DE3015422A1 - Verfahren zur herstellung einer elektrolumineszierenden halbleiteranordnung und durch dieses verfahren hergestellte elektrolumineszierende halbleiteranordnung - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer elektrolumineszierenden halbleiteranordnung und durch dieses verfahren hergestellte elektrolumineszierende halbleiteranordnungInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung einer elektrolumineszierenden Halbleiteranordnung und durch dieses Verfahren hergestellte
elektrolumineszierende Halbleiteranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer elektrolumineszierenden Halbleiteranordnung,
bei dem auf einer Hauptfläche eines Substrats epitaktische einkristalline Schichten, darunter eine aktive
Schicht, angewachsen und die Schichten unter Verwendung einer Atzmaske geätzt werden, wobei Spiegelflächen zur
Begrenzung aktiver Gebiete in ihrer Längsrichtung erhalten werden.
Unter dem Ausdruck "aktiv" sind hier Schichten und Gebiete zu verstehen, in denen Strahlung erzeugt werden
kann.
Ein Verfahren der vorgenannten Art ist aus I.E.E.E.
Journal of Quantum Electronics, Band QE 13, Nr. 8, August 1977, S. 628 - 631 bekannt.
Dabei werden auf einem Substrat aus n-leitendem Galliumarsenid nacheinander epitaktische Schichten aus
η-leitendem Galliumaluminiumarsenid, p-leitendem Galliumarsenid
(die aktive Schicht), p-leibendem Galliumaluminiumarsenid und p-leitendem Galliumarsenid erzeugt.
Dann wird durch Atzen die Breite der aktiven Gebiete
festgelegt und werden durch selektive Ablagerung polykristallinen Galliumarsenidphosphids mit einem hohen spezifischen
Widerstand die Gebiete gegeneinander isoliert. Anschliessend wird durch eine Atzbehandlung die Länge der
aktiven Gebiete festgelegt, wobei die Spiegelflächen gebildet
werden.
Ein Nachteil der Bildung von Spiegelflächen durch
Atzen besteht darin, dass die genannten Schichten oft verschiedene Atzgeschwindigkeiten aufweisen, dass insbesondere
beschleunigtes Atzen an den Trennflächen zwischen den Schichten auftreten kann und dass auch übrigens die
geätzte Fläche Unregelmässigkeiten aufweisen kann, wodurch die Wirkung der Anordnung beeinträchtigt werden kann.
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In der Praxis werden die Spiegelflächen daher oft
nicht durch Atzen, sondern durch Spaltung des durch die Schichten gebildeten Kristalls erhalten. Nachteile der
Spaltung, sind jedoch, dass Integration der aktiven Gebiete mit anderen aktiven oder passiven Einzelteilen in einem
Kristall praktisch unmöglich ist, dass die Kopplung des Lichtes zwischen diskreten aktiven oder passiven Einzelteilen
ein sehr genauer Vorgang ist und dass das Überziehen der Spiegel mit einer Schutzschicht nur nach Spaltung durchgeführt
werden kann und dadurch sehr viel Zeit beansprucht.
Die Aufgabe der Erfindung bestand daher u.a. darin, die Nachteile der bekannten Verfahren wenigstens in erheblichem
Masse zu vermeiden. Der Erfindung liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde,- dass die Herstellung elektrolumineszierender
Halbleiteranordnungen, insbesondere Halbleiter— laseranordnungen, erheblich vereinfacht werden kann, wenn
statt der Spaltung Atzvorgänge angewandt werden können, wobei nach diesen Atzvorgängen eine Behandlung durchgeführt
wird, die die Effekte verschiedener Atzgeschwindigkeiten auf die zu ätzende Fläche beseitigt.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren eingangs genannter Art nach der Erfindung daher dadurch gelöst,
dass nach dem Atzen auf den Spiegelflächen aus einer Gasphase eine epitaktische einkristalline Schutzschicht
angewachsen wird.
Mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung werden flache und parallele Spiegel erhalten, die praktisch
keine Unebenheiten aufweisen. Dies hängt wahrscheinlich mit der Tatsache zusammen, dass oft an Stellen mit einer
abweichenden grossen Atzgeschwindigkeit auch epitaktische Züchtung aus der Gasphase mit einer abweichenden grossen
Geschwindigkeit auftritt. Es kann eine ausgezeichnete haftende und passivierende Schicht erhalten werden, wodurch
Oberflächenrekombinationen vermieden werden.
Vorzugsweise werden die Spiegelflächen in der £_01 1 l —
oder Γθ1Ο~1 -Richtung oder in einer diesen Richtungen nahe
liegenden Richtung geätzt. Solche Richtungen weisen eine verhältnismässig geringe Atz- und Züchtungsgeschwindigkeit
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4.3.198ο 2 PHN
auf. Auch, braucht in derartigen Richtungen nur eine verhältnismässig
dünne Schutzschicht gezüchtet zu werden und ist die Möglichkeit gering, dass sich andere Schichten mit
niedrigerer Züchtungsgeschwindigkeit unter einem Winkel zu den Spiegelflächen störend entwickeln werden.
Vorzugsweise besteht die aktive Schicht aus Galliumarsenid oder Galliumaluminiumarsenid und die unter und
über der aktiven Schicht liege den Schichten bestehen aus Galliumaluminiumarsenid entgegengesetzter Leitungstypen
mit einem Aluminiumgehalt, der mindestens 25 At.$ grosser
als der der aktiven Schicht ist.
Vorzugsweise besteht die Schutzschicht aus isolierendem Galliumaluminiumarsenid mit einem den der aktiven
Schicht überschreitenden Aluminiumgehalt. Eine derartige Schicht ist für die erzeugte Strahlung durchlässig und
schliesst Ladungsträger in dem aktiven Gebiet ein.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung werden flache und parallele Spiegelflächen vor allem erhalten, wenn beim
Atzen, in lateraler Richtung gesehen, in den Schichten ein hohles Profil gebildet wird.
Vorzugsweise wird dabei zunächst ein Atzmittel angewandt,
bei dem ein Schwalbenschwanzprofil erhalten wird, wonach ein Atzmittel angewandt wird, mit dem nichtpräferentiell
geätzt wird.
Die schützende epitaktische Schicht kann auf übliche Weise mit anderen Schichten versehen werden.
Die aktiven Gebiete können in bezug aufeinander in der Breitenrichtuug z.B. durch einen Protonenbeschuss
begrenzt werden.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine elektrolumineszierende
Halbleiteranordnung, die durch das Verfahren nach der Erfindung hergestellt ist und in der die
aktiven Gebiete mit anderen aktiven und/oder passiven Elementen integriert sind.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1, 2, 3 und k schematisch im Schnitt eine
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4.3.1980 Jf PHN
elektrolumineszierend^ Halbleiteranordnung in aufeinanderfolgenden
Stufen der Herstellung mit Hilfe des Verfahrens nach, der Erfindung.
Bei dem vorliegenden Verfahren wird z.B. eine HaIbleiterlaseranordnung
hergestellt, wobei auf einer Hauptfläche 1 eines Substrats 2 epitaktische Schichten 3, 4, 5
und 6, unter denen eine aktive Schicht 4, angewachsen werden (siehe Fig. i). Dann werden die Schichten 3j 4, 5 und 6
unter Verwendung einer Atzmaske 8 geätzt, wobei Spiegelflächen 9 zur Begrenzung aktiver Gebiete 10 in der Längsrichtung
erhalten werden (siehe Fig. 4).
Nach der Erfindung wird nach dem Atzen auf den Spiegelflächen
9 aus einer Gasphase eine epitaktische einkristalline Schutzschicht 11 angewachsen.
Dabei können flache parallele Spiegel 12 erhalten werden.
Spiegelflächen 9 werden vorzugsweise in der £o111—
oder der Γθ 10*1 -Richtung oder einer anderen diesen Richtungen
nahe liegenden Richtung geätzt, weil in diesen Richtungen die Atz— und Züchtungsgeschwindigkeiten verhältnismässig
niedrig sind und bereits nach einer Züchtung verhältnismässig dünner Schichten 11 flache und parallele Spiegel
erhalten werden.
Gute Spiegel werden insbesondere erhalten, wenn beim Atzen, in lateraler Richtung gesehen, ein hohles Profil
gebildet wird. Dazu wird dann vorzugsweise zunächst ein Atzmittel angewandt, bei dem ein Schwalbenschwanzprofil
erhalten wird (siehe Fig. 3)» wonach ein Atzmittel angewandt
wird, mit dem nichtpräferentiell geätzt wird.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung kann eine (1OO)-Hauptfläche
1 eines Galliumarsenidsubstrats 2 vom n—Leitungstyp und mit einer Donatorkonzentration von 8 . 10 /cm3
auf übliche Weise mit Hilfe von Epitaxie aus der Flüssigkeitsphase nacheinander mit einer η-leitenden Galliumarsenidschicht
(nicht dargestellt) mit derselben Donatorkonzentration wie das Substrat und einer Dicke von 8 /um,
einer η-leitenden Galliumaluminiumarsenidschicht 3 mit einer Donatorkonzentration von 3 « 10 /cm3, einer Dicke von 1,5/*n
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h. 3.1980 J>f PHN
und einem Atomanteil an Aluminium in bezug auf Aluminium + Gallium von 0,30 sowie einer aktiven Schicht k aus Galliumarsenid
oder G-alliumaluminiumarsenid mit einem Atomanteil an Aluminium in bezug auf Aluminium + Gallium zwischen 0
und 0,05» einer Dicke von 0,3 /um und einer Akzeptorkonzen-
17/ τ tration von weniger als 1 . 10 /cm versehen werden.
Auf der Schicht h wird auf übliche ¥eise eine p-leitende
Galliumaluminiumarsenidschicht 5 niit einer Akzeptorkonzentration
von 5 · 10 /cm3 , einer Dicke von 1,5 /Um und
einem Atomanteil an Aluminium in bezug auf Aluminium + Gallium von 0,30 angewachsen, während auf der Schicht 5
eine p-leitende Galliumarsenidschicht 6 mit einer Akzeptor-
17/ τ
konzentration von 5 · 10 /cm und einer Dicke von 1 ,um angewachsen wird.
konzentration von 5 · 10 /cm und einer Dicke von 1 ,um angewachsen wird.
Zum Erhalten strichförmiger Laser mit einer Breite
von etwa 5/um und einer Länge von etwa 250 /Um wird die
Oberfläche der Schicht 6 mit einer 0,15yum dicken Aluminiumoxidschicht
7 durch Aufdampfen mit Hilfe eines Elektronenstrahlerzeugungssystems versehen (siehe Fig.2).
In dieser Aluminiumoxidschicht werden auf übliche
Weise in der Längsrichtung Offnungen 19 mit einer Breite
von 5 /um und einer Länge von 25Oyum in der I 011 J —Richtung
mit einem gegenseitigen Abstand in der Breitenrichtung von 300 /um und in der Längsrichtung von 50 /um vorgesehen.
Über die Offnungen 19 werden Zinkkontaktdiffusionsgebiete
18 in der Schicht 6 erzeugt.
Anschliessend wird über die Oberfläche mit den Offnungen 19 eine zweite Aluminiumoxidschicht angebracht.
Aus den Aluminiumoxidschichten wird eine Atzmaske 8 gebildet.
In die Schichten 3> ^> 5 und 6 werden über 30/um
breite Offnungen 15 in der Atzmaske 8 aus Aluminiumoxid
mit Hilfe eines Atzbades aus 1 Volumenteil Ammoniak 25 Gew.%
1 Volumenteil Wasserstoffperoxid 30 Gew.$ und 1 Volumenteil
Wasser Kanäle 1h in der Γ 011J—Richtung mit einem Schwalbenschwanzprofil
17 geätzt, wobei diese Kanäle an der Hauptfläche 1 eine Breite von etwa kO /um aufweisen.
Dann wird über dieselben Offnungen 15 mit einem Bad
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aus 3 Volumenteilen konzentrierter Schwefelsäure, 1 Volumenteil
Wasserstoffperoxid 30 Gew.fo und 1 Volumenteil Wasser
geätzt, wobei das Schwalbenschwanzprofil I7 in ein hohles
Profil 16 übergeht.
Danach wird auf übliche Weise aus einer Gasphase eine einkristalline Schutzschicht 11 aus Galliumaluminiumarsenid angewachsen. Die genannte Gasphase enthält Trimethylgallium, Trimethylaluminium und Arsenwasserstoff in Wasserstoff als Trägergas. Die Schicht 11 ist vom n—Typ, aber nicht absichtlich dotiert, und weist einen Atomanteil an Aluminium in bezug auf Aluminium + Gallium von 0,30, eine Dicke von 1,5/um und einer Donatorkonzentration von etwa 5 . 10 /cm3 auf. Der Widerstand der Schicht 11 ist höher als der der Schicht 4, wodurch kein störender Kurzschlusstrom zwischen den Schichten 3 und 5 über die Sphicht 11 fliesst. Es werden flache und parallele Spiegel in der £oiTj-Richtung erhalten. ·
Danach wird auf übliche Weise aus einer Gasphase eine einkristalline Schutzschicht 11 aus Galliumaluminiumarsenid angewachsen. Die genannte Gasphase enthält Trimethylgallium, Trimethylaluminium und Arsenwasserstoff in Wasserstoff als Trägergas. Die Schicht 11 ist vom n—Typ, aber nicht absichtlich dotiert, und weist einen Atomanteil an Aluminium in bezug auf Aluminium + Gallium von 0,30, eine Dicke von 1,5/um und einer Donatorkonzentration von etwa 5 . 10 /cm3 auf. Der Widerstand der Schicht 11 ist höher als der der Schicht 4, wodurch kein störender Kurzschlusstrom zwischen den Schichten 3 und 5 über die Sphicht 11 fliesst. Es werden flache und parallele Spiegel in der £oiTj-Richtung erhalten. ·
Die angegebene Dicke der Schicht 11 gilt vor allem
für den mittleren Teil; an der Hauptfläche 1 und an der Schicht 6 kann diese Dicke abweichend sein.
Auf der Atzmaske lagert sich polykristallines
Galliumaluminiumarsenid ab (nicht dargestellt), das mit
Hilfe eines Redox-Atzbades aus 50 cm3 Wasser, 2,5 cm3 konzentrierter
Schwefelsäure, 4 g Cuprochlorid und 875 mg
Cuprichlorid entfernt werden kann. Anschliessend werden die Fenster in der ersten Aluminiumoxidschicht 7 wieder
geöffnet, um Kontakte anzubringen.
Die Länge der aktiven Gebiete 10 beträgt 260 /um.
Auf übliche Weise werden die Laseranordnungen weiter
fertigbearbeitet.
Es ist einleuchtend, dass das erfindungsgemässe Verfahren nicht auf das gegebene Beispiel beschränkt ist,
sondern dass im Rahmen der Erfindung viele Abwandlungen möglich sind.
Auf der Schutzschicht 11 kann eine Schicht aus Aluminiumoxid zum Schützen von atmosphärischen Einflüssen erzeugt werden.
Auf der Schutzschicht 11 kann eine Schicht aus Aluminiumoxid zum Schützen von atmosphärischen Einflüssen erzeugt werden.
Die aktiven Gebiete können z.B. gleichzeitig in der
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k.3.1980 f PHN 9^3^
Breiten- und der Längsrichtung durch Atzen begrenzt werden.
Dann können gleichzeitig Vorder— und Seitenflächen mit einer Schutzschicht versehen werden.
Mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung können elektrolumineszierende Halbleiteranordnungen hergestellt
werden, die mit anderen passiven und/oder aktiven Elementen, wie Lichtleitern und Photodetektoren, integriert sind.
Statt des beschriebenen Atzverfahrens, bei dem ein
hohles Atzprofil erhalten wird, kann auch eine Sputterätzung durchgeführt werden, wobei mit einem einzigen Atz—
schritt ein Profil erhalten wird, das zu den Schichten 3»
k, 5 und 6 senkrecht ist.
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Leerseite
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung einer elektrolumineszierend
den Halbleiteranordnung, bei dem auf einer Hauptfläche eines Substrats epitaktische einkristalline Schichten,
darunter eine aktive Schicht, angewachsen und die Schichten unter Verwendung einer Atzmaske geätzt werden, wobei Spiegelflächen
erhalten werden, die aktive Gebiete in der Längsrichtung begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem
Atzen auf den Spiegelflächen aus einer Gasphase eine epitaktische
einkristalline Schutzschicht angewachsen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelflächen in der |_OiTj- oder Vi010~\ -Richtung
oder in einer diesen Richtungen nahe liegenden Richtung geätzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schicht aus Galliumarsenid oder Galliumaluminiumarsenid besteht und die unter und über der aktiven Schicht liegenden Schichten aus Galliumaluminiumarsenid entgegengesetzter Leitungstypen bestehen und einen Aluminiumgehalt aufweisen, der mindestens 25 Ab.fo grosser als der der aktiven Schicht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schicht aus Galliumarsenid oder Galliumaluminiumarsenid besteht und die unter und über der aktiven Schicht liegenden Schichten aus Galliumaluminiumarsenid entgegengesetzter Leitungstypen bestehen und einen Aluminiumgehalt aufweisen, der mindestens 25 Ab.fo grosser als der der aktiven Schicht ist.
k. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Schutzschicht aus isolierendem Galliumaluminiumarsenid besteht und einen den der aktiven Schicht überschreitenden
Aluminiumgehalt aufweist.
5· Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass beim Atzen, in lateraler Richtung gesehen, in den Schichten ein hohles Profil erhalten
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet,
dass zunächst ein Atzmittel verwendet wird, bei dem ein Schwalbenschwanzprofil erhalten wird, wonach ein Atzmittel
verwendet wird, mit dem nichtpräferentiell geätzt wird.
7. Elektrolumineszierende Halbleiteranordnung, die
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3.1980 2 PHN
durch, das Verfahren nach einem der vorstehenden hergestellt ist und in der die aktiven Gebiete mit anderen
aktiven und/oder passiven Elementen geintegriert sind.
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| DE3015422A1 true DE3015422A1 (de) | 1980-11-06 |
| DE3015422C2 DE3015422C2 (de) | 1987-12-03 |
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| GB (1) | GB2047962B (de) |
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