DE2825387A1

DE2825387A1 - Lichtemittierendes halbleiterelement

Info

Publication number: DE2825387A1
Application number: DE19782825387
Authority: DE
Inventors: Masaaki Aoki; Kazuhiro Ito; Kazuhiro Kurata; Mitsuhiro Mori; Makoto Morioka; Yuichi Ono
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-06-10
Filing date: 1978-06-09
Publication date: 1978-12-14
Also published as: JPS543483A; FR2394176B1; GB2000374A; NL177640C; DE2825387C2; US4183039A; NL7806299A; GB2000374B; CA1108739A; JPS5729866B2; NL177640B; FR2394176A1

Description

Ee Schreibung

Die Erfindung betrifft ein lichtemittierendes Halbleiterelement, bei der. der pn-übergang eines Halbleiters strahlt.

Ans der US-PS 4- 0Λ^Γ> 881 ist ein lichtemittierendes Halbleiterelement bekannt, bei dem ein pn-übergang durch einen Einschnitt bzw. einen Kanal oder einen Graben begrenzt bsi·;, definiert ist, und bei dem eine lieh temittierende Fläche halbkreisförmig ausgebildet ist.

Ein lichtemittierendes Halbleiterelement, das beispielsweise als Lichtquelle zur Erregung eines Festkörperlasers und/oder als Lichtquelle für eine optische Nachrichtenübertragung verwendet wird, besteht aus einem Verbindungs-Ilalbleiterkristall, beispielsweise aus Ga„ Al As. Bei einem derartigen Element wird Licht nach aussen abgestrahlt, das bei einen pn-übergang emittiert wird, wenn Span-Tilmg in Vorwärts- bzw. in Durchlassrichtung an den pnübergang angelegt wird.

Ita Zusammenhang mit einem solchen lichtemittierenden Halbleiterelement wurde bereits vorgeschlagen, sowohl die positive als auch die negative Elektrode auf einerSeite des Elements auszubilden, den Verbindungshalbleiter bzw. die Ealbleiterverbindung mit einem breiten Bandabstand auf der anderen Seite oder der lichtemittierenden Seite anzuordnen, und den Verbindungshalbleiter bzw. die Halbleiterverbindung bzw. die Halbleiterschicht, die auf der liciitersittierenden Seite liegt, kuppeiförmig zu gestalten. Ein lichtemittierendes Element mit einem derartigen Aufbau erzeugt Licht mit bemerkenswert hoher Ausbeute und Effektivität.

Pig. 1 zeigt ein Beispiel für ein lichtemittierendes Element

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mit einem solchen Aufbau- Die Elektroden 6 und 11 sind auf derselben Fläche ausgebildet. Der Bereich des pn-Übargangs 10 wird durch einen Einschnitt bzw. einen Kanal 1 definiert bzw. begrenzt und isoliert.

Bis jetzt wurde der Einschnitt 1 so ausgebildet, dass er eine Kristallschicht 4- in einer ersten Leitfähigkeit (mit p-Leitfähigkeit) erreicht. Bei dem lichtemittierenden Element mit einem solchen Aufbau bewegen sich die Ladungsträger von der äusseren Elektrode 11 zur inneren Elektrode 6 jedoch mit viel höherer Wahrscheinlichkeit entlang eines Leitungsweges in der Nähe des Einschnittes 1, der in Jig. durch eine gestrichelte Linie als Leitungsweg 7 dargestellt ist, fort. Aus diesem Grunde wird die Dichte des in den pn-übergang 10 injizierten Stromes in einem Bereich in der Nähe des Einschnittes 1, d. h. am Rand des pn-Übergangs gross und im Mittelbereich des pn-Übergangs klein.

Infolgedessen ist die Lichtemission aa Rand des pn-Übergangs 10 intensiver als im Mittelbereich des pn-Übergangs, und das LichtabStrahlungsmuster nahe dem Halbleiterelement .bzw. das Hahfeldmuster des Lichtes, das von dem pn-übergang 10 abgestrahlt wird," ist in Richtung der Ebene des pn-Übergangs nicht gleichförmig. Dies führte oft zu Schwierigkeiten bei der optischen Anwendung, beispielsweise bei einem Entfernungsmesser mit hoher Genauigkeit.

Ber Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die zuvor beschriebenen Schwierigkeiten der herkömmlichen lichtemittierenden Halbleitereinrichtungen zu lösen und ein lichtemittierendes Halbleiterelement zu schaffen, das die Dichte des in einem pn-übergang zu injizierenden Stromes homogen macht, so dass dadurch Ungleichförmigkeiten im Hahfeld-

(Abstrahlungs-)-Muster in der Ebene des pn-Übergangs vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemässe durch die im kenn-

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zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Markaale, und insbesondere dadurch gelöst, dass ein pn-Übergangsbereich durch einen Einschnitt begrenzb bzw. festgelegt wird, und der Abstand zwischen dem Boden des Einschnittes und einer Schicht mit einer ersten Leitfähigkeit und einem geringen spezifischen Widerstand höchstens halb so gross wie die Breite des Einschnittes gemacht wird, so dass die Dichte des in den pn-übergang zu injizierenden Stromes homogen isb.

Die Erfindung schafft also ein lichtemittierendes HaIbleiterelement, bei den ein pn-übergang durch einen Einschnitt bzw. einen Kanal definiert und festgelegt ist, und bei dem der Einschnitt entweder zu einer Schicht mit geringem spezifischen Widerstand reicht, oder von der Schicht mit geringem spezifischen Widerstand höchstens ua die Hälfte der Breite des Einschnittes beabstandet ist.

Mit dem erfindungsgemässen Halbleiterelement erhält man ein wesentlich gleichförmigeres Nahfeld-Lichtmuster als ait-den herkömmlichen Elementen. Mit der vorliegenden Erfindung ist also ein lichtemittierendes Element mit hohen Lichtausgangswerten zu erzielen, mit dem das liahfeld-Abstrahlungsmuster des abgestrahlten Lichts gleichförmig . gemacht werden kann.

Im Zusammenhang mit der US-PS 4- 017 881 sei noch erwähnt, dass dieser Druckschrift kein Hinweis auf die Ausgestaltung bzw. die Wahl der Tiefe des Einschnittes und/oder ein hochdotierter Bereich eines ersten Leitfähigkeitstyps zu entnehmen ist, um das Hahfeld-AbStrahlungsmuster gleichförmig zu machen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsv/eise näher erläutert. Es zeigen:

J?ig. 1 einen Querschnitt durch ein herkömmliches lichtemittierendes Halbleiterelement, anhand dem der

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Aufbau erläutert wird,
Fig. 2 und 3 Darstellungen, die unterschiedliche Ausführungsforaen eier Erfindung wiedergeben,

Fig. 4-(a) bis 4(d), 5(a) bis 5(d) und 6(a) bis 6(d) Darstellungen, die jeweils die Herstellungsschritte zum Fertigen der lichtemittierenden Halbleiterelemente

gemäss der vorliegenden Erfindung wiedergeben, und Pig. 7 eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform.

Bei dem lichteraittxerenden Halbleiterelement, dessen Aufbau in Fig. 1 dargestellt ist, ist der Leitungsweg der in den pn-übergang 10 zu injizierenden Ladungsträger durch die Summe der Widerstände, die in dem Lsitungsweg liegen, festgelegt.

Wie in Fig.1 erläutert, kann die Summe der Widerstände im Kristall 4- modellmässig als Verbindung der Widerstandselemente r gedacht werden, die jeweils pro EIementareletnent eine Einheitsfläche aufweisen. Fig. 1 zeigt eine Kristallschicht 5 eines zweiten Leitfähigkeitstyps und eine Halbleiterschicht 2 auf der lichtaustretenden Seite, die kuppelförmig ausgebildet ist.

Wenn die beiden Leitungswege 7 und 8 für die Ladungsträger von der Elektrode 11 zur Elektrode 6 verglichen werden, so ist der Widerstand des Leitungswegs 8 um das Widerstandselement 9 grosser als der Widerstand des Leitungswegs 7· Die Ladungsträger gehen daher leichter durch den Leitungsweg 7 als durch den Leitungsweg 8 hindurch.

Um die Stromdichte im pn-übergang 10 homogen zu machen, kann die Widerstandswert des Widerstandselements 9» das die Differenz zwischen den Widerstandswerten der Leitungswege 7 und 8 darstellt, höchstens den Widerstandswert der metallischen Elektrode angenähert werden, so dass die Widerstandswerte der beiden Leitungswege 7 und 7 gleich werden.

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Die vorliegende Erfindung beruht auf einer solchen Idee und soll nachfolgend anhand von Ausführungsoeispielen beschrieben werden.

BeisOxel 1

^lj In Fig. 2 liegt eine erste Kristallschicht 3 einer ersten Leitfähigkeitstyps (vom p-^yp), die aiit Frendatomen in einen nass, dass die eine metallische Leitfähigkeit zeigt, hochdotiert ist, zwischen einer Schicht 2 eines ersten Leitfähigkeitstyps, die einen breiten Bandabstand aufweist und aus der das Licht austritt, und einer anderen Kristallschicht 4-.des ersten Lsitiähigkeitstyps. Ein Kanal bzw. ein Einschnitt 1 ist vorgesehen und reicht bis zur Kristalischicht 3-

Die Kristallschicht 3 des ersten Leitfähigkeitstyps kann

18 -3 eine ITremdatomkonsentration von etwa 5 x 10 cm

20 -o
bis 5 x 10 cm und eine Dicke von etwa 0,03 tun oder darüber ausweisen und kann axt dem heutigen Verfahren des Kris tall auf Wachsens hergestellt v/erden. Je dicker die Kriotallschicht 3 ist, desto leichter lässt sich der Einschnitt 1 ausbilden. Da ein Kristall, der mit einer hohen Freradatomkonzent ration dotiert ist, Jedoch eine hohe Lichtabsorption aufweist, ist es vorteilhaft, die Schicht sehr dünn auszubilden. Die Dicke der Schicht 3 muss daher unter Beachtung einer leichten Herstellbarkeit und der Verluste von emittiertem Licht gewählt werden, und sie liegt in einem Bereich von 0,03 yuna bis 30 um.

Der Einschnitt 1 umgibt einen pn-übergang bzw. eine pn-Grenzflache 10, die durch die Kristallschicht 4· des ersten Leitfähigkeitstyps und die Kristallschicht 5 des zweiten Leitfähigkeitstyps (η-leitend) gebildet wird und sich unterhalb der Kristallschicht 3 axt erster Leitfähigkeit ers tfe ckt.

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Wenn die beiden Leitungswege 7' und 8' für die Ladungsträger bei dieser Ausführungsfora verglichen werden, so ist der Widerstand des Leitungswegs 8' u-a ein v/iderstandseleaent 9¹ in der Kristallschicht 3 grosser, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Da die Kristallschicht 3 jedoch eine hohe Konzentration an Fremdatonien aufweist, wie dies zuvor angegeben wurde, ist das Widerstandaelement r' in der Kristall schicht 3 im Vergleich zum V/iderstandseleraent r in der Kris tall schicht 4 mit erster Leitfähigkeit; vernachlässigbar klein und weist im wesentlichen den gleichen Widerstandswert xiie ein Wider st andsele ment eines Elektrodenmetalls auf. Infolgedessen werden die gesaraten Widerstände der beiden Leitungswege 7' und 8¹ einander im wesentlichen gleich, und die Wahrscheinlichkeit, mit der die Ladungsträger durch die Leitungswege 7' und 8' fixessen, ist gleich. Das heisst, die Dichte des in den pn-übergang zu injizierenden Stroms wird in der Ebene des pn-Übergangs homogen, und es kann eine Lichtemission mit einesi gleichförmigen nahen Feldmuster erreicht v/erden.

Beispiel 2

Bei dem in Fig. 2 dargestellten lichtemittierenden Elements, das zuvor beschrieben wurde, ist der Einschnitt Λ so ausgebildet, dass er die Kristallschicht 3 Kit erster Leitfähigkeit und geringem Widerstand erreicht. Wenn der Einschnitt 1 jedoch bis zu einem gewissen Grade nahe an die Kristall schicht 3 mit erster Leitfähigkeit kommt, kann ini wesentlichen derselbe Effekt auch dann erreicht werden, wenn der Einschnitt nicht mit der Kristallschicht 3 vom ersten Leitfähigkeitstyp in Kontakt kommt.

Fig. 3 zeigt eine solche Ausführungsform. Der Abstand zwischen dem Boden des Einschnittes 1 und der Kristallschicht 3 mit erster Leitfähigkeit ist höchstens 1/2 so gross wie die Breite c? des Einschnittes 1. Hier bedeutet die "Breite α des Einschnittes " den kleinsten Zwischenraum

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in dar Kristall fläche, dex" durch den Einschnitt gebildet wird. Bei dem lichtemiStierendes Element nit einem derartigen Aufbau wandern die injizierten Ladungsträger leichter ü er äon Leituugsweg 18 als über den Leitungsweg 17 zua pn-übergang. Aus den zuvor bereits beschriebenen Gründen wird die Stromdichte in der Ebene des pn-übergangs daher homogen, und für die Lichöemission kann eine gleichförmige Intensitätsverteilung erziele werden.

Der Ab.3tand zwischen dea Einschnitt 1 und der Ivristallschicht J des ersten Leitfähigkeitsfcyps muss -^ oder darunter sein. V/enn der Abstand grosser als -^ ist, erhöht sich die Zahl der Ladungsträger, die über den Leitungsweg 17 fliesnen, und die Stromdichte im pn-übergang 10 wird inhomogen.

Beispiel 3

Die i'ig. 4(a) bis 4(d) zeigen Querschnitte, anhand denen die Herstellungsschritte bei einen lichtemittierenden Element beschrieben v/erden, das den in Fig. 2 dargestellten Aufbau auf v/eist.

Eine Ga._„Al^As-Kristallschicht 41, in der das Mischungsverhältnis :c in ihrer Oberfläche wenigstens 0,2 ist, wird durch das Flüssigkeits-Aufwachsverfahren ausgebildet. Danach wird eine p⁺-leitende Ga,, Al.^As-Schicht 42, die mit hoher Konsentration mit Zn dotiert ist, in einer Dicke ^von 10 .um in entsprechender Weise durch das Flüssigkeits-Auf wachsverfahren hergestellt. Wenn die p⁺-leitende Ga,, Al^As-Schicht 42 eine Fremdatoakonzentiiation von 3 bis 4 χ 10 ^ cm aufweist, wird ihr spezifischer Widerstand sehr klein und sie wird eine Halbleiterschicht mit im wesentlichen metallischer Leitfähigkeit. Auf diese p⁺-leitende Schicht wird durch das Flüssigkeits-Aufwachsverfahren eine rait Zn dotierte und 20 /um dicke, leitende

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Ga_x, Al As- Kristall schicht 43 und danach eine rait Te do-

tierte und 3 Jim dicke η-leitende Ga_-1 „Al-As- Kristalll-/ , — λ ^

schicht 44 aufgebracht. Die Fretndatonkonsentrationen dieser

Ί8 — ⁷I Kristallschichten 43 und 44 sind 1 χ 10 cm ^J bzw. 1 bis 2 χ 10¹⁸ cm"³.

Die zuvor genannten Verfahrensschritte bzw. die mit diesen Verfahrensschritten gebildete» Schichten sind in Fig. 4 (a) dargestellt.

Nach einem ausreichenden Waschen und Trocknen des sich dabei ergebenden Aufbaus wird durch das chemische Aufdampf verfahren eine Doppelschicht aufgebracht, die aus einer 1000 S dicken ΑΙοΟ-,-Schicht und einer 2000 £ dicken PSG (Phosphorsilicatglas-)-Schichfc besteht. Unter Verwendung des bekannten Photolithograph-Verfahrens wird diese Doppelschicht in eiriez* gewünschten Fox'm ausgebildet, um eine Diffusionsmaske 45 zu bilden, wie dies in Pig. 4(b) dargestellt ist.

Unter Verwendung der Diffusionsmaske 45 und einer dreistoffigen Verbindung bzw. Legierung aus Ga-As-Zn als Diffusionsquelle wird eine Ampullen-Diffusion von Zn bei 700° C und über einen Zeitraum von 1 Stunde hinweg ausgeführt. Auf diese Weise wird eine p⁺-leitende Schicht 46 ausgebildet, deren Diffusionstiefe etwa 5 yj-tn beträgt.

Die Diffusionsmaske 45 wird entfernt, und über den gesamten Fläche wird mit dem CVD (im Chemischen Vakuumaufdampf-) Verfahren eine etwa 5000 1 dicke PSG-Schicht aufgebracht, und in dieser PSG-Schicht werden Löcher für die positive und negative Elektrode ausgebildet. Danach v/erden - wie dies Pig. 4(c) zeigt, Elektrodenmetallschichten durch das Vakuumaufdampfverfahren in den Löchern ausgebildet, so dass sich ohmsche Elektroden 47 und 50 ergeben.

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üi3 vsx'bieibendvj PSG-Schicht wird entfernt. Beim nächsten Schrifci; v:ird über die gesamte Fläche eine PSG-Schickt 48 aufgebracht, die etwa 5OvOO a. dick ist und als Schutzschicht für das sesa-Äfczen verwendet wird. Derjenige Teil der .PSG-Schicht, an der ein Einschnitt geschaffen ;;srd-5ii soll, wird durch Photoätzsn entfernt.

Der freiliegende Bereich wird beispielsweise mit einera Ätzai'Jtel geätzt, bei den das Verhältnis von Äthylenglykol : Hydrogenparoz-rid : Schwefelsäure die Warte 3:5:2 auf v/eist. Dadurch ergibt sich der Einschnitt 1, der sich zur p⁺-leifcenden Ga_-1 ,.Al..As-Schicht 42 erstreckt (vgl. Fig. 4(c)). Obgleich der auf diese Weise gebildete Einschnitt i natürlich bis zur ρ -leitenden Ga^ Al As-Schicht 42 gehen kann, wie dies in Fig. 4(c) dargestellt ist, braucht diese Schicht ^2 nicht inrner die Schicht 42 erreichen, und zwar insofern, als der Abstand zwischen dem Boden des Einschnitts Λ und der Schicht 42 nicht grosser als die Hälfte der Breite des Einschnittes 1 sein darf, v;ie dies bereits zuvor erläutert wurde. Da die Ätsgeschwindigkeit in vorliegenden Falle etwa 5 ;im/I1inuten bei einer Itstemperatur von 18° C ist, ist es leicht, die ■Tiefe des Einschnittes zu steuern.

üachc.93 die PSG-Schicht 43 entfernt worden ist,'wird eine et:·/a 3000 α dicke PSG-Schicht 49 über die gesamte Fläche als Schutzschicht aufgebracht, und diejenigen Bareiche der FSG-Schicht 49, die über den Elektroden liegen, werden durch Photoätsen entfernt.

Danach wird die Ga_x, Al,.As-Schicht 41 durch ein mechanischchemisches Läpp- bsw. Schleifverfahren halbkriesförmig ausgebildet. Damit ist das lichtemittierende Element mit dem in Fig. 4(d) dargestellten Aufbau fertig.

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BeisOiel 4

Die Fig. 5(a) bis 5(cO zeigen Querschnitte, die die Herstellungsschritte für ein lichtemittierendes Element mit einem anderen erfindungsgemässen Aufbau wiedergeben. Wie in Fig. 5(a) gezeigt ist, v/ird eine ρ -leitende Ga. 41 As-Kristallschicht 5Λ durch das Flüssigkeits-Aufwachsverfahren ausgebildet. In dieser Kristall schicht • 51 ist das Mischverhältnis χ in seiner Oberfläche 0,2 oder grosser, und die Kristallschicht 5Ί ist mit Zn hoher Konzentration dotiert. Die Fremdatomkonsentration dieser ρ - leitenden Schicht beträgt 3 bis 4 χ 10 cm ^ oder darüber. Auf der Kristallschicht 51 wird eine (20 um dicke) p-leitende Ga^₁ Al As-Kristall schicht 52, die axt Zn dotiert ist, sowie danach eine (3 aa dicke) n-leitende Ga. Al-As-Kristallschicht 53, die mit Te dotiert ist, ausgebildet. Die Fremdatomkonzentation der p-leitenden

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Kristallschicht 52 ist 1 χ 10 cm und die Fremdatomkonzentration der η-leitenden Kristallschicht 53 ist 1 bis 2 χ 10¹⁸ cm~⁵.

Das sich dabei ergebende Element wird ausreichend gewaschen und getrocknet und danach wird durch das chemische Aufdampf verfahren eine Doppelschicht, die aus einer etwa 1000 S dicken AloO-j-Schicht und einer etwa 2000 2 dicken PSG-Schicht besteht, auf der Kristallschicht 53 aufgebracht.

Diese Doppelschicht wird durch Photoätzen in eine gewünschte Form gebracht und bildet eine Diffusionsaaske 54,, wie dies in Fig. 5(b) dargestellt ist.

Unter Verwendung einer dreistoffigen Legierung bzw. Verbindung aus Ga-As-Zn als Diffusionsquelle wird die Ampullen-Diffusion von Zn bei einer Temperatur von 700 G übe] Zeitraum von 1,5 Stunden hinweg durchgeführt. Dabei bildet sich eine p⁺-leitei
etwa 5/ω beträgt.

Diffusion von Zn bei einer Temperatur von 700 G über einen

m
sich eine p⁺-leitende Schicht 55ι deren Diffusionstiefe

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— Λ¹+ —

I'irichdec die Diffusion sr^uske 5^- entfernt v;urcie, v/ird mit dea GVD-Vorfahren über die geoaate Fläche hinweg eine etwa 5000 S dicke PSG-Schicht aufgebracht und mit Löchern für die positive und negative Elektrode versehen. Wie in ' Fig. 5(c) dargestellt ist, werden in den Löchern danach durch das Vakuunaufdaapfverfahren Matailfilcschichten aufgebracht, un die ohmschen Elektroden 56 und 59 zu bilden.

Die verbleibende PSG-Schicht wird entfernt. Danach wird über die gesagte Fläche eine etwa 5000 S. dicke PSG-Schicht 57 aufgebracht, die als Schutzschicht für das mesa-ltzen dient, und derjenige Bereich dieser PSG-Schicht, an der ein Einschnitt ausgebildet werden soll, wird durch Photoätzen entfernt.

Eer dabei freigelegte Bereich v/ird unter Verwendung eines Ätzmittels geätzt, dessen Zusammensetzung von Äthylenglakol : 'Wasserstoffperoxid : Schwefelsäure den Wert 3:5^2 aufweist. Auf diese Weise wird der Einschnitt (der mesa-geätzte Bereich) 1 ausgebildet, so dass das vordere Ende dieses Einschnitts 1 die ρ -leitende Kristallschicht 51 erreicht, die einen breiten Bandabstand aufweist. Der auf diese Weise ausgebildete Einschnitt 1 kann natürlich auch bis zur p⁺-leitenden Ga* „Al As-

ι ~™ Jt, -Λ

Kristallschicht 51 gehen, wie dies in Fig. 5(c) dargestellt ist. Wie bereits früher ausgeführt wurde, ist es jedoch nicht iaaer nötig, dass der Einschnitt 1 bis zur Kristallschicht 51 geht, wenn man darauf achtet, dass der Abstand zwischen dem Boden des Einschnittes 1 und der Kristallschicht 51 höchstens halb so gross wie die Breite des Einschnitts 1 ist. Die Itzgeschwindigkeit ist dabei etwa 5 JUEvmin bei einer Atztesperatur von 13 G, so dass die Sinschnittiefe leicht gesteuert werden kann.

Nachdem die PSG-Schicht 57 entfernt worden ist, wird über die gesagte Fläche eine etwa 6000 8 dicke PSG-Schicht

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als Schutzschicht aufgebracht, und diejenigen Bereiche der PSG-Schicht 53, die über den Elektroden liegen, werden durch Photoätzen entfernt. Sehliesslich ^T./ird die Kristallschicht 51 durch das mechanisch-chemische Läpp- bzw. Schleifverfahren halbkreisförmig ausgebildet- Das lichtemittierende Element mit aera in Fig. 5(d) dargestellten Aufbau ist dann fertig.

Beispiel 5

Die Pig. 6(a) bis 6(d) zeigen Querschnitte, anhand denen die Verfahrensschritte zur Herstellung eines lichtemittierenden Elements mit einer anderen erfindungsgemässen Ausbildung beschrieben werden sollen.

Wie Fig. 6(a) zeigt, wird auf eine Ga. _)ll..As-Eristallschicht 61, die durch ein Flüssigkeits-Aufwachsverfahren hergestellt wird, und in der das Mischverhältnis χ in der Oberfläche nicht grosser als G,2 ist, eine etwa 10 us dicke und mit Zn dotierte -Ό-leitende Ga_-1 , Al,,As-£ristall schicht 62, sowie eine twa 3 uadicke und mit Zn in hoher Konzentration dotierte ρ -leitende Ga,, .ΑΙ,-^s-Schiciit 63 ebenfalls durch das Flüssigkeits-Aufwachsverfahren nacheinander aufgebracht. Die Fremdatomkonzentration der p-leitenden Kristall schient 62 beträgt 1 zz 10 ° ca"⁵,

und die Fremdatomkonzentration der p'^r-leifcenden Kristallin — r> schicht 63 beträgt 3 bis 4 χ 10 cm ^ oder darüber.

Danach xvird auf die p⁺-leitende Schicht 63 eine 10 um dicke und mit Zn dotierte p-leitende Ga_x, „Al As-Kristallschicht 64, sowie eine etwa 3 um dicke und mit Te dotierte Ga. Al As-Schicht 65 durch das Flüssigkeits-Aufwachsverfahren nacheinander aufgebracht. Die Fremdatomkonzentration der p-leitenden Kristallschicht 64 beträgt 1 χ 10 ca ^, und die der η-leitenden Kristallschicht 65 beträgt

1 bis 2 χ 10 cm~^.

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iiach dem Waschen und Trocknen des sich dabei ergebenden Aufbaus, wird eine Doppelschicht, die aus einer etwa 1000 £ nicken Al^O--Schient und einer etwa 2000 S dicken I^;8G-3chicht besteht,'durch das chemische Aufdampfverfahren auf die Kristallschicht 65 aufgebracht. Durch Photoätzen wird diese Doppel schicht in die gewünschte Form gebracht und bildet eine Diffusionsmaske 56, wie dies in Fig. 6 (b) dargestellt ist.

Unter Verwendung einer dreistoffigen Verbindung bzw. Legierung von Ga-As-Ξη als Diffusionsquelle wird die Ampullen-Diffusion von Zn bei einer 'Temperatur von 700 C über einen Zeitraum von 1,5 Stunden hinweg ausgeführt. Dadurch wird eine p⁺-leitende Schicht 67 nit einer Diffusionstiefe von et v/a 5000 S. gebildet, wie dies Fig. 6(b) zeigt.

Die Diffusionsaaske 66 wird entfernt. Über die gesamte Fläche wird durch das chemische Aufdampfverfahren eine etwa 5000 S dicke PSG-Schicht aufgebracht und mit Löchern für die positive und negative Elektrode versehen. Danach werden die Elektrodenmetall schichten durch Vakuumaufdampfen in den Löchern ausgebildet, so dass die ohaschen Elektroden 68 und 70 entstehen (vgl. Fig. 6(c)).

üachdem die verbliebene PSG-Schicht entfernt worden ist, wird über die gesamte Fläche eine etwa 5000 A dicke PSG-Schicht 69 aufgebracht, die als Schutzschicht für das mesa-ltaen verwendet wird. Derjenige Bereiche dieser PSG-Schicht, an der ein Einschnitt ausgebildet v/erden soll, wird durch Photoätaen entfernt.

Unter Verwendung eines Ätzmittels., bei dem das Zusammensetsverhältnis aus Äthylenglykol : Wasserstoffperoxid : Schwefelsäure den Wert 3 ^: 5 : 2 aufweist, wird der freiliegende Bereich geätzt, bis das vordere Ende des Einschnittes die p⁺-leitende Schicht 63 erreicht oder bis der

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Abstand :r.;i sehen de™ vorderen Endo des EiiisaLiilttiio und dor η ^r-leit;ondori Schlehe W'j hüchatens halb r.:o gror;:: u.\-:j dio iöreibo de.; Einschnituen Ist".

iiachdem dia Schutzschicht für.¹ dnc? eiuGa-l t:;on 5>^! oni;(/-irnt worden Ist, wird eine etwa 6000 S dicke P3C— ochicUi; 7'' als Übsi'ilHcheri-Pfinniviox'unsiJijCriiclii; aur_;;obr ich;,, und diojenifjfjn TeLIe der FoG-Schicht 7'!, die über κοη Elektrode a 6B und 70 liegjt, aoviie di3 Ii:; ndb.ο reiche v/orden durch Pliotoäfcpien entfernt.

Schi ί-333ΐ ich v/irii die Ga₁ Al Ac-öchichfc 61 durch ä-io raech-anisch-chetnifjcha Läpp- baw. Schleifveri"'j.hi'en halbkroisförmig ausgebildet. Das lichtomitfcierenda Halbloiterelsnenfc gemäss Fig. 6(d) ist dann fertig.

Beispiel 6

Bei den vorausgegangenen Ausfuhrungsbeispiolisn ist die lichtprojektierende Fläche-halbkreisförmig und die beiden Elektroden sind an derselben Fläche ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist sdlbstverr.ländlich nicht auf eine derartige Struktur begrenzt. Auch wenn die lichtprojisierende Fläche flach und die positive und negative Elektrode an unterschiedlichen Ebenen ausgebildet werden, ergeben ijich die gleichen Wirkungen und Vorteile.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel für ein Halbleiterelement mit einera derartigen Aufbau. Die p-leitende Ga^_,_rAl,.'Vs-Schicht

¹^i die η-leitende Ga,, Al As-Schicht 5, die p⁺-leibende Ga^_._<rAl,_/.As-Schicht 3i der Einschnitt 1, dex' pn-übergang 10 und die negative Elektrode 6 entsprechen dem in Fig. 2 dargestellten Element. Wie Fig. 7 zeigt, ist dagegen dia dicke p-leitende Ga. _rAl ,As-Schicht 2' auf der lichten!ttierenden Seite nicht halbkreisförmig, sondern in Form einer flachen, geraden Fläche ausgebildet, und die positive

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Vorfi.ihron .;ur Aii'.i'suduru; k-i::;. ^eaänG d.;r vorLioj-;t3adon /ir-ί1ηάίίη;_ς ΐ;αηη ,pciooh. nicht: r.-;r do.G FLUJoii/.-.i-^itn-^p ita.cir; L-Aiii'v/'icho-'/iir["-'hren, üondürc auch ά·π; Diffusion;;/-rit'L'aiir.-in vörwtindou werden, ua die Cu'.iLciifc r,u bilden. ICs r.'iijij nicafcy exbru noch batont werden, daso dio CcliLciib nicht; ury idirijjfc sine Ga, „AL.,A3-EchLcht :;u r-.fiin br-.iuriht;, conierri diese Cuiicht hunn auoa ^;viü and^i-'en Mn f;-:; rl η lion , bei ευ Lc; 1;λ/;ϊϊ ce

ami Gai^J-ii-i, In i^J und/oder G-ir-GaAü^ L' ΐ·ο\; ι L·:. ; t; werden, i —>: .·- ι—χ .'" -

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HITACHI, LTD. 9- Juni 1978

ESA-5636

Lichtemittierende3 Halbleiterelement

Patentansprüche

Lichtemittierendes Halbleiterelement, g e k e η η zei chnet durch einen pn-übergang (10), der durch eine Halbleiterschicht (4; 43; 52; 64) mit einer ersten Leitfähigkeit und durch eine Halbleiterschicht (5; 44-; 51; 65) mit einer zweiten Leitfähigkeit gebildet wird, eine einen geringen spezifischen Widerstand aufweisende Halbleiterschicht (3; 42; 63), die an die Halbleiterschicht (4; 43; 63) mit der ersten Leitfähigkeit angrenzt und eine hohe Fremdatomkonzentration mit der ersten Leitfähigkeit besitzt, eine Halbleiterschicht (2; 41; 51; 61), die das Licht abgibt und an die den geringen spezifischen Widerstand auf v/eisende HaIb-

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ORIGINAL INSPECTED

lederschicht (j; 42; 62) angrenzt und vom ersten Leitfähigkeit styp ist, sowie ein Einschnitt (1), der von der Fläche der Halbleiterschicht (4; 4-3; 52; 64) mit der ersten Leibfähigkeit in einer V/eise ausgebildet ist, dass er den pn-übergang (10) umgibt, v/obei der Abstand zv/isehen dem Boden des Einschnittes (1) und der einen geringen spezifischen Widerstand aufweisenden Halbleiterschicht (3; 42; 65) höchstens halb so gross wie die Breite des Einschnittes (1) ist.
2. Lichtemittierendes Halbleiterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der Halbleiterschicht (2; 41; 51; 61), die das Licht abgibt, im wesentlichen halbkreisförmig ist, und dass eine positive Elektrode (6; 50; 59; 70) und eine negative Elektrode (11; 47; 56; 69) auf derselben Seite des Halbleitei·- körpers ausgebildet ist.
3. Lichtemittierendes Halbleiterelement nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitfähigkeit eine p-Leitfähigkeit und die zxtfeite Leitfähigkeit eine η-Leitfähigkeit ist.
4. Lichtemittierendes Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Einschnittes (1) die den geringen Widerstand aufweisende Halbleiterschicht (3; 42; 63) erreicht.
5- Lichtemittierendes Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Einschnittes (1) in der Halbleiterschicht (4; 43; 52; 64) mit der ersten Leitfähigkeit liegt.
6. Lichtemittierendes Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche dar Halbleiterschicht (2'), die das Licht

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abgibt, flach ist, und dass eine positive Elektrode (6) und eine negative Elektrode (11) an Flächen auf verschiedenen Seiten des Halbleiterkörpers ausgebildet sind (Fig. 7).

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