DE2936800A1 - Verfahren zum herstellen eines pn-ueberganges durch fluessig-epitaxie - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines pn-ueberganges durch fluessig-epitaxie

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Dipl.-Phys. Dr. Klaus 7101 Untergruppenbach Gillessen
Dipl.-Phys. Dr. Werner 7102 Weinsberg Schairer
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Description

  • Verfahren zum Herstellen eines pn-Uberganges
  • durch Flüssig-Epitaxie Strahlungsemittierende Dioden hoher Strahlungsdichte und/ oder kurzer Schaltzeiten, wie sie z. B. für die optische Nachrichtenübertragung durch Glasfasern oder Luft benötigt werden, erfordern eine hohe Stromdichte und geringe Sperrschichtkapazität. Beide Forderungen lassen sich durch Begrenzung des Stromflusses auf einen kleinen Teil der Gesamtfläche üblicher Halbleiterbauelemente (Kantenlänge typisch größer als 300 #m) erfüllen. Flüssigepitaktisch hergestzllte Dioden weisen bei geeigneter Dotierung (z. B.
  • Ge in GaAs) besonders günstige Eigenschaften in bezug auf kurze Schaltzeiten und hohen Wirkungsgrad auf. Nachteilig ist dabei jedoch, daß im allgemeinen ein über die Halbleiterscheibe und damit auch über das einzelne Halbleiterbauelement ganzflächiger pn-Übergang entsteht, der einen lokal begrenzten Stromfluß nur durch zusätzliche Maßnahmen ermöglicht. Bekannte derartige Maßnahmen sind z. B. lokal begrenzte Ionenimplantation, Isolationsdiffusion und lokale Kontaktierung durch eine Passivierung der Oberfläche.
  • Alle diese Verfahren haben jedoch schwerwiegende Nachteile: z. B. erfordert die Ionenimplantation für Eindringtiefen oberhalb von 5 ßm sehr hohe Beschleunigungsspannungen, die Isolationsdiffusion kann die Eigenschaften des aktiven pn-Übergangs nachteilig beeinflussen und die Kontaktierung durch eine Passivierungsschicht führt nur zu einer unvollkommenen Begrenzung des stromführenden Bereichs.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines lokal begrenzten pn-Überganges anzugeben, welches die Nachteile bekannter Verfahren nicht aufweist und welches sich zur Herstellung von Halbleiterbauelementen mit planarer Struktur sowie auch zur Herstellung strahlungsemittierender Dioden hoher Strahlungsdichte und/oder kurzer Schaltzeiten eignet. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des vorliegenden Anspruchs 1 gelöst.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • Bei der Herstellung eines pn-Überganges für eine strahlungsemittierende Diode geht man gemäß der Figur 1 beispielsweise von einem n-leitenden GaAs-Halbleiterkörper 1 als Substrat aus und versieht dieses Substrat auf der Unterseite mit einer Passivierungsschicht 2, die beispielsweise aus Siliziumdioxid oder aus Siliziumnitrid besteht. Diese Passivierungsschicht 2 wird in dem Bereich, in dem der pn-Übergang entstehen soll, mit einer Öffnung 3 versehen, deren Durchmesser typischerweise etwa 100 ßm beträgt. Diese Öffnung wird beispielsweise mit Hilfe des bekannten fotolithographischen Verfahrens hergestellt.
  • Anschließend wird das Substrat 1 gemäß der Figur 2 mit einer Arsen-gesättigten, p-dotierten Gallium-Lösung 4 in Kontakt gebracht. Die p-Dotierung der Ga-Lösung 4 wird beispielsweise durch Germaniumzusätze erreicht. Die Temperatur der Ga-Lösung wird soweit erhöht, daß gemäß Figur 2 das Substrat 1 derart angelöst wird, daß im Substrat eine Grube 5 mit einer Tiefe von beispielsweise 5 ßm entsteht. Dies geschieht bei der genannten Lösung beispielsweise dann, wenn die Lösung bei etwa 650 0C mit Arsen gesättigt wird, und wenn die Temperatur der Lösung um etwa 3 0C erhöht wird, nachdem die Lösung mit dem Substrat in Kontakt gebracht worden ist.
  • Das Anlösen des Substrats kann alternativ z. B. auch dadurch erfolgen, daß die Temperatur der Epitaxie-Lösung bereits vor dem Inkontaktbringen mit dem Substrat entsprechend erhöht wird. Nach der Herstellung der Grube 5 durch Anlösen wird die Temperatur so weit gesenkt, daß epitaktisches Wachstum einsetzt und die Grube 5 durch epitaktisches Material 6 aus p-leitendem GaAs ausgefüllt wird.
  • Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Lösung nach dem Inkontaktbringen mit einer Geschwindigkeit von typisch 2 °C/min. um 10 0C abgekühlt wird. Dabei entsteht an der Berührungsstelle zwischen epitaktischem Material und dem Substrat gemäß der Figur 3 der gewünschte pn-Übergang 6. Schließlich wird die Lösung vom Substrat getrennt und die gesamte Anordnung auf Raumtemperatur abgekühlt.
  • Damit ist das Ziel der Herstellung eines lokal begrenzten, planaren, durch Flüssig-Epitaxie entstandenen pn-Überganges erreicht.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel, das im folgenden erläutert wird, entsteht der pn-Übergang innerhalb der Epitaxieschicht, indem z. B. der Epitaxielösung Silizium in einer Menge, die etwa 1 Atomprozent entspricht, zuge- setzt wird. Das Anlösen des Substrats und die Entstehung der Grube 5 entsprechen völlig dem eben beschriebenen Anwendungsbeispiel. Beim Zuwachsen der Grube kann jedoch durch geeignete Wahl der Prozeßtemperaturen erreicht werden, daß zunächst eine n-leitende, unterhalb einer bestimmten Umschlagstemperatur T eine p-leitende Epin taxieschicht entsteht. Dies ist in Abb. 4 gezeigt, wo die Si-dotierte Lösung mit 7, die n-leitende Epitaxieschicht mit 8, und die p-leitende Epitaxieschicht mit 9 bezeichnet ist.

Claims (7)

  1. Patentansprüche 1) Verfahren zum Herstellen eines pn-Überganges durch Flüssig-Epitaxie, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleitersubstrat mit einer Passivierungsschicht versehen wird, daß diese Passivierungsschicht in demjenigen Bereich, in dem der pn-Übergang entstehen soll, mit einer Öffnung versehen wird, daß das Substrat in dem von der Passivierungsschicht freigelegten Bereich mit einer zur Bildung eines pn-Uberganges geeigneten flüssigen Epitaxielösung in Berührung gebracht wird, daß das Substrat durch die Epitaxielösung angelöst wird und daß die Temperatur anschließend derart gesenkt wird, daß ein epitaktisches Wachstum innerhalb der zuvor gebildeten Grube einsetzt und das abgeschiedene Epitaxiematerial einen pn-Übergang aufweist oder mit dem Substrat einen pn-Übergang bildet.
  2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Ga-Lösung zum Anlösen des Substrats erhöht wird.
  3. 3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Substrat durch Anlösen gebildete Grube mit Epitaxiematerial ausgefüllt wird.
  4. 4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Substrat aus n-leitendem GaAs eine mit Arsen gesättigte und mit Germanium dotierte Ga-Lösung als Epitaxielösung verwendet wird.
  5. 5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Arsen gesättigte und mit Silizium dotierte Ga-Lösung als Epitaxielösung verwendet wird.
  6. 6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ursprüngliche Halbleiteroberfläche nach der Flüssigepitaxie wieder rekonstruiert wird.
  7. 7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der p-leitenden Schicht in der Grube 1,5 bis 3,5 Diffusionslängen der Minoritätsladungsträger im epitaxierten Material beträgt.
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