DE2231926A1 - Verfahren zur herstellung von halbleitermaterial und zur herstellung von halbleitereinrichtungen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von halbleitermaterial und zur herstellung von halbleitereinrichtungenInfo
- Publication number
- DE2231926A1 DE2231926A1 DE2231926A DE2231926A DE2231926A1 DE 2231926 A1 DE2231926 A1 DE 2231926A1 DE 2231926 A DE2231926 A DE 2231926A DE 2231926 A DE2231926 A DE 2231926A DE 2231926 A1 DE2231926 A1 DE 2231926A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- nitrogen
- gaas
- conductivity type
- isoelectronic
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
- H01L33/305—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system characterised by the doping materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
- H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/45001—Core members of the connector
- H01L2224/45099—Material
- H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
- H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/484—Connecting portions
- H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
- H01L2224/852—Applying energy for connecting
- H01L2224/85201—Compression bonding
- H01L2224/85205—Ultrasonic bonding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
- H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
- H01L2924/1203—Rectifying Diode
- H01L2924/12036—PN diode
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/049—Equivalence and options
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/056—Gallium arsenide
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/057—Gas flow control
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/059—Germanium on silicon or Ge-Si on III-V
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/065—Gp III-V generic compounds-processing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/067—Graded energy gap
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/072—Heterojunctions
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/099—LED, multicolor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/107—Melt
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/119—Phosphides of gallium or indium
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/135—Removal of substrate
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
- Y10S438/914—Doping
- Y10S438/918—Special or nonstandard dopant
Description
PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 8O. MAUERKIRCHERSTR. 45
Monsanto Company St.Louis, Missouri/USA
Verfahren zur Herstellung von Halbleitermaterial und
zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen
Die Erfindung betrifft die Herstellung und Aufbereitung von Halbleitermaterial und die Herstellung von Halbleitereinrichtungen.
Vorzugsweise betrifft die Erfindung das Gebiet" von Elektrolumineszenzmaterial und elektrolumineszenten
Einrichtungen.
C-I9-2I-OI9O-A S - VII/My -Z-
209883/1179
(MlI) 4i 82 72 (98 82 72) 48 70 43
<98 70 43) 48 3310 (98 3310) Telegramm·! BERGSTAPFPATENT Manchen TELEX 05 24 5« BERG d
Bank ι Bayeriiche Vereinsbank MOnchen 453100 Pottscheck: München 653
Es ist bereits bekannt, daß durch die Dotierung von Galliumphosphid (GaP) mit Stickstoff oder Einbringung
von Stickstoff in dasselbe isoelektrische Fehlstellen, Fangstellen oder Haftstellen oder Rekombinationszentren
erzeugt werden. Diese Fehlstellen wirken als Strahlungsrekombinationszentren zur Verstärkung der Emission von
grünem Licht, wenn aus dem Material Bauelemente mit einer Sperrschicht hergestellt werden. Die bekannten Verfahren,
die speziell eine Dotierung von GaP mit Stickstoff beinhalten, wobei GaP entweder als Substrat oder
als epitaktische Schicht als als beides vorliegt, beschränken sich offenbar auf Verfahren des Wachsens aus
einer Schmelze oder auf Epitaxieverfahren aus einer flüssigen Phase. Typisch für die bekannten Verfahren ist
z.B. das im US-Patent Nr. 3 462 320 erläutere Verfahren. Hierbei werden elektrolumineszierende GaP-Bauelemente
hergestellt, indem einer Schmelze von elementarem Gallium (Ga) Galliumnitrid (GaN) und polykristallines GaP, das
eine Dotierung für eine bestimmte Leitungsart aufweist, beigegeben werden. Dann wird die Schmelze in einer dichtverschlossenen Quarzampulle auf 12000C erhitzt. Es folgt
eine Abkühlung auf 8000C während einer Zeitspanne von
ungefähr 10 Stunden. Der bei diesem Verfahren erzeugte, unregelmäßig geformte Einkristall des mit Stickstoff
dotierten GaP wird durch Waschen mit konzentrierter HCl aus dem Gallium herausgelöst. Dann wird er auf Form und
209883/1179 " 3 "
Größe geschnitten und poliert. Das so erhaltene Material dient als Substrat, auf das man eine Epitaxieschicht von
GaP mit einem unterschiedlichen Leitungstyp mittels eines Flüssigphasenverfahrens, bekannt als "Auftragverfahren"
oder "Tipping-Verfahren" aufwachsen läßt. An den p- und η-Zonen werden Zuleitungen angebracht. Man erhält
so ein Bauteil mit einem pn-übergang und zwei Anschlüssen.
Bei anderen bekannten Verfahren läßt man auf ein GaP-Substrat
eine Epitaxieschicht aus stickstoffdotiertem GaP mittels eines Verfahrens mit flüssiger Phase, z.B.
dem "Auftragverfahren" oder dem "Tipping-Verfahren", aufwachsen,
wobei das Substrat einen zur Epitaxieschicht entgegengesetzten Leitungstyp aufweist. Das GaP-Substrat
kann dann zusätzlich mit Stickstoff dotiert werden oder nicht.
Es sind auch Herstellverfahren für das GaP-Elektrolumineszenzdioden
bekannt, bei denen mit einer Dampfphase gearbeitet wird. Es sind jedoch keine Veröffent- :
lichungen bekannt, in denen speziell die Dotierung von GaP mit Stickstoff mittels eines Dampfphasen-Verfahrens
zur Herstellung von «lektrolumineszierendem Material für Elektrolumineszenzdioden beschrieben ist. Bei einem bekannten
Verfahren wird schwefeldotiertes GaP epitaktisch
209883/1179
aus der Dampfphase auf einem Galliumarsenidsubstrat
(GaAs) mittels eines Phosphortrichlorid(PCl,)-Übertragungsverfahrens
abgeschieden. Hierbei wird gereinigter Wasserstoff, dem das PCI, beigegeben ist, mit einem Strom
von Wasserstoff, dem die Schwefelverunreihigung beigegeben ist, vermischt. Das Gasgemisch wird dann in ein
Quarzrohr als Reaktionsgefäß eingeleitet und reagiert mit dem Gallium bei 9300C. Das hierbei gebildete GaP
wird epitaktisch auf dem GaAs abgeschieden. Hierauf wird
ein p-Dotierungsstoff,, z.B. Zink oder Beryllium, in die
η-dotierte Schicht des GaP eindiffundiert, um einen pnübergang herzustellen. Das Emissionsspektrum der mit
diesem erläuterten epitaktischen GaP/GaAs-Aufbau hergestellten Dioden zeigt unter anderem, daß isolierte Stickstoffatome
als unbeabsichtigt hinzugefügte Verunreinigungen vorhanden sind. Es wird weder erläutert, was als
Quelle für den Stickstoff in Frage kommt, noch wo der Stickstoff innerhalb des Materials vorkommt, d.h. ob in
der p- oder in der η-Zone des GaP. Dieses Verfahren ist im einzelnen von E.G.Dierschke et al im "Journal of
Applied Physics", Vol.41, No. 1, Seiten 321 bis 328, Januar 1970, beschrieben.
Aus dem Stand der Technik, betreffend den Einschluß von isoelektronischen Verunreinigungen in Halbleitermaterialien,
ist nichts über die Herstellung von Elektrolumines-
' 209883/1179 " 5 "
zenzeinrichtungen aus Legierungen (Kristallgemischen
oder festen Lösungen) von binären III-V-Verbindungen,
wie z.B. Galliumarsenidphosphid GaAs.,_χΡχ, wobei χ
zwischen ^^0,2 und 1 liegt, und die auf irgendeine
Weise hergestellt sind, bekannt.'
Bei der erwähnten Veröffentlichung von Dierschke et al wird auf die Verunreinigung der epitaktischen GaP-Schicht
durch Arsenatome, die aus dem GaAs-Substrat stammen, hingewiesen. Es ergibt sich hierbei eine Verbindung von
GaAs P,. „, bei der die Molbruchteile von Arsen in der
kennzeichnensten Kurve für unter normalen Bedingungen gewachsene Kristalle beim GaP/GaAs-Übergang einen Wert
von 0,06 aufweisen. Dieser Wert sinkt in einem Abstand von einem Millimeter von der Übergangszone auf einen Wert
von weniger als 0,02 ab. Wie bereits erwähnt, ist das Arsen unbeabsichtigt aus dem GaAs-Substrat in das epitaktische
GaP eingedrungen. Die Anwesenheit von Arsen in der GaP-Schicht war den Verfassern unbekannt, bis
eine Analyse des Emissionsspektrums und eine Bestätigung durch Messungen mit einer Elektronensonde vorlagen. Die
Veröffentlichung von Dierschke et al enthält auch keine Angaben darüber, wo die isolierten Stickstoffatome, die
im Emissionsspektrum nachgewiesen sind, vorkommen, ob im n- oder im p-dotierten GaP. In jedem Fall ist jedoch der
Stickstoff wie auch das Arsen unbeabsichtigt beigegeben.
- 6 -209883/1179
Bei einem von P.J. Dean et al in "Applied Physics Letters", Vol. 14, No. 7, Seiten 210 Ms 212, I.April
1969, veröffentlichten Verfahren läßt man phosphorangereichertes GaAs P-1 (wobei χ ^n, 0,2 ist), das mit Stickstoff
dotiert ist, aus der Dampfphase aufwachsen. Hierbei wird Phosphin (PHU) und Arsin (AsH,) in einem Strom
von feuchtem Wasserstoff eingeleitet. Das Gemisch wird hierauf einem offenen Rohr als Reaktionsgefäß, das auf
1040°C aufgeheizt ist, zugeführt. Im Rohr reagiert das Wasser mit gesintertem Bornitrid (BN), wodurch über der
Wachstumszone des Kristalls NH, gebildet wird. Der Stickstoff
des NH, dient zur Dotierung des GaAs P. . Die
J X I —X
Dotierung erfolgt scheinbar gleichmäßig über den wachsenden Kristall. Die Veröffentlichung von Dean et al, wie
oben, fci~ieht sich jedoch in erster Linie auf eine Erläuterung
der Lokalisationsenergie Der Anregungen an den isoelektronischen Stickstoffplätzen im phosphorangereicherten
GaAs P1 , wie sich aus Versuchsergebnissen aus dem optischen Absorptionsspektrum für X /^0,2 ergibt.
In der Veröffentlichung von Dean et al findet sich kein Hinweis auf die Herstellung von Elektrolumineszenzbauteilen
aus Galliumarsenidphosphid mit einem pn-übergang oder auf eine Kennlinie derartiger Bauelemente.
Bei den bekannten Verfahren, wie sie oben erwähnt sind, ist die isoelektronische Verunreinigung - Stickstoff -
209883/1179 " ? "
normalerweise gleichmäßig in der Epitaxieschicht und/ oder in dem darunter "befindlichen Substrat verteilt. Da
die an den isoelektronischen Stickstoff-Gitterplätzen
hervorgerufene Elektrolumineszenz in der Nähe der Raumladungszone des pn-Übergangs entsteht, absorbieren die
in den übrigen Teilen des Materials vorhandenen Stickstoffatome einen Teil der ausgesandten Strahlung. Um
ein gewünschtes Stickstoffprofil zu erhalten, wurde vorgeschlagen, daß ein "Zweifach-Auftragverfahren" oder
"Zweifach-Tipping-Verfahren" einer epitaktischen Abscheidung aus der flüssigen Phase verwendet wird. Bei
einem derartigen Verfahren wird während des ersten Absehe idungsVorgangs beim Aufwachsen der Epitaxieschicht
mit einer bestimmten Leitungsart der Kühlzyklus beim epitatischen Wachstum unterbrochen, nachdem eine Schicht
mit einer bestimmten Stickstoffkonzentration gewachsen ist. Dann wird der Stickstoffanteil durch das Einstellen
der ΝΗ-,-Konzentration erhöht, um die GaN-Konzentration
in der Ga-Schmelze zu erhöhen. Bei Wiedereinsetzen des Kühlzyklus weist die nun wachsende Schicht die gewünschte
höhere Stickstoffkonzentration auf. Dann läßt man
eine Schicht mit entgegengesetzter Leitungsart bei einem zweiten Auftrag- oder Tippingvorgang aus einer Schmelze,
die nun die gewünschte GaN-Konzentration aufweist, wachsen. Nach einer bestimmten Wachstumszeit unterbricht
man den Kühlzyklus, und das GaN wird von der Ga-Wachs-
- 8 2098B3 / 1179
tumsschmelze abgedampft. Bei Wiedereinsetzen des Kühlzyklus wächst die restliche Schicht mit einer niedrigen
Stickstoffkonzentration auf.
Die Erfindung schafft ein Dampfphasen-Verfahren zur Herstellung
von elektrolumineszierenden Materialien aus Stickstoff dotiertem GaAs1 -JE*.
I ""λ Λ
Durch die Erfindung soll auch eine Einrichtung zur leichten Dotierung einer bestimmten Zone der Epitaxieschicht
aus GaAs,, P mit Stickstoff geschaffen werden.
Mit der Erfindung wird auch eine neue Materialzusammensetzung
geschaffen, die besonders für die Herstellung von Elektrolumineszenzbauteilen geeignet ist.
Die Erfindung erlaubt auch, verbesserte Elektrolumineszenzbauteile
zu schaffen, die aus dem mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erzeugten GaAs. P hergestellt sind.
Die Erfindung betrifft ein Dampfphasen-Verfahren zur
Implantation von isoelektronischen Verunreinigungen nur in die Sperrschicht bzw. den Übergangsbereich von halbleitenden Materialien und die Herstellung von Halbleiterbauelementen
oder -einrichtungen aus diesen Materialien. Bei bevorzugten Ausführungsformen dient die Er-
209883/1179 " 9"
findung zur Implantation von Stickstoff in bestimmte Zonen von Material aus GaAs,, .J? , aus dem dann Elektrolumineszenzbauteile
oder -einrichtungen hergestellt werden.
GaAs., P wird aufbereitet bzw» hergestellt, indem
Halogen-Wasserstoff-Verbindungen in Wasserstoff mit Ga zur Reaktion gebracht werden, wobei das Reaktionsgemisch
mit Wasserstoff, dem PH*, AsH^ und ein Dotierungsstoff
einer bestimmten Leitungsart beigefügt sind, zusammengebracht wird. Hierbei entsteht GaAs1 VP„/ das aus der
Dampfphase als epitaktische Schicht auf einem geeigneten Substrat abgeschieden wird.. Die Zusammensetzung der aufgewachsenen Schicht wird gesteuert, um einen allmählichen
Übergang zu schaffen, indem ein gesteuertes Arsen-Phosphor-Verhältnis bei der Berührungsfläche mit dem Substrat
vorliegt. Das Verhältnis verändert sich in der aufwachsenden Schicht, bis ein gewünschtes Arsen-Phosphor-Verhältnis
erreicht ist. Ist ein bestimmtes Arsen-Phosphor- Verhältnis erreicht, wird in den Reaktionsmittel-Dampfstrom
Stickstoff eingeleitet. Dadurch wird der Stickstoff in der wachsenden Epitaxieschicht nur in einer
schmalen Zone implantiert, in der später der pn-Ubergang gebildet werden soll und auch die Strahlung
hervorgerufen werden soll. Hierauf wird der pn-übergang erzeugt, indem entweder in den Strom der dampfförmigen
- 10 20988 3/1179
Reaktionspartner eine Verunreinigung, die einen dem ersten
Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyp hervorruft, zugesetzt wird, oder indem nach dem Ende des
Wachsens der Epitaxieschicht diese mit einem Dotierungsstoff entgegengesetzten Leitungstyps dotiert wird.
Aus der stickstoff dotierten, epitaktischen GaAs-1 „P -
I ■■•.λ. .X.
Struktur werden dann mit den üblichen Verfahren Elektrolumineszenzbauteile
oder -einrichtungen hergestellt. Weil bei der Herstellung des GaAs1 P das Arsen-Phosphor-Verhältnis
verändert wird, sind Slektrolumineszenzdioden
herstellbar, die eine verbesserte Helligkeit und eine verbesserte Lichtausbeute bei allen Farben von rot bis
grün aufweisen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei auf die
beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
Fig. 1A bis 1E zeigen aufeinanderfolgende Schritte
der Aufbereitung von Halbleitermaterial gemäß der Erfindung.
Fig. 1F und 1G zeigen schematische Querschnitte
von typischen Ausführungsformen von Halbleiterbauteilen, die gemäß der Erfindung hergestellt sind.
- 11 209883/1 179
Fig. 2 bis 6 zeigen vergleichende Kurven der unterschiedlichen Ausbeuten und Eigenschaften von Bauelementen
aus GaAs. VPV, die mit und ohne Stickstoffzusatz
hergestellt sind.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung
zur Herstellung und zum Aufwachsen von epitaktischen Schichten sind vorzugsweise im wesentlichen denjenigen
nach dem US-Patent No. 3 218 205, von R.A.Ruehrwein,
ähnlich.
Bei dem nachfolgenden Beispiel wird auf die Herstellung eines Materials mit einer Epitaxiestruktur eingegangen,
das zur Herstellung des in Fig. 1E im Schnitt gezeigten Bauteils verwendet wird.
Beim Vorgang des Aufwachsens einer Epitaxieschicht, wie er in Fig. 1A bis 1C gezeigt ist, wird eine' gereinigte
und polierte Substratscheibe aus einkristallinem GaP, dessen Orientierung um 5° aus der (lOO)kristalligraphischen
Ebene abweicht, in ein verschmolzenes Reaktionsrohr aus Siliciumdioxyd oder Quarz, das sich in einem
Ofen befindet, gegeben. Das Reaktionsrohr ist mit Wasserstoff ausgespült, um Sauerstoff aus dem Rohr und
von der Oberfläche des Substrats zu entfernen. Der
209883/1179 " 1·2 "
Reaktionsmitteldampf wird erzeugt, indem ein Strom von HCl mit einer Durchflußmenge von 3,5 cm /min in einen
Strom von Wasserstoff mit einer Durchflußmenge von 50 cm /min eingeleitet wird. Der Strom dieses Gemisches
wird bei 7700C über elementares Gallium geleitet. Gleichzeitig
wird ein zweiter Wasserstoffstrom mit 450 cm /min, dem 0,29 cnr/min AsE5, 0,88 cnr/min PH, und ungefähr
0,3 cm·5/min von 100 Teilen/Million (ppm) Diäthyltellurid
im Gemisch mit Wasserstoff zugesetzt sind, eingeleitet. Dieser Strom wird mit dem HCl-Ga-Reaktionsgemisch
in der Reaktionszone des Reaktionsrohrs, die auf 925°C erhitzt ist, gemischt. Aus der Reaktionszone gelangen
die Dämpfe in eine kühlere Zone des Rohrs, die eine Temperatur von 825°C aufweist. Hier beginnt die
epitaktische Abscheidung von GaAs,, P auf dem GaP-Substrat.
Um Verzerrungen und Störstellen durch Gitterfehler im Kristall zu'minimieren, wird zunächst eine erste
Schicht von GaP mit einer Dicke von ca. 12/um epitaktisch
auf dem GaP-Substrat abgeschieden. Hierauf läßt man durch Einstellen des relativen Verhältnisses von
PH^ und AsH^ im Reaktionsgemisch eine Schicht 2, die
einen stetigen Gradienten aufweist, bis zu einer Dicke von 8/um aufwachsen. Die Endzusammensetzung dieser
Schicht entspricht der Formel GaAsQ 235Po 765* Das epi~
taktische Wachstum eines Materials dieser Zusammensetzung wird beibehalten, bis eine Schicht 3 mit einer Dicke
?0PB83/1179 - 13 -
von ca. 330/um vorliegt. Während der letzten Phase des
epitaxielen Wachstums wurden 300 cnr/min eines Gemischs von 10% KH^ in Wasserstoff anstelle von 300 cm /min IL,
eingeleitet, damit eine stickstoffdotierte Epitaxieschicht 4 mit einer Dicke von ca. 18/um entsteht. Nach
diesem Aufwachsen wird dann das System auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Die Struktur oder den Aufbau in
dieser Phase zeigt Fig. 1C.
Eine Probe des so geschaffenen Materials wird dann bei 8750C 20 Minuten einer Diffusion unterworfen. Die Diffusion
findet in einem evakuierten, verschlossenen Reaktionsraum statt, der 3 mg Zn und 3 mg Phosphor enthält.
Hierdurch wird eine p-dotierte Zone 4b und ein pn-übergang 5, der sich in ca. 6/Um Tiefe in der stickstoffdotierten
Schicht befindet, erzeugt, wie in Fig. 1D gezeigt ist. Die gesamte Epitaxieschicht, die die Zonen 2, 3, 4a
und 4b umfaßt, ist mit Tellur bis zu einer reinen Donatorkonzentration von ca. 3 x 10 cm dotiert.
Aus dem mit diesem Verfahren erzeugten Material werden dann Bauelemente hergestellt. Die fertige Scheibe wird
von der Substratseite her auf eine Dicke von ca. 125/um
geläppt. Entsprechend der Dicke der Schicht 3 folgt daraus, daß sowohl das Substrat 1, die Schicht 2 und ein
Teil der. Schicht 3 bis zu einer Höhe, die in Fig. 1D
2098Π3/117 9 - 14 -
-14- 2231925
mit der gestrichelten Linie gezeigt ist, entfernt wird. So entsteht die in Fig. 1Ξ gezeigte Scheibe. Bei einer
Epitaxiestruktur, deren gesamte Dicke über alle Schichten von 2 bis 4b (Fig. 1D) geringer als ca. 125/um ist,
entsteht ein Bauteil, wie in Fig. 1G gezeigt ist. Auf
der η-dotierten Oberfläche 6 (Fig. 1E) wird ein ohmscher Kontakt durch Aufdampfen einer Schicht 7 (Fig. 1F und
1G) aus einer Au/Ge (12%)-Legierung im Vakuum erzeugt. Diese Schicht wird mit einem geeigneten Kopfstück oder
Endstück 8, z.B. mit einem TO-18-Kopfstück, verbunden.
Das Kopfstück weist eine negative Anschlußfahne 9 auf (die positive Anschlußfahne ist nicht gezeigt). Der ohmsche
Kontakt mit der p-leitenden Oberfläche wird hergestellt, indem auf ihr ein Golddraht 10 durch Ultraschallschweißen
angebracht wird.
Elektrolumineszenzdioden, die aus einem Material hergestellt sind, das eine Zusammensetzung entsprechend diesem
Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist, ergeben eine Helligkeit von ca. 8950 asb (830 Fuß-Lambert) bei
einer Stromdichte von 20 A/cm und bei einer Wellenlänge von 6040 A, wie die obere Kurve in Fig. 6 zeigt. Fig. 6
zeigt vergleichende Kurven für die Helligkeit über der Legierungszusammensetzung bei stickstoffdotierten und
stickstofffreien Dioden bei Raumtemperatur.
- 15 2 0 9 8 8 3/1179
2231928
Zum Zwecke des Vergleichs wurde ein zweites Muster aus identischem Material wie oben hergestellt, wobei die
stickstoffdotierte Schicht (Zone 4 in Fig. 1C) vor der
Diffusion der Zn-Dotierung entfernt wurde. Die Dotierung erfolgte unter den gleichen Bedingungen für die Dotierung
mit Zn wie oben, bei der in der stickstoffdotierten Schicht ein pn-übergang erzeugt wird. Die durchschnittliche
Helligkeit einer Gruppe von zehn Dioden, die aus dem stickstofffreien Material hergestellt wurden,
betrug nur 625 asb (58 Fuß-Lambert) bei einer Stromdichte von 20 A/cm bei 5800 £, wie mit der ausgezogenen Kurve
mit vollen Punkten in Fig. 6 für stickstofffreie Dioden gezeigt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein GaAs-Substrat verwendet. Der pn-übergang wird erzeugt,
indem als Donator oder Diffusionsmittel Zinkarsenid (ZnAsρ) verwendet wird.
Die einzelnen Verfahrensschritte entsprechen dem bereits
erläuterten Ausführungsbeispiel, wozu wieder auf die in Fig. 1A bis 1F gezeigten Schritte und Strukturen Bezug
genommen wird. Das Reaktionsgas wird erzeugt, indem ein Gemisch von 5,4 cnr/min HCl in 50 cnr/min Hp über elemen-
- 16 209883/1179
tares Gallium bei 7800C geleitet wird. Das erhaltene
Gasgemisch wird mit 450 cnr/min H2, dem 2,6 cnr/min AsH,
und 1,4 cnr/min PH-* beigemischt sind, bei einer Reaktionstemperatur
von 925°C gemischt. Dem H2-Hauptstrom werden ca. 0,4 cm /min eines Gemisches von 100 Teilen/
Million (ppm) Diäthyltellurid im Gemisch mit H2 beigefügt,
um eine reine Donatorkonzentration von ca. 6 χ 10 cm zu erhalten. Das Reaktionsgemisch wird
dann über ein Substrat 1 aus einkristallinem GaAs geführt, dessen Orientierung um einen Winkel von kleiner gleich
2° zur (100)Kristallorientierung abweicht. Die Reaktionstemperatur beträgt 8400C; nachdem die relative Konzentration
des PE-z und des AsH5 in der Dampfphase eingestellt
ist, läßt man auf dem Substrat eine Epitaxieschicht 2 mit stetigem Gradienten bis zu einer Dicke von 65/um
aufwachsen. Die Endzusammensetzung dieser Schicht entspricht der Formel GaAs0 505^0 475* Nun -^ßt man eine
Epitaxieschicht 3 dieser Zusammensetzung bis zu einer Dicke von ca. 192 /um aufwachsen. Während der letzten
Minuten des Wachsens wird anstelle der 300 cm /min H2 300 cnr/min eines Gemisches von 10% NH, in H2 eingeleitet,
um eine stickstoffdotierte Oberschicht (Vor der Diffusion die Schicht 4) mit einer Dicke von 12/um zu
erzeugen.
- 17 209883/ 1 179
Aus dem Material mit dieser Zusammensetzung werden dann
Dioden hergestellt, indem eine Diffusion mit 8 mg ZnAs2
bei 8000C während 45 Minuten durchgeführt wird. Die Diffusion
erfolgt in einem verschlossenen, evakuierten Reaktionsrohr. Hierdurch entsteht die p-Zone 4b und der
pn-übergang 5 ca. 5/um unter der Oberfläche. Durch Läppen
auf eine Dicke von 125/um und Anbringen von ohmschen Kontakten und Leitungen wie oben entsteht eine Reihe von
lichtemittierenden Dioden. Sie weisen eine durchschnittliche Helligkeit von ca. 11 850 asb (1100 Fuß-Lambert)
bei einer Stromdichte von 20 A/cm auf, wie die obere Kurve in.Fig. 6 (für Stickstoffdotierung) zeigt. Zum Vergleich
wurde eine zweite Reihe von lichtemittierenden Dioden mit der gleichen Legierungszusammensetzung hergestellt.
Unterschiedlich war nur, daß die stickstoffdotierte
Schicht (Zone 4 in Fig. 1C) weggelassen war und daß eine Rediffusion mit ZnASp in gleicher Weise wie im
Beispiel 1 durchgeführt wurde. Hierbei ergab sich eine durchschnittliche Helligkeit von nur ca. 5260 asb
(490 Fuß-Lambert).
Bei einer verringerten Stromdichte von 10 A/cm ergaben die mit einer Legierung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel
hergestellten stickstoffdotierten, lichtemittierenden
Dioden eine durchschnittliche Helligkeit von 5050 asb (470 Fuß-Lambert) bei einer Wellenlänge von
- 18 209883/117 9
6650 Ä. Das entspricht der Größenordnung der von den
lichtemittierenden Dioden ohne Stickstoffdotierung hervorgerufenen
Helligkeit bei einer Stromdichte von 20 A/cm . Dieses Ergebnis ist um eine Größenordnung
besser als die für diese Legierungszusammensetzung (die in der Zone der indirekten Energiebandlücke liegt) üblichen
Ergebnisse. Die Helligkeit ist mit der von Rotlicht-Lumineszenzdioden aus nicht stickstoffdotierten
Legierungen der Zusammensetzung GaAs0 ^aPq ^g, die in
der Zone der direkten Energiebandlücke liegen, zu vergleichen. Gemäß der Erfindung sind also durch das Hinzufügen
von Stickstoff Lumineszenzdioden mit einer im allgemeinen gleichwertigen Helligkeit im Spektralbereich
von 6500 bis 5600 A herstellbar. Dies ist besonders im gelben Teil des Spektrums von Bedeutung, da bisher keine
Gelblicht-Lumineszenzdioden großer Helligkeit herstellbar waren.
Der verbesserte Wirkungsgrad der stickstoffdotierten
Elektrolumineszenzbauteile gemäß der Erfindung ist im Vergleich zu stickstofffreien Bauteilen in Fig. 2 bis
dargestellt. Die externe Quantenausbeute wird erzielt, indem epoxidumhüllte Dioden (in Fig. 1 ist die Epoxidlinse
nicht gezeigt), die auf einem TO-18-Kopfstück unter
Verwendung von Au/Ge-grundplättchen montiert sind, verwendet werden.
- 19 209883/1179
Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß das Beifügen von Stickstoff eine Verschiebung der Spitzenemissionsenergie (eV)
und damit der Wellenlänge "bei einer bestimmten GaAs,, VP Zusammensetzung
hervorruft. Zur Umrechnung von Angström-Einheiten (A) der Wellenlänge auf Elektronenvolt (eV)
der Spitzenemissionsenergie ist ein Umwandlungsfaktor 12395 durch die Wellenlänge zu teilen; daher
12^5Qi5
eV = · Der Abstand zwischen den Emissionsspitzen von stickstoffdotierten und stickstofffreien Lumineszenzdioden verändert sich als Funktion der Zusammensetzung der Legierung. Es ist festzuhalten, daß der Abstand der Spitzenemissionsenergie von stickstoffdotierten und nicht dotierten Lumineszenzdioden mit abnehmendem χ ansteigt. Der größte Abstand wird mit ca. 0,15 eV im Bereich von 0,5 <x < 0,6 erreicht. Die Spitzenlage und die Bandbreite verschieben sich mit der Stromdichte. Art und Maß der Verschiebung hängen von der Zusammensetzung der Legierung und von der Temperatur ab. Die in Fig. 2 gezeigten Spitzenemissionsenergien wurden bei verhältnismäßig niedrigen Stromdichten von 10 A/cm gemessen.
eV = · Der Abstand zwischen den Emissionsspitzen von stickstoffdotierten und stickstofffreien Lumineszenzdioden verändert sich als Funktion der Zusammensetzung der Legierung. Es ist festzuhalten, daß der Abstand der Spitzenemissionsenergie von stickstoffdotierten und nicht dotierten Lumineszenzdioden mit abnehmendem χ ansteigt. Der größte Abstand wird mit ca. 0,15 eV im Bereich von 0,5 <x < 0,6 erreicht. Die Spitzenlage und die Bandbreite verschieben sich mit der Stromdichte. Art und Maß der Verschiebung hängen von der Zusammensetzung der Legierung und von der Temperatur ab. Die in Fig. 2 gezeigten Spitzenemissionsenergien wurden bei verhältnismäßig niedrigen Stromdichten von 10 A/cm gemessen.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung der externen Quantenausbeute als eune Funktion der Zusammensetzung des
GaAs,, „Ρν. Die Ausbeute der Lumineszenzdioden steigt mit
I ""λ -Λ. <
abnehmendem χ. Dieser Anstieg der Ausbeute wird im wesentlichen
auf zwei Faktoren zurückgeführt. Erstens ruft
- -20 209883/1179
die zunehmende Tiefe des Stickstoffmittelpunkts eine erhöhte
thermische Stabilität der eingeschlossenen Erregung hervor. Zweitens nimmt man an, da der Abstand des
(100)-Minimums und des (000)-Minimums mit kleiner werdendem
χ abnimmt, daß eine Erhöhung der Ubergangswahrscheinlichkeit der Emission der A-Linie eintritt.
Fig. 4 zeigt für stickstoffdotierte und stickstofffreie
Lumineszenzdioden Kurven der externen Ausbeute, aufgetragen über der Wellenlänge der Spitzenemission für verschiedene
Legierungszusammensetzungen. Man erkennt, daß die Ausbeute der stickstoffdotierten Lumineszenzdioden
in dem in der Zeichnung festgehaltenen Spektrum größer ist als die von nicht dotierten Lumineszenzdioden. Der
größte Abstand zwischen den Kurven, der die größte Steigerung der Ausbeute der stickstoffdotierten gegenüber
stickstofffreien Dioden wiedergibt, ist im allgemeinen im gelben Bereich des Spektrums zu beobachten.
Nach Fig. 3 ist für den Bereich der Legierung, in dem
0,5 ^x ^0,6 ist, festzustellen, daß die Ausbeute der
stickstoffdotierten Lumineszenzdioden mehr als 20mal
größer als die der stickstofffreien Dioden ist. Fig. 5 zeigt eine andere Möglichkeit,diese gesteigerte Ausbeute
nachzuweisen. Hier ist das Ausbeuteverhältnis '
- 21 209883/1179
GaAs1 P :'Ν
κ νοη dotierten zu nichtdotierten Dioden
über der Zusammensetzung der Legierung aufgetragen.
Obwohl die Quantenausbeute der stickstoffdotierten Dioden eine direkte Funktion der Legierungszusammensetzung ist,
sind Ausbeute und Helligkeit in dem Bereich χ >0,4 nahezu unabhängig von der Legierungszusammensetzung. Der
Grund hierfür liegt darin, daß die Empfindlichkeit des menschlichen Auges für abnehmendes x, werm/ die Farbe von
grün über gelb zu rot wechselt, ebenfalls stark abnimmt. Eine .typische Darstellung der Helligkeit, wie man sie mit
und ohne Dotierung erhält, ist in Fig. 6 gezeigt. Hier ist die Helligkeit als eine Funktion der Legierungszusammensetzung aufgetragen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann die Schicht 2 (siehe Fig. 1B bis 1D) die Legierung in unterschiedlicher
Zusammensetzung, nämlich mit stetigem Gradienten, eine Dicke von 1 bis 300 /um oder mehr aufweisen.
Die besten Ergebnisse wurden jedoch bis heute mit Schichten in der Größenordnung von ca. 25/um erzielt. Die
Zone 3 mit einer konstanten Legierungszusammensetzung ist vorzugsweise ca. 100/um dick. Ihre Dicke kann jedoch
im Bereich von 0 bis 300/um oder mehr schwanken. Die ndotierte
Zone 4a der stickstoffdotierten Oberflächen-
- 22 2098 8 3/1179
schicht hat bevorzugt eine Dicke von ca. 5/um. Ganz allgemein
kann sie jedoch eine Dicke im Bereich von 0 bis 300/um oder mehr aufweisen. Die p-dotierte Zone 4b der
stickstoffdotierten Schicht ist bevorzugt 5 bis 10/um
dickt, allgemein ist eine Dicke von 1 bis 25/um oder weniges mehr möglich. Es ist festzuhalten, daß bei verschiedenen
Ausführungsformen eine oder auch beide Schichten mit konstanter Legierungszusammensetzung, Schicht 3
und/oder die stickstoffdotierte Schicht 4a, in der Epitaxiestruktur
des GaAs. „P__ und damit der Lumineszenzdioden
gemäß der Erfindung weggelassen werden können. Bei den bevorzugten Ausführungsformen liegt jedoch, wie in
den Beispielen erläutert, eine Epitaxiestruktur des GaAs. P vor, wie in Fig. 1F gezeigt, wobei die Schichten
1 und 2 durch Läppen entfernt sind.
Die bei der Dotierung der Epitaxieschicht verwendete Verunreinigung,
durch die der Leitungstyp festgelegt wird, kann zu Beginn auch in die Zone 2 mit stetigem Gradienten
eingeleitet werden. Sie ist auch während der folgenden Wachstumsperiode zuführbar. Die Verunreinigung kann
aber auch erst bei Wachstumsbeginn der Schicht 3 mit konstanter Legierungszusammensetzung zugeführt werden.
Bei den bevorzugten Ausführungsformen ist die Epitaxieschicht mit Verunreinigungen des η-Typs dotiert. Die Verunreinigungen
vom p-Typ werden diffundiert, um einen pn-
- 23 2 0 9 8 8 3/1179
-23- 223192
Übergang zu erzeugen. Als geeignete Dotierungsstoffe
können die bekannten Stoffe verwendet werden, z.B. S, Se, Te oder Si für eine n-Dotierung, Be, Zn oder Cd für
eine p-Dotierung. Die Konzentration der n-Dotierung v/eist einen breiten Spielraum auf, sie geht von ca.
2,0 χ 10 bis 2,0 χ 10 ' cm ., Bevorzugt wird eine
Konzentration von 7,0 χ 10 cm" . Die Oberflächenkonzentration
der Verunreinigungen der P-Art liegt typisch in der Größenordnung 10 ° Atome/cm .
Bei der Dotierung mit Stickstoff wird dieser, wie anhand der bevorzugten Ausführungsformen erläutert wurde, selektiv
in die wachsende Epitaxieschicht nur in die Zone eingeführt, in der der pn-übergang entstehen soll, bevorzugt
im Bereich der 5 bis 20 /um dicken Oberflächenzone
(Schicht 4 in Fig. 1C). Die Stickstoffkonzentration
18 der Oberflächenzone liegt normalerweise bei ca. 1 χ 10
1Q ^
bis 1 χ 10 Atome/cm-3. Bei weniger bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ist jedoch die gesamte Epitaxie (Schichten 2 bis 4b) mit Stickstoff dotierbar. Unterhalb
der Schicht 4a ist die Konzentration dann jedoch wesentlich niedriger. Die isoelektronische Verunreinigung
ist von jeder Quelle zuführbar, z.B. elementarer Stickstoff oder seine gasförmigen oder flüchtigen Verbindungen.
- Zk -
209883/1179.
Die Übergangsschicht 2 der Legierung weist entweder einen
linearen oder einen nichtlinearen Gradienten auf. Bevorzugte Ausführungsformen weisen einen linearen
Gradienten der Zusammensetzung des GaAs- oder GaP-Substrats zur erwünschten Endzusammensetzung auf.
Die gemäß der Erfindung hergestellten Elektrolumineszenzbauteile sind entweder als einzelne Lumineszenzdioden
oder als Gruppenanordnung mittels der bekannten photolithographischen Verfahren herstellbar.
Die stickstoffdotierten GaAs. P -Legierungen gemäß der
Erfindung sind vor allem für die Herstellung von Lumineszenzdioden im sichtbaren Bereich des Spektrums geeignet.
Obwohl sichtbares Licht bei allen Materialien im Bereich von χ >
0,2 bis χ Ό,0 erzeugt wird, geht der bevorzugte Bereich für χ für Lumineszenzdioden gemäß der Erfindung
von ca. 0,3 bis 0,9. Für Rotlicht-Lumineszenzdioden liegt χ bevorzugt zwischen 0,4 und 0,6, für Gelblicht-Lumineszenzdioden
liegt χ bevorzugt zwischen 0,6 und 0,9.
Das gemäß der Erfindung bei der Herstellung von Lumineszenzdioden wichtige Vorhandensein der Anfangsschichten
(1 und 2 in Fig. 1) ist für die Arbeitsweise des fertigen Bauteils nicht wichtig. Die beiden Schichten sind
209R8 3M179
bei einer Reduzierung der Dicke der Halbleiterscheibe auf einen üblichen Wert von 100 bis 150/um daher entfernbar.
Bei der Ausführungsform, bei der GaAs als Substrat verwendet wird, ist es vorteilhaft, das Substrat
und die Übergangsschicht 2 zu entfernen, um Absorptionsverluste zu minimieren und um die von der Schicht 7 reflektierte
Strahlung zu erhöhen.
Ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen, sind
verschiedene Abwandlungen im Rahmen der Erfindung denkbar, bei denen andere Substrate, deren Gitterstruktur
ein epitaxiales Aufwachsen von GaAs,. „P erlaubt, z.B.
Ge, Si usw., verwendet werden. Es ist ebenso denkbar, daß andere Legierungssysteme für eine Dotierung mit Stickstoff
und anderen isoelektronischen Verunreinigungen im Sinne dieser Erfindung brauchbar sind, um daraus Elektrolumineszenzbauteile
herzustellen.
Auch besteht die Möglichkeit, ein anderes Verfahren zur
epitaktischen Abscheidung aus der Dampfphase als das, das bei den erläuterten Verfahrensbeispielen verwendet
wurde, für diese Erfindung heranzuziehen.
- Patentansprüche -
- 26 -
209883/1179
Claims (12)
1. Elektrolumineszierendes Material mit einer Formel
GaAs,, __P . wobei χ im Bereich >
0,2 und < 0,1 liegt, wobei das Material Fremdatome eines ersten Leitungstyps aufweist, und wobei die Oberflächenzone des Materials
isoelektronische Fremdatome und Fremdatome eines zum ersten entgegengesetzten Leitungstyps aufweist, um im
Material einen pn-übergang zu erzeugen.
2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den isoelektronischen Fremdatoraen um
Stickstoffatome handelt.
3. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß χ durch das gesamte Material einen konstanten Wert aufweist.
4. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von χ sich mit dem Abstand von der unteren
zur oberen Oberfläche stetig ändert.
5· Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat GaP verwendet wird.
- 27 -
209RR3 /1179
- 27 - 2231928-
6. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß als Substrat GaAs verwendet wird.
7. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdatorae vom ersten Leitungstyp eine n-Leitung
ergeben.
8. Material nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdatome vom ersten Leitungstyp eine
p-Leitung ergeben.
9. Verfahren zur Herstellung von elektrolumineszierendem
Material, gekennzeichnet durch
(a) Mischen von Reaktionsstoffen in der Dampfphase, die für die Erzeugung und das Abscheiden von
GaAs,, P eines ersten Leit'tmgstyps notwendig sind, wobei
χ einen Anfangswert im Bereich von 0 bis einschließlich 1 und einen Endwert im Bereich von >
0,2 bis K. 1,0 aufweist, mit einer isoelektronischen Verunreinigung,
(b) das Abscheiden einer Epitaxieschicht aus diesem Gemisch auf einem geeigneten Substrat, und
(c) die Diffusion von Fremdatomen, die einen Leitungstyp erzeugen, der dem in der Epitaxieschicht-
• entgegengesetzt ist, um dort einen pn-übergang zu erzeugen.
- 28 ·-
2 0 9 8^3/1179
10. Verfahren nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß die isoelektronische Verunreinigung den Reaktionsmitteldämpfen
beigemischt wird und in der Epitaxieschicht nur in der Zone, in der der pn-übergang entsteht,
beigefügt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der isoelektronischen Verunreinigung
um Stickstoff handelt, und daß das Substrat aus der Gruppe von GaP und GaAs ausgewählt ist.
12. Verfahren nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet,
daß der pn-übergang in Schritt (c) durch das Auf-, wachsen einer zusätzlichen Schicht, die Fremdatome mit
einem zum ursprünglichen Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyp und isoelektronische Verunreinigungen aufweist,
erzeugt wird".
Leerseite
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US15831271A | 1971-06-30 | 1971-06-30 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2231926A1 true DE2231926A1 (de) | 1973-01-18 |
DE2231926B2 DE2231926B2 (de) | 1981-06-04 |
Family
ID=22567541
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2231926A Ceased DE2231926B2 (de) | 1971-06-30 | 1972-06-29 | Verfahren zur Herstellung von Halbleitermaterial |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US3725749A (de) |
JP (2) | JPS584471B1 (de) |
BE (1) | BE785633A (de) |
DE (1) | DE2231926B2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2927454A1 (de) * | 1978-07-07 | 1980-01-17 | Mitsubishi Monsanto Chem | Epitaxiale scheibe, insbesondere zur verwendung von licht emittierenden dioden |
US4865655A (en) * | 1985-06-19 | 1989-09-12 | Mitsubishi Monsanto Chemical Co., Ltd. | Gallium arsenide phosphide mixed crystal epitaxial wafer with a graded buffer layer |
Families Citing this family (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3964940A (en) * | 1971-09-10 | 1976-06-22 | Plessey Handel Und Investments A.G. | Methods of producing gallium phosphide yellow light emitting diodes |
FR2175571B1 (de) * | 1972-03-14 | 1978-08-25 | Radiotechnique Compelec | |
US3790868A (en) * | 1972-10-27 | 1974-02-05 | Hewlett Packard Co | Efficient red emitting electroluminescent semiconductor |
JPS5325634B2 (de) * | 1973-04-04 | 1978-07-27 | ||
US3925119A (en) * | 1973-05-07 | 1975-12-09 | Ibm | Method for vapor deposition of gallium arsenide phosphide upon gallium arsenide substrates |
US3985590A (en) * | 1973-06-13 | 1976-10-12 | Harris Corporation | Process for forming heteroepitaxial structure |
US3979271A (en) * | 1973-07-23 | 1976-09-07 | Westinghouse Electric Corporation | Deposition of solid semiconductor compositions and novel semiconductor materials |
JPS5137915B2 (de) * | 1973-10-19 | 1976-10-19 | ||
GB1477415A (en) * | 1974-06-06 | 1977-06-22 | Ibm | Light emitting diodes |
US4154630A (en) * | 1975-01-07 | 1979-05-15 | U.S. Philips Corporation | Method of manufacturing semiconductor devices having isoelectronically built-in nitrogen and having the p-n junction formed subsequent to the deposition process |
US4198251A (en) * | 1975-09-18 | 1980-04-15 | U.S. Philips Corporation | Method of making polychromatic monolithic electroluminescent assembly utilizing epitaxial deposition of graded layers |
US4214926A (en) * | 1976-07-02 | 1980-07-29 | Tdk Electronics Co., Ltd. | Method of doping IIb or VIb group elements into a boron phosphide semiconductor |
JPS5856963B2 (ja) * | 1977-05-06 | 1983-12-17 | 三菱化成ポリテック株式会社 | 電子発光化合物半導体の製造方法 |
US4211586A (en) * | 1977-09-21 | 1980-07-08 | International Business Machines Corporation | Method of fabricating multicolor light emitting diode array utilizing stepped graded epitaxial layers |
JPH02249400A (ja) * | 1989-03-23 | 1990-10-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 音質評価装置 |
DE3940853A1 (de) * | 1989-12-11 | 1991-06-13 | Balzers Hochvakuum | Anordnung zur niveauregelung verfluessigter gase |
DE4011145A1 (de) * | 1990-04-06 | 1991-10-10 | Telefunken Electronic Gmbh | Lumineszenz-halbleiterelement |
JP3436379B2 (ja) * | 1992-07-28 | 2003-08-11 | 三菱化学株式会社 | りん化ひ化ガリウムエピタキシャルウエハ |
TW498102B (en) * | 1998-12-28 | 2002-08-11 | Futaba Denshi Kogyo Kk | A process for preparing GaN fluorescent substance |
US7204050B2 (en) * | 2003-12-29 | 2007-04-17 | Sargent Manufacturing Company | Exit device with lighted touchpad |
US7819981B2 (en) * | 2004-10-26 | 2010-10-26 | Advanced Technology Materials, Inc. | Methods for cleaning ion implanter components |
KR101241922B1 (ko) * | 2005-06-22 | 2013-03-11 | 어드밴스드 테크놀러지 머티리얼즈, 인코포레이티드 | 통합 가스 배합 장치 및 방법 |
KR101297917B1 (ko) | 2005-08-30 | 2013-08-27 | 어드밴스드 테크놀러지 머티리얼즈, 인코포레이티드 | 대안적인 불화 붕소 전구체를 이용한 붕소 이온 주입 방법,및 주입을 위한 대형 수소화붕소의 형성 방법 |
WO2009102762A2 (en) | 2008-02-11 | 2009-08-20 | Sweeney Joseph D | Ion source cleaning in semiconductor processing systems |
US20110021011A1 (en) | 2009-07-23 | 2011-01-27 | Advanced Technology Materials, Inc. | Carbon materials for carbon implantation |
US8598022B2 (en) | 2009-10-27 | 2013-12-03 | Advanced Technology Materials, Inc. | Isotopically-enriched boron-containing compounds, and methods of making and using same |
KR20220025123A (ko) | 2012-02-14 | 2022-03-03 | 엔테그리스, 아이엔씨. | 주입 빔 및 소스 수명 성능 개선을 위한 탄소 도판트 기체 및 동축류 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3617820A (en) * | 1966-11-18 | 1971-11-02 | Monsanto Co | Injection-luminescent diodes |
US3462320A (en) * | 1966-11-21 | 1969-08-19 | Bell Telephone Labor Inc | Solution growth of nitrogen doped gallium phosphide |
US3560275A (en) * | 1968-11-08 | 1971-02-02 | Rca Corp | Fabricating semiconductor devices |
JPS4921991B1 (de) * | 1969-06-27 | 1974-06-05 | ||
NL153030B (nl) * | 1969-09-05 | 1977-04-15 | Hitachi Ltd | Licht-uitzendende halfgeleiderdiode. |
US3603833A (en) * | 1970-02-16 | 1971-09-07 | Bell Telephone Labor Inc | Electroluminescent junction semiconductor with controllable combination colors |
US3646406A (en) * | 1970-06-30 | 1972-02-29 | Bell Telephone Labor Inc | Electroluminescent pnjunction diodes with nonuniform distribution of isoelectronic traps |
US3873382A (en) * | 1971-06-30 | 1975-03-25 | Monsanto Co | Process for the preparation of semiconductor materials and devices |
-
1971
- 1971-06-30 US US00158312A patent/US3725749A/en not_active Expired - Lifetime
-
1972
- 1972-06-29 BE BE785633A patent/BE785633A/xx not_active IP Right Cessation
- 1972-06-29 JP JP6454572A patent/JPS584471B1/ja active Pending
- 1972-06-29 DE DE2231926A patent/DE2231926B2/de not_active Ceased
-
1977
- 1977-03-07 US US05/775,070 patent/USRE29845E/en not_active Expired - Lifetime
-
1982
- 1982-06-10 JP JP57098575A patent/JPS6057214B2/ja not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
US-Z.: Review Paper, Mater. Sci. Eng. 6, 1970, 69-109 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2927454A1 (de) * | 1978-07-07 | 1980-01-17 | Mitsubishi Monsanto Chem | Epitaxiale scheibe, insbesondere zur verwendung von licht emittierenden dioden |
US4865655A (en) * | 1985-06-19 | 1989-09-12 | Mitsubishi Monsanto Chemical Co., Ltd. | Gallium arsenide phosphide mixed crystal epitaxial wafer with a graded buffer layer |
US4968642A (en) * | 1985-06-19 | 1990-11-06 | Mitsubishi Chemical Industries, Ltd. | Method of making a gallium arsenide phosphide-, mixed crystal-epitaxial wafer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS58105539A (ja) | 1983-06-23 |
US3725749A (en) | 1973-04-03 |
DE2231926B2 (de) | 1981-06-04 |
JPS584471B1 (de) | 1983-01-26 |
USRE29845E (en) | 1978-11-21 |
JPS6057214B2 (ja) | 1985-12-13 |
BE785633A (fr) | 1972-12-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2231926A1 (de) | Verfahren zur herstellung von halbleitermaterial und zur herstellung von halbleitereinrichtungen | |
DE2214404C3 (de) | Verfahren zum Herstellen epitaktischer Dünnschichten im Molekularstrahl-Epitaxieverfahren | |
DE19734034C2 (de) | Epitaxiewafer für Licht emittierende Vorrichtung, Verfahren zum Bilden des Wafers und den Wafer verwendende, Licht emittierende Vorrichtung | |
DE69133443T2 (de) | Elektromagnetische Umwandler | |
DE2830081A1 (de) | Verfahren zum herstellen eines halbleitermateriales der gruppen iii/v des periodischen systems | |
DE3810245A1 (de) | Lichtemittierendes element und verfahren zu seiner herstellung | |
DE102006040479A1 (de) | Gruppe III-Nitrid Halbleiterdünnfilm, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Gruppe III-Nitrid Halbleiterleuchtvorrichtung | |
DE3926373A1 (de) | Lichtemittierende diode aus siliciumcarbid mit einem pn-uebergang | |
DE19615179B4 (de) | Verfahren zur Herstellung lichtemittierender Halbleiterbauelemente mit verbesserter Stabilität | |
DE2039381A1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Elektrolumineszenz-Vorrichtung und Vorrichtung dieser Art | |
DE2756426A1 (de) | Halbleiteranordnung mit passivierungsschicht | |
DE2927454C3 (de) | Epitaxiale Scheibe zur Herstellung von Licht emittierenden Dioden | |
DE3237536C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden (II/VI)-Verbindungshalbleiterkristalls | |
DE2030367C3 (de) | Verfahren zur Herstellung einer epitaktisch aus einer A tief III B tief V -Verbindung gewachsenen Schicht | |
DE2534945A1 (de) | Leuchtdiode und verfahren zu ihrer herstellung | |
DE2819781A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines epitaktischen iii-v- halbleiterplaettchens | |
DE112007002539T5 (de) | ZnO-Schicht und lichtemittierende Halbleitervorrichtung | |
DE3324220A1 (de) | Gallium-phosphid-leuchtdiode | |
DE112020003015T5 (de) | Quantenpunktstruktur und Verfahren zur Herstellung einer Quantenpunktstruktur | |
DE19622704A1 (de) | Epitaxialwafer und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE2843983C2 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Grünlicht emittierenden GaP-Lumineszenzdiode | |
DE19729186A1 (de) | Verfahren zum Herstellen eines II-VI-Halbleiter-Bauelements | |
DE4037198B4 (de) | Epitaxialwafer und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE3324086C2 (de) | ||
DE2416394A1 (de) | Verfahren zur herstellung einer gruenlicht emittierenden galliumphosphid-vorrich- tung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8263 | Opposition against grant of a patent | ||
8228 | New agent |
Free format text: BERG, W., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN |
|
8228 | New agent |
Free format text: TER MEER, N., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. MUELLER, F., DIPL.-ING., 8000 MUENCHEN STEINMEISTER, H., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 4800 BIELEFELD |
|
8228 | New agent |
Free format text: BERG, W., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. TER MEER, N., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. MUELLER, F., DIPL.-ING., 8000 MUENCHEN STEINMEISTER, H., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 4800 BIELEFELD |
|
8235 | Patent refused |