrodenschicht 7 z.B. eine Metallschicht, die vorzugsweise einen

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ohmschen Kontakt mit der Scheibe "}A. bildet, erzeugt. Die letzteren Herstellungsschritte können zu jedem
geeignet gewählten Zeitpunkt im Vorgang durchgeführt werden. Auf diese Weise wird die Struktur nach Fig. erhalten. Schliesslich wird die Scheibe senkrecht zu den Nuten 9 und 10 gemäss einer (11θ)-Fläche gespaltet, Dadurch ist die Anordnung nach Fig. 1 erhalten, die
dann, wie z.B. in Fig. 2 dargestellt ist, mit einer
Kühlplatte 16 versehen wird.

Es ist möglich, auf diese Weise gleichzeitig zwei oder mehr Anordnungen der beschriebenen
Art, z.B. auf die in Fig. 7 dargestellte Weise, herzustellen. Diese Figur ist eine Draufsicht auf die
Struktur in der Stufe nach Fig. 6, wobei senkrecht zu den Nuten 9 und 10 zwei Nuten 11A und 11B angeordnet sind. Nach Spaltung gemäss der Ebene S-S werden zwei gleiche Anordnungen zu beiden Seiten der Spaltfläche erhalten.

Es ist auch möglich, mehrere Dioden in einem Halbleiterkörper zu bilden, wie in den Figuren 8 und 9 dargestellt ist. Fig. 8 zeigt teilweise im
Schnitt und teilweise perspektivisch eine Anordnung, bei der der Halbleiterkörper, der aus dem Substratgebiet 3 vom ersten Leitungstyp und der Schicht 5
vom zweiten Leitungstyp besteht, mindestens zwei, in diesem Beispiel drei, aktive Gebiete 12A, B und C
enthält, die alle an dieselbe erste (100)-Oberfläche h und an dieselbe zweite Oberfläche 13 grenzen, die

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auch in diesem Falle eine (1 TO)T-Spaltfläche ist. Die Isolierschicht 14 und die Elektroden 7 und 9> die in dem Querschnitt längs der Linie IX-IX der Fig. 9 wohl dargestellt sind, sind der Deutlichkeit halber in Fig. 8 fortgelassen.

L. In der Anordnung nach den Figuren 8 und 9 weisen die Nuten 21 - 24, die zueinander parallel und zu der Spaltfläche 13 praktisch senkrecht sind, und erwünschtenfalls auch die Nut 25₅ die zu der Spaltfläche 13 praktisch parallel ist, eine derartige Form auf, dass sich die Nut von der ersten Oberfläche 4 her nach innen zunächst erweitert und sich dann verjüngt, wie aus der Figur deutlich ersichtlich ist. Dies hat u.a. den Vorteil, dass die in den inseiförmigen Teilen 12A, B und C vorhandenen pn-Uebergänge 2A, B und C eine kleinere Oberfläche als die Kontaktoberfläche zwischen der Elektrodenschicht 9 und der Schicht 5 vom zweiten Leitungstyp besitzen, wodurch bei dem gleichen Strom die Oberflächenhelligkeit noch.grsser sein kann.

Ein weiterer Vorteil der Anwendung von

Nuten mit diesem Profil ist der, dass dadurch auf einfache Weise erreicht werden kann, dass die Elektrodenschicht 9 3·¹¹ der Stelle der Nut unterbrochen ist, wie in Fig. 9 angegeben ist. Wenn nämlich die Elektrodenschicht 9 durch Aufdampfen in einer zu der Oberfläche 4 praktisch senkrechten Richtung aufgebracht wird, sorgen die hervorragenden Ränder der Nuten 21-24 dafür, dass die sich auf den inseiförmigen Teilen 12A, 12B

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und 12C befindenden Teile der Elektrodenschicht voneinander getrennt sind, wodurch an die gesonderten Dioden verschiedene Spannungen angelegt werden können. Wenn dies nicht erforderlich oder erwünscht ist, können Nuten der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Art mit einer zusammenhängenden Elektrodenschicht verwendet werden, so dass die inseiförmigen Gebiete 12A, B und C alle durch dieselbe zusammenhängende Elektrodenschicht kontaktiert werden, wodurch im Betriebszustand über den Dioden dieselbe Spannung steht.

Die Nuten 21 - 2k nach den Figuren 8 und 9 können durch Aetzen (siehe z.B. IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 12, Nr. 3, August I969, S.427) mittels einer präferentiellen Aetzflüssigkeit aus NHiOH, HqOq und H_0 erhalten werden. Bei einer zusammengesetzten Schicht 5 der im vorhergehenden Beispiel beschriebenen Art können derartige Nuten auch durch Anwendung eines Aetzverfahrens erhalten werden, bei dem die obere Schicht 5C weniger schnell als die darunter liegende Schicht 5B angegriffen wird (siehe "Japanese Journal of Applied Physics", Band 12, 1973, Nr. k, S.619-620).

Die Isolierschicht ^k kann auf die in Fig. 9 dargestellte Weise z.B. dadurch erhalten werden, dass die für die Aetzung der Nuten erforderliche Maskierungsschicht nach dieser Aetzbehandlung aufrechterhalten und die freiliegende Wand der Nuten anodisch oxidiert wird, wonach die Maskierungsschicht entfernt wird.

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Die beschriebenen Anordnungen können,

wenn der pn-Uebergang 2 in der Durchlassrichtung vor-· gespannt ist, Rekombinationsstrahlung emittieren, die jedoch inkohärent ist. Kohärente Strahlung (Laserstrahlung) kann von diesen Anordnungen nicht emittiert werden, weil der dazu erforderliche Hohlraumresonator fehlt (es gibt nur eine einzige Spaltfläche senkrecht zu dem pn-Uebe^gang; auf der gegenüberliegenden Seite wird das inseiförmige Gebiet von der Nut 11 begrenzt, deren Wand im allgemeinen nicht senkrecht auf dem pn-Uebergang steht).

Obgleich in diesen Beispielen die Schicht 5 eine epitaktische Schicht ist, kann auch eine diffundierte Schicht 5» die dadurch erhalten wird, dass z.B. Zink in ein η-leitendes GaAs-Substrat eindiffundiert wird, verwendet werden.

Es dürfte einleuchten, dass sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern dass im Rahmen der Erfindung viele Abwandlungen möglich sind. So können andere Halbleitermaterialien als die in den Beispielen genannten Materialien, z.B. Si, Ge,"GaP, verwendet werden. Auch können die genannten Leitungstypen durch die entgegengesetzten Leitungstypen ersetzt werden, während ausserdem das Profil, die Form und die Tiefe der Nuten geändert werden können. Die Anordnung nach den Figuren 8 und 9 kann auf gleiche ¥eise wie die Anordnung nach den Figuren 1 und 2 mit einer Kühlplatte versehen werden. Die Anordnung

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kann an der Oberfläche, über die die Strahlung heraustritt, mit einer Antireflexionsschicht versehen werden.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

1 .J Halbleiteranordnung zum Erzeugen inkohärenter elektromagnetischer Strahlung mit einem Halbleiterkörper mit mindestens einer Diode mit einem pn-Uebergang, der, wenn er in der Durchlassrichtung vorgespannt wird, Rekombinationsstrahlung emittieren kann, wobei der Halbleiterkörper ein Substratgebiet von einem ersten Leitungstyp enthält, das mit einer an dieses Substratgebiet und an eine erste praktisch ebene Oberfläche des Körpers grenzenden Schicht vom zweiten Leitungstyp den genannten pn-Uebergahg bildet, während das Substratgebiet und die Schicht vom zweiten Leitungstyp mit je einem Anschlussleiter versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberfläche mit einer Nut versehen ist, die sich von dieser Oberfläche her über wenigstens den grossten Teil der Dicke der Schicht vom zweiten Leitungstyp erstreckt, wobei mindestens ein aktiver Teil dieser Schicht wenigstens zum Teil von dieser Nut und von einer praktisch ebenen zweiten Oberfläche des Körpers begrenzt wird, wobei diese zweite Oberfläche die erste Oberfläche und den pn-Uebergang praktisch senkrecht schneidet, und wobei die erzeugte Strahlung über diese zweite Oberfläche austreten kann; dass wenigstens ein Teil der Nut praktisch parallel zu der genannten zweiten Oberfläche verläuftdass wenigstens der grösste Teil der ersten Oberfläche mit einer elektisch isolierenden Schicht überzogen ist, in der auf dem aktiven Teil der Schicht vom zweiten

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Leitungstyp ein Kontaktfenster gebildet ist, und dass auf praktisch der ganzen ersten Oberfläche eine elektrisch leitende Elektrodenschicht erzeugt ist, die auf der Isolierschicht liegt und"sich innerhalb des Kontaktfensters an die Schicht vom zweiten Leitungstyp anschliesst.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Teil der Schicht vom zweiten Leitungstyp zu einem Teil von der Nut und zum verbleibenden Teil von der zweiten Oberfläche begrenzt wird.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht die Nut völlig bedeckt.

k. Halbleiteranordnung nach einem oder

mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut mindestens bis zu dem pn-Uebergang erstreckt.

5. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut aus zwei zueinander praktisch parallelen und zu der zweiten Oberfläche praktisch senkrechten Teilen und einem dritten Teil zusammengesetzt ist, der praktisch parallel zu der zweiten Oberfläche verläuft und die zueinander parallelen Teile miteinander verbindet.

6. <i Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch "gekennzeichnet,

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dass die zweite Oberfläche eine Spaltfläche des Halbleiterkristalls ist.

7. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Teil der Schicht' vom zweiten Leitungstyp eine zu der zweiten Oberfläche parallele Abmessung von höchstens 1ÖO/um aufweist.

8. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Teil der Schicht vom zweiten Leitungstyp eine zu der zweiten Oberfläche parallele Abmessung von höchstens 20 /um aufweist.

9. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschicht mit einer praktisch ebenen Oberfläche eines Kühlkörpers verbunden ist.

10. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratgebiet aus einer Scheibe aus η-leitendem GaAs besteht, auf der eine epitaktische Schicht aus η-leitendem ^Gai_ ^A1 ^As (⁰J ¹ ίΓ ^x ζ °j7) angewachsen ist, und dass die Schicht vom zweiten Leitungstyp aus einer auf dergenannten epitaktischen Schicht epitaktisch angewachsenen Schicht aus pleitendem Ga₁ Al As (θ £ γ ^u 0,5; y ^x), einer darauf epitaktisch angewachsenen Schicht aus p-leitendem ₁ Al As (0,1 ^m C. 0,7; Y C ^m) und einer darauf epi-

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taktisch angewachsenen Schicht aus p-leitendem GaAs zusammengesetzt ist.

11. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberfläche eine (lOO)-Fläche ist, und dass die zweite Oberfläche eine (i1O)-rFläche ist.

12. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Nut ein Profil aufweist, das sich von der ersten Oberfläche her nach innen zunächst erweitert und dann verjüngt.

13· Halbleiteranordnung nach Ansprüchen 5

und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der im aktiven Teil vorhandene pn-Uebergang eine kleinere Oberfläche als die Kontaktoberfläche zwischen der Elektrodenschicht und der Schicht vom zweiten Leitungstyp besitzt.

lh. Halbleiteranordnung nach einem oder

mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper mindestens zwei der genannten aktiven Gebiete enthält, die beide an dieselbe erste und dieselbe zweite Oberfläche grenzen, 15· Halbleiteranordnung nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschicht an der Stelle der Nut zwischen zwei aktiven Gebieten unterbrochen ist.
16. Halbleiteranordnung nach Anspruch 14,

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dadurch, gekennzeichnet, dass die aktiven Gebiete beide durcli dieselbe zusammenhängende Elektrodenschicht kontaktiert werden.

17· Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung nach einem, oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Halbleiterscheibe mit einem "Substratgebiet von einem ersten Leitungstyp und einer an eine praktisch ebene erste Oberfläche der Scheibe grenzenden Schicht vom zweiten Leitungstyp ausgegangen wird, die mit dem Substratgebiet vom ersten Leitungstyp einen pn-Uebergang bildet, der Strahlung emittieren kann; dass in der genannten ersten Oberfläche mindestens zwei zueinander parallele Nuten und mindestens eine zu diesen praktisch senkrechte Nut gebildet werden, welche Nuten sich wenigstens nahezu bis zu dem pn-Uebergang erstrecken; dass mindestens eine Spaltfläche senkrecht zu dem pn-Uebergang und zu den genannten parallelen Nuten erzielt wird; dass die erste Oberfläche, einschliesslich der Nuten, mit einer elektrisch isolierenden Schicht überzogen wird; dass in der Isolierschicht auf mindestens einem von zwei parallelen Nuten, einer zu diesen senkrechten Nut und einer Spaltfläche begrenzten aktiven Teil der Schicht vom zweiten Leitungstyp ein Kontaktfenster gebildet wird, und dass auf der Isolierschicht und in dem Kontaktfenster eine Elektrodenschicht erzeugt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17_f dadurch gekenn-

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zeichnet, dass zunächst, die Nuten, die Isolierschicht, das Kontaktfenster oder die Kontaktfenster und die Elektrodenschicht gebildet werden, und dass dann die Spaltfläche gebildet wird.

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