DE2036934A1 - Verfahren zur Herstellung Licht emittierender monolithischer Halbleiterdioden und Anordnungen von ihnen - Google Patents

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF

PATENTANWÄLTE
8 MÜNCHEN 2, HIUBLESTR ASSE 2O

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapf, 8 München 2, HHblestrofie 20

ίο 7_Λα 2VJuIMWO

Unser Zeichen ly fÖÖ Datum

Anwaltsakte 19 768

MONSANTO COMPANY, St.Louis, Missouri /USA

Verfahren zur Herstellung Licht emittierender monolithischer Halbleiterdioden und Anordnungen von ihnen

Die Erfindung betrifft Licht emittierende Festkörpereinrichtungen und Herstellungsverfahren für diese.

Zur Lichterzeugung wurden "bisher Glühlampen, elektrische Entladungen in Gasen, phosphoreszierende Körper und Pestkörper-Halbleitereinrichtungen verwendet.

In der Literatur wurden bereits zahlreiche Licht emittierende Pestkörpereinrichtungen beschrieben, welche nach

IX/My - C-19-21-0141 -2-

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einer Vielzahl von Verfahren hergestellt wurden. Nach einem in der Literatur beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Elektrolumineszenzdioden werden Verunreinigungen eines !leitfähigkeitstypus in einen ausgewählten Bereich eines Halbleitersubstrats anderer Leitfähigkeit zur Bildung eines pn-Übergangs eindiffundiert. Die Diffusion kann durch Flächenberührung des Diffusionsmaterials mit dem Halbleitersubstrat oder durch Dampfdiffusion der Verunreinigungen durch Masken in den Substratkristall erfolgen, falls dies gewünscht ist. Einrichtungen mit pn-übergang werden auch durch epitaxialen Niederschlag von Filmen eines Materials mit einem Leitfähigkeitstyp auf ein Substrat eines anderen Leitfähigkeitstyps geschaffen. Nachfolgend werden an die Hälbleitereinrichtung mit pn-übergang elektrische Kontakte angebracht, und die Halbleitereinrichtung wird dann eingehüllt und ist für die Benutzung fertig.

In der Literatur offenbarte, Licht emittierende Festkörper einrichtungen werden hergestellt und benutzt entweder als einzelne Einrichtungen oder hybride Anordnungen von ihnen, welche von Hand mit einem Substrat verbunden oder auf dieses aufgeklebt werden, wobei das Substrat eine gemeinsame Anode aufweist. Skizzenhaft wurde auch bereits in der Literatur erwähnt, daß monolithische Anordnungen von Licht emittierenden Halbleiterdioden, wie

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etwa aus Gallium-Arsenid, Gallium-Phosphid und Gallium-Arsenid-Phosphid hergestellt wurden. Darüber sind jedoch nur weniger Einzelheiten bekanntgeworden.

Verschiedene, mit den Herstellungsverfahren von Licht emittierenden" Pestkörperdioden und den Moden selbst verbundene Nachteile und Begrenzungen sind etwa die Schwierigkeit in der Ausführung und die Ungenauigkeit der verschiedenen Verfahren in der Bildung von pn-Übergängen mit einer für die Erzeugung von Licht emittierenden Dioden vorteilhaften Tiefe und Porm. Gegenwärtige Diffusionsverfahren sind mit zahlreichen Problemen behaftet, einschließlich der Diffusionsmaskiermaterialien, welche nicht an dem Substrat anhaften und/oder welche es nicht erlauben, steuerbare gewünschte Diffusionsprofile zu erreichen und/oder welche komplizierte Vorgänge aufweisen und aufwendige Ausrüstungen erfordern. Ein anderes Problem bildet die Schwierigkeit der Ausbildung guter Ohmscher Kontakte an dem Halbleiterkristall* Weitere Probleme und Begrenzungen bei Pestkörpereinrichtungen nach dem Stand der Technik betreffen eine zu geringe Helligkeit und einen zu geringen Wirkungsgrad, eine hohe Leistungsaufnahme, kurze Lebensdauer, Störungsempfindlichkeit gegen Vibration, zugesetzte Emissionsflächen, kleine Betrachtungswinkel, komplizierte elektrische Schaltungen, Inkompatibilität mit integrierten

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Schaltungen oder verhältnismäßig große Mindestgrößen. Gegenwärtig werden die einzig brauchbaren, Licht emittierenden Anzeigeeinrichtungen für numerische und alphanumerische Zeichen aus einer Vielzahl von einzelnen Licht emittierenden Dioden hergestellt.

Die Erfindung schafft Lieht emittierende monolithische planare Festkörperdioden und Anordnungen von ihnen, welche mit integrierten Schaltungen verträglich sind, welche nur geringe Eingangsleistung erfordern, welche mechanisch und elektrisch stabil sind, welche eine lange Betriebslebensdauer, einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad und große Helligkeit besitzen, welche eine hohe Packdichte besitzen und denen eine einzige Betrachtungsebene mit einem großen Betrachtungswinkel bei Verwendung für die Anzeige numerischer und alphanumerischer Zeichen zu eigen ist.

Weiter schafft die Erfindung ein Herstellungsverfahren zur Schaffung von Licht emittierenden Dioden und Anordnungen von ihnen gemäß Erfindung."

Die oben erläuterten Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung weiter unten näher ersichtlich.

Die Erfindung schafft also eine neuartige Kombination von

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Herstelluhgstechniken zur Schaffung von Licht emittierenden, planaren, monolithischen Festkörperdioden und Anordnungen von ihnen.

Das Herstellungsverfahren schließt die Anwendung einer gesteuerten Diffusion eines Dotiermittels vom p-Typ, vorzugsweise Zink, in einen intermetallischen Halbleiter mit η-Leitfähigkeit, vorzugsweise Gallium-Arsenid-Phosphid, ein. Der Diffusionsvorgang macht Gebrauch von einer Kombination von dünnen Filmen von Siliciumdioxyd und «ärfr phosphordotiertem Siliciumdioxyd, um eine Einrichtung zu schaffen, durch welche Dotierungsmittel vom p-Iyp in ausgewählte Bereiche (irgendeiner geometrischen Konfiguration) eines Halbleiterkörpers mit n-Leitfähigkeit diffundieren. Weitere hervorragende Merkmale des Verfahrens schließen die Verwendung eines neuen Ohmschen Kontaktsystems für η-Halbleiter ein, wozu aufeinanderfolgend Schichten von Zinn, Gold, Nickel und Gold auf den Halbleiter aufgebracht werden und diese Metalle in den Schichten mit dem Halbleiterkörper legiert werden. Nach dem Versehen des Halbleiterkörpers mit dem Ohmschen Kontakt wird der Halbleiterkörper an einer goldplattierten Kovar-Grundplatte (Kovar ist ein Warenzeichen für bestimmte Legierungen; siehe dazu Römpp, Chemielexikon, 1966, Spalte 3432) oder an einer mit Gold/Palladiumsiebbedruckten und gebrannten Grundplatte, wie etwa

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Aluminiumoxyd, angebracht. An der Einrichtung werden dann elektrische Leitungen angebracht. Danach wird die Einrichtung umhüllt und ist als einzelne Diode oder als .Anordnung von ihnen fertig für die Benutzung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten * Zeichnungen näher erläutert. ·

Pig. 1 zeigt ein Verfahrensablauf-Schaubild, in welchem Querschnittsansichten der Licht emittierenden Halbleiterdioden in verschiedenen Herstellungsstufen gezeigt sind.

Pig. 1A zeigt eine Ansicht eines n-Halbleiters, welcher,die Herstellung einer Licht emittierenden Diode gemäß Erfindung vorbereitend,auf einem anderen n-Substrat epitaxial aufgebracht ist,

Fig. 1B und 1C zeigen schematische Ansichten des Halbleiterkörpers mit der angebrachten, mehrschichtigen Diffusionsmaske und dem nachfolgend darin durch herkömmliche photοlithograph!sehe Verfahren - im Amerikanischen als "photo resist methods" bezeichnet - geöffneten Fenster, um die Oberfläche des Halbleiters für eine Dotierung mittels p-Verunreinigungen durch Diffusion freizulegen.

Fig. 1D zeigt ein übertrieben dargestelltes Profil des P-Bereichs und des nach der Diffusion durch die

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Diffusionsmaske ausgebildeten pn-Übergangs«,

Fig. 1E zeigt eine Ansicht, in welcher die Diffusionsmaske entfernt wurde und die Halbleiterkristalloberfläche für den nächsten Vorgang vorbereitet wurde. .

Fig. 1F und 1G- zeigen eine auf der Oberfläche des Kristalls niedergeschlagene Siliciumdioxydschicht und ein in der Siliciumdioxydschicht durch ein photolithographisches Verfahren geöffnetes Fenster, um die Metallaufbringung zur Bildung des p-Flächenkontakts vorzubereiten.

Fig. 1H und 11 zeigen eine Ansicht, gemäß welcher eine Schicht von Metall auf der ganzen Oberfläche des Kristalls niedergeschlagen ist, wobei ein Metall— kontakt mit dem p-Bereich hergestellt ist und in der Metallschicht durch photοlithographische Verfahren Fenster geöffnet sind.

Fig. U zeigt eine Ansicht, gemäß welcher das Original-n-substrat vorbereitend für die Bildung des rückseitigen Ohmsehen Kontakts entfernt ist.

Fig. 1K zeigt den hierin verwendeten, mehrschichtigen Aufbau vor der Bildung des rückseitigen Ohmschen Kontakts.

Fig. 1L zeigt den Aufbau der Einrichtung nach dem Legieren der Mehrzahl von Kontaktmaterialien ent-, sprechend der vorhergehenden Figur mit dem Halbleiterkristall. .

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Fig. 1Μ zeigt eine QuerSchnittsansicht einer Ausfuhrungsform einer Einrichtung, welche gemäß Erfindung geschaffen wurde, und bei welcher in dem Kristall erzeugtes Licht durch eine Kristall-Umgebung-Grenzfläche emittiert wird.

Mg. 2 zeigt eine andere Ausführungsform einer Einrichtung, bei welcher das Qriginal-n-Substratmaterial während des Herstellungsverfahrens beibehalten wird«

Pig. 3 zeigt eine andere, nach dem hierin beschriebenen Verfahren geschaffene Einrichtung, bei welcher das in dem Kristall erzeugte Licht in die Umgebungsatmosphäre durch eine Siliciumdioxydlinse emittiert wird.

Pig. 4 zeigt eine Schnittansicht einer anderen, gemäß Erfindung hergestellten Einrichtung, bei welcher ein Metallkontakt in der Mitte des p-Bereichs des Kristalls vorgesehen ist.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung betreffen ein Verfahren zur Herstellung Licht emittierender, planarer Halbleitereinrichtungen entweder als diskrete, einzelne, Licht emittierende Dioden oder als eine Anordnung von Licht emittierenden Dioden auf einem monolithischen Halbleiterplättchen oder -kristall* Die gemäß Erfindung hergestellten monolithischen, Licht emittierenden Einrichtungen besitzen viele Vorteile» welche gegen-

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wärtig im Handel befindliche, Licht emittierende Einrichtungen nicht besitzen. Solche Vorteile sind geringe Eingangsleistung, große Helligkeit, Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer, Kompatibilität mit integrierten Schaltungen, geringer Herstellungsaufwand, hohe Packdichte und ein großer Betrachtungswinkel. Breit gesprochen, ist das Herstellungsverfahren gemäß Erfindung auoh ganz allgemein für die Herstellung von Einrichtungen mit pn-Übergängen vorteilhaft. .

B e i s p" i e 1 1

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Licht emittierende Dioden hergestellt mit Gallium-Arsenid-Phosphid (GaAs_{1 V}P ', wobei χ eine Zahl von 0 bis einschließlich 1 ist) als Halbleiterbestandteil der Einriohtung.

Naohfolgend wird auf Pig. 1 Bezug genommen, in welcher ein Ablaufdiagramm dargestellt ist, welches Quersohnittsaneichten der Einrichtung in verschiedenen Herstellungsstufen zeigt. Mit 1 ist eine epitaxiale Schicht von GaAeP bezeichnet, welche auf einem Substrat 2 aus Galli-UJB-Arsenld aufgebracht ist, mit einer 100-Orientierung u»d einem in einer HO-Ebene gelegenen Halbleitermaterial« •cheibohtn.

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Die GaAsP-Schient ist bis zu einer Dicke von etwa 0,2 mm gewachsen. Diese Schicht ist durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet: Sie besitzt einen Phosphorgehalt im Bereich von 30 bis 50$, eine Trägerkonzentration von 5 χ

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10 bis 10 χ 10. Träger/ccm von Tellur, eine Beweglich-

- keit über 1500 cm /Volt-Sek., einen typischen spezifischen Widerstand von 0,028 Ohm-cm und eine Versetzungsdichte im Amerikanischen "dislocation density" genannt - (dieser

' Begriff betrifft Fehler im Festkörper-Kristallaufbau) von weniger als 2000/cm . Das GaAs besitzt »-»leitfähigkeit _r ist mit Tellur gedopt und besitzt einen spezifischen Widerstand im Bereich von 0,001 bis 0,005 Ohm-cm.

Die Oberfläche des GaAsP ist geschliffen bzw. geläppt, poliert und geätzt, um eine fehlerfreie ebene und gleichmäßige Oberfläche zu schaffen. Danach wird, wie aus' Fig. IB ersichtlich, eine Schicht 3 von SiO₂ in einer Dicke von 200 A durch Dampfphasenoxydation eines SiIiciumwasserstoffs bei einer Temperatur des Plättchens von 325⁰C niedergeschlagen. Eine zweite Schicht 4 von Siliciumdioxyd, welche 5$ Phosphorpentoxyd enthält, wird in einer Dicke von 15oo Ä durch gleichzeitige Dampfphasenoxydation eines Siliciumwasserstoffs und von Phosphorwasserstoff niedergeschlagen. Der Phosphorgehalt in dieser Schicht kann sich von etwa Vfo bis etwa ändern. Zuletzt wird eine zusätzliche Schicht 5 aus

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reinem Siliciumdioxyd auf der Phosphor-dotierten SiIi-'ciumdioxydschicht 4 in einer Dicke von 200 & niedergeschlagen. Die Oberfläche des Plättchens wird dann mit einem im Handel erhältlichen* Licht-empfindlichen Lack (nicht gezeigt) "beschichtet und mit einem herkömmlichen photolithographischen Verfahren behandelt« Der lichtempfindliche Lack wird durch eine Mustervorlage ultraviolettem Li cht# (UV-Licht) ausgesetzt, mit einem geeigneten Lösungsmittel, wie etwa Xylol,entwickelt und dann gebrannt, Eine gepufferte HF-Lösung wird verwendet, um Fenster in die Siliciumdioxydschichten 3» 4 und 5 zu ätzen, wie dies aus Fig. 1C ersichtlich ist, um die Oberfläche des GaAsP-Kristalls 1. in irgendeiner gewünschten Konfiguration freizulegen, um nachfolgend eine Umwandlung in p-Leitfähigkeit durch Diffusion mit p-Verunreinigungen, z.B₀ Zink, in der vorliegenden Ausführungsform, zu erreichen. Der lichtempfindliche Lack wird dann durch im Handel erhältliche Lösungsmittel entfernt, und did freigelegte Oberfläche des GaAsP wird geatzt und zweckmäßig gereinigt.

In die GaAsP-Oberfläche wird dann Zinkarsenid bei 800°C 50 Minuten lang diffundiert, um einen p-Bereich 6 mit einer Tiefe von 0,006 mm zu bilden. Die drei Oxydschichten 3, 4 und 5 werden dann von der Oberfläche des GaAsP durch Ätzen entfernt, und von der GaAsP-Oberflache selbst

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werden etwa 0,003 "bis 0,004 mm durch Ätzen, entfernt. Die dann freigelegte Oberfläche wird gereinigt. Danach wird eine frische Schicht 3 von SiO₂ (Pig. 1?) auf der gereinigten Oberfläche des Plättchens niedergeschlagen und mit einem lichtempfindlichen Lack; beschichtet. Der. Lack wird durch eine Mustervorlage TTV-Lich-t ausgesetzt, um einen Bereich für den p-Flächenkontakt auf dem Plattchen zu umgrenzen. Der lichtempfindliche laek wird entwickelt, gebrannt und geätzt, wie schon oben beschrieben, um in dem SiOp-Fenster zu öffnen, welche den gewählten Bereich für den p-Kontakt umgrenzen. Dann wird auf die Fläche des Plättchens metallisches Aluminium aufgedampft, welches eine mit dem p-Bereich 6 des Plättchens in Kontakt befindliche Schicht 7 bildet, wie aus Fig. IH ersichtlich ist. Die Aluminiumschicht wird dann mit einem lichtempfindlichen Lack beschichtet, durch eine Mustervorlage mit der gewünschten Konfiguration UV-Licht ausgesetzt, entwickelt und gebrannt. Die Aluminiumschicht wird dann mit einem zweckmäßigen Lösungsmittel, z.B. einer 10$igen Lösung von NaOH, geätzt, um in der Schicht Fenster zu öffnen und die Aluminiumkontakte mit dem p-Bereich des Plättchens zu bilden, wie dies aus Fig..11 ersichtlich ist.

Nach der Ausbildung des p-Bereichkontäkts des Halbleiterplätthhens wird das GaAs-Substratplättchen 2 in Pig. II

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durch läppen entfernt, und gleichzeitig wird ein geringer Üeil des GaAsP ebenfalls entfernt,- um dessen Dicke auf die Größenordnung von 0,15 Ms 0,2 mm zu verringern, um wiederum den elektrischen Widerstand der zu bildenden licht emittierenden Diode zu verringern. Das Blättchen wird dann nach dem Schleif- bzw. Läppvorgang mit irgendeinem zweckmäßigen Reinigungsmittel, z.B. mit einer wäßrigen Isopropylalkohollösung, gereinigt. Das Plättchen, wie es aus Pig. 1J ersichtlich ist, ist nunmehr fertig für die Ausbildung des rückseitigen Ohmschen Kontakts.

In Pig. 1K ist eine bevorzugte Schichtfolge der Materialien des rückseitigen Ohmschen Kontakts gezeigt. Aufeinanderfolgend ist zuerst eine Schicht 8 aus Zinn auf die Rückseite des Kristalls 1 aufgedampft. Dann ist eine Schicht 9 aus Gold auf die Zinnschicht aufgedampft. Danach ist eine Nickelschicht 10 auf die erste Goldschicht plattiert, und eine zweite Schicht 11 aus Gold ist auf die Niekelschicht aufgedampft, um diese vor Oxydation zu schützen. Dieser Mehrschichten-Kontaktaufbau wird dann auf 43O⁰C etwa 3 Minuten lang erhitzt, oder ganz allgemein auf eine Temperatur, welches? ausreichend hoch ist, um die Metalle in den legierungen mit den Bestandteilen des n-Bereichs 1 des Halbleiters zu verschmelzen und zu legieren und einen Bereich 12 mit η Leitfähigkeit und eine Metallschicht 13 mit hohem Nickel-

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gehalt zu bilden, wie d.1es aus Fig. IL ersichtlich ist.

Gemäß einer Abwandlung der vorhergehenden Ausführungsform werden die Zinnschicht 8 und die erste Goldschicht 9 (Pig. IK) mit dem η-Kristall bei etwa ^2O⁰C in einer Stickstoffatinosphäre verschmolzen, um den η -Bereich 12 zu bilden, wie er in Fig. IL gezeigt ist. Dann werden die Kickelschicht 10 aufplattiert und die Goldschicht 11 aufgedampft und wiederum erhitzt, um das Nickel und das Gold mit den Bestandteilen der η -Schicht 12 zu verschmelzen und die nickelreiche Schicht 13, welche in Fig. IL gezeigt ist, zu bilden.

Nach dem oben beschriebenen LegierungsVorgang wird der Halbleiterkristall, auf welchem viele diskrete oder einzelne Dioden oder Anordnungen von Dioden ausgebildet sein können, eingeritzt und in einzelne Einheiten (Quader oder Würfel) auseinandergebrochen. Entsprechend Fig. IM wird der Quader dann mit einer Gold/Epoxyharz-Vorform I¹I (unter dem Begriff "Vorform" wird in der Anmeldung durchweg eine Einrichtung mit sehr genauen Abmessungen verstanden, mittels welcher andere getrennt hergestellte Einrichtungen sehr genau zusammen gepaßt werden können) auf einer Kovar-Grundplatte.15 (wie sie weiter oben definiert wurde), welche mit einer Goldschicht 16 plattiert ist, angebracht und erhitzt, um den Quader mit der Grundplatte zu verbinden. Dann werden Goldleiter 17 und l8 oder ein anderes geeignetes Leitermaterial angebracht, wie dies aus Fig. IM ersichtlich ist. Die Einrichtung wird dann umhüllt und zweckmäßig mit einer Epoxyharzlinse (nicht gezeigt) versehen.

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Bei anderen Ausführungsformen der Licht emittierenden Diodeneinrichtungen, welche.gemäß Erfindung hergestellt wurden, kann die Grundplatte 15 verschiedene Leiter, Isolatoren oder Halbleiter aufweisen, welche mit verschiedenen Metallen oder Legierungen plattiert oder siebbedruckt sind und gebrannt sind« Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Aluminiumoxyd-Grundplatte verwendet, welche mit einer Gold/Palladium-Legierung siebbedruckt und gebrannt ist. Andere geeignete Plattieroder Siebdruckmaterialien für die Basis schließen verschiedene Metalle und Legierungen wie etwa Molybdän und/οder Mangan, Molybdän/Gold usw. ein. Andere Vorformen wie etwa Legierungen von verschiedenen Metallen, z.B. Gold/Silicium-, Zinn/Blei-, Gold/Germanium-Legierungen, können zweckmäßig verwendet werden. Es kann auch irgendein Plattier- oder Siebdruckmaterial oder Vorformmaterial verwendet werden, welches in der Lage ist, eine gute mechanische und elektrische Verbindung mit dem Halbleiterbauteil und der Grundplatte oder dem Hauptstück zu schaffen.

Beispiel 2

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform von gemäß Erfindung hergestellten, Licht emittierenden Diodeneinrichtungen gezeigt. Ein epitaxialer Film von GaAsP 1 wird epitaxial auf einem Substrat von GaAs mit n-Leit-

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fähigkeit (welche die η- und ^-Schichten 19 bzw. 20 aufweist) niedergeschlagen, wie auch schon im Beispiel Bei dieser Ausführungsform wird das GaAs-Substrat nicht durch Schleifen oder läppen entfernt (seine Dicke kann jedoch vermindert werden), es wird vielmehr als integraler Bestandteil der hergestellten, Licht emittierenden Diodeneinrichtung beibehalten. Der Vorgang der Anbringung des rückseitigen Ohmschen Kontakts wird, wie er bereits oben beschrieben wurde, auf die GaAs-Oberflache angewendet. Dadurch wird ein η -Bereich 20 und ein nikkeireicher Bereich 21 darin ausgebildet. Die Einrichtung wird mit einer geeigneten Grundplatte 15, wie etwa eine goldplattierte Kovarplatte, mittels einer Gold/Epoxyharz-Vorform 14 verbunden. Dann werden an der Einrichtung die elektrischen Leitungen 17 und 18 aus Golddraht angebracht, und die Einrichtung wird umhüllt und ist, wie bereits weiter oben beschrieben, für die Benutzung fertig. Mit dem Bezugszeichen 16 ist eine Goldschicht bezeichnete

Das Verfahren nach diesem Beispiel kann dadurch abgewandelt werden, daß eine mit Gold/Palladium siebbedruckte und gebrannte Aluminiumplatte verwendet wird, welche mit dem Halbleiterbauteil durch eine Gold/Germanium-Legierung verbunden ist»

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Beispiel 3 '

Bei der in diesem Beispiel Tdesehriebenen Ausführungsform wird eine Einrichtung geschaffen, welche über dem Licht emittierenden p-Bereich der Licht emittierenden Diode eine Siliciumdioxydlinse aufweist,»

Das im Beispiel 1 weiter oben beschriebene Verfahren wird wiederholt, um einen p-Bereich in die Oberfläche eines Plättchens' aus GaAsP zu diffundieren, wobei als Diffusionsmittel Zinkarsenid verwendet wird. Die SiIiciumoxyd-Diffusionsmaske wird durch Ätzen entfernt, wo-1 nach die Oberfläche des Plättchens geätzt wird, um den pn-übergang zu bilden und die Helligkeit zu erhöhen,. Wie schon vorher entsprechend Pig. 11¹, wird eine neue Maske von SiOp aufgebracht. Bei dieser Ausführungsform, zu welcher Bezug auf Pig« 3 genommen wird, werden jedoch zwei Fenster (in der Schnittansicht) und nicht eines durch die SiOp-Maske 3 zur p-Pläche des Plättchens 1 durch ein photolithographisches Verfahren gebildet. Selbstverständlich würde eine Draufsicht auf dieses Plättchen eine Kreisringätzung um eine Insel von SiOp zeigen. Ganz allgemein wird nur der Bereich (von irgendeiner form), welcher für den Ohmschen Kontakt erforderlich ist, durch die SiOg-Maske geätzt. Das Aluminiummetall wird auf die Oberfläche des Plättchens aufge-

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dmpft, um eine mit dem GaAsP in Kontakt befindliche Schicht 7 zu bilden» Unter Verwendung eines photolithographischen Verfahrens wird eine Maske angewendet, um den Aluminiumkontakt auf die gewünschte Konfiguration oder Gestalt abzugrenzen. Durch Ätzen werden leile der Aluminiumschicht entfernt, und es verbleiben Metallkontakte in der in Fig. 3 gezeigten gewünschten Konfiguration entsprechenden Bereichen. Auf diese Weise wird über dem Licht emittierenden p-Bereich zwischen dem Aluminium-p-Flächenkontakt eine SiOp-Linse 3a ausgebildet. Der aufeinanderfolgende Schichten von Zinn, Gold, Nickel und Gold aufweisende rückseitige Ohmsche Kontakt wird mit dem Plättchen 1 unter Bildung eines η -Bereichs 12 und eines nickelreichen Bereichs 13 legiert. Die Halbleitereinheit wird mittels eines Gold/Epoxyharz-Bindemittels 22 mit einer goldplattierten Kovar-Grundplatte verbunden. Danach wird die Leitung 17' angebracht, und die Licht emittierende Diode wird umhüllt und ist für die Benutzung fertig.

Beispiel 4

Eine weitere Ausführungsform von gemäß Erfindung hergestellten, Licht emittierenden Diodeneinrichtungen ist in Fig. 4 gezeigt. Bei der Ausführungsform nach diesem Beispiel sind die gleichen Bezugszeichen wie in dem vorhergehenden Beispiel verwendet. Das in den Beispielen 1

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und 3 verwendete Verfahren zur Ausbildung des rückseitigen Ohmschen Kontakts wird wieder verwendet, nur werden das Verfahren und die sich ergebende Einrichtung dadurch geändert, daß der metallische p-Flächenkontakt direkt auf die p-Fläche des Kristalls aufgebracht wird. Die bevorzugte Konfiguration bzw. Gestalt des gewünschten Metallkontakts wird wiederum durch photolithographische Verfahren erreicht. Bei diesem Beispiel wird ein Alumina umkontakt 7 von irgendeiner Konfiguration oder Gestalt in einem mittleren Bereich des p-Bereichs 6 angebracht. Mit der Einrichtung werden elektrische leitungen 17 und 18 aus Golddraht oder einem anderen zweckmäßigen Material verbunden. Danach wird die Einrichtung umhüllt, z.B. mit klarem Epoxyharz, und ist für die Benutzung fertig. .

Nach einer weiteren Ausführungsform bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 4 wird das GaAs-Substrat in der Einrichtung belassen, und es wird entsprechend der Beschreibung zum Beispiel 2 weiter vorgegangen, um eine Einrichtung mit einem rückseitigen Aufbau zu erhalten, welcher dem in Fig. 2 gezeigten ähnlich ist.

Was den Diffusionsvorgang gemäß Erfindung angeht, sind die besonderen, einzigartigen Merkmale in einer Kombination von Beeinflussungen zu sehen, einschließlich der

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mehrschichtigen Diffulonsmaske, in welcher bei einigen weniger "bevorzugten Ausführungsformen von den SiO₂-Schichten eine oder "beide weggelassen werden können, der Beziehung zwischen den Diffusionsζeiten, de? fempe« raturen, der Trägerkonzentration und dem Verunreinigungs« diffusionsprofil, der Ätztiefe in der Plätteheno/berflache und der gemessenen Diodenhelligkeit, Ganz allge=- ' mein "bewegen sich die Diffusionszeiten in' einem Bereich von 5 Minuten "bis 2 lagen oder mehr (falls gewünscht), vorzugsweise liegen sie jedoch in einem Bereich zwischen 5 Minuten und 2 Stunden. Ganz besonders wird ein Bereich von etwa 40 Minuten "bis zu 1 Stunde vorgezogen. Die

Diffusionstemperaturen können allgemein in einem Bereieh zwischen 700 und 900⁰C liegen, wobei ein Bereich von 750 bis 850⁰G vorgezogen wird. Ganz besonders wird eine Temperatur von etwa 800 C vorgezogen. Die Trägerkonzentrationen in dem dem Diffuaonsvorgang unterzöge-I

nen Plättchen (wenn verwendet) differieren entsprechend den verschiedenen Diffusionszeiten und -temperaturen. Sie bewegen sich jedoch im allgemeinen in einem Bereich

1 (■> 1ft

von 1,0 χ 10 bis 1 χ 10 Träger/ecm» Dieses Maskierungssystem erlaubt es, die gewünschte Konfiguration des Plättchens zu erhalten. Per Ätzvorgang zur Entfernung eines Oberflächenteils des Plättchens ist sehr wichtig bei einer Verwendung der endgültig hergestellten Licht emittierenden Diode als eine Anseigeeinrichtung

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mit optimaler Helligkeit. Das heißt, durch häufige periodische elektrische Prüfungen während der Ätzstufe des Verfahrens wird man in die Lage versetzt, eine maximale Helligkeit der Diode sicherzustellen, wie sie duch das Auge und durch ein Photometer feststellbar ist. Gewöhnlich wird ein Oberflächenbereich zwischen 0,001 bis 0,005 mm entfernt. Nachdem das Plättchen in der oben beschriebenen Weise vorbereitet wurde, werden die 0hmschen Kontakte entweder durch physische Befestigung auf irgendeine herkömmliche Weise oder insbesondere entsprechend dem hierin beschriebenen Verfahren befestigt. Danach werden elektrische leitungen, soweit dies erforderlich ist, an der Einrichtung befestigte In einigen Fällen, z.B. wenn eine Mehrzahl von Licht emittierenden Diodeneinrichtungen monolithisch angeordnet ist und die Einrichtungen eine gemeinsame Anode oder Kathode besitzen, ist nur eine zusätzliche Leitung erforderlich; wenn die einzelnen Einrichtungen in Anordnungen von Licht emittierenden Dioden ohne gemeinsame Anode oder Kathode verwendet werden, kann es erforderlich sein, daß zwei oder mehr elektrische Leitungen verwendet werden. Die Einrichtung wird dann umhüllt, z.B. in lichtdurchlässigen Harzen eingegossen, wie z.B. einem klaren Epoxyharz mit einem Brechungsindex, welcher eine maximale Lichtemission der Einrichtung gestattet.

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Die hierin beschriebene Herstellungstechnik ist in gleicher Weise sowohl auf die Ausbildung monolithischer Anordnungen Licht emittierender Dioden als auch einzelner Dioden anwendbar. Gemäß Erfindung hergestellte, einzelne, diskrete Dioden können in verschiedenen Kombinationen zu Gruppen zusammengefaßt werden, um numerische und alphanumerische Anzeigen schaffen zu können» Vorteil-P haft werden viele einzelne, Lieht emittierende Bereiche monolithisch auf einem einzigen Halbleiterplättchen ausgebildet, wodurch erhebliche Vorteile erzielt werden, z.B. in der Packdichte, einer weniger komplizierten Schaltung usw.

Die hierin beschriebenen Herstellungstechniken sind auf zahlreiche Halbleiterelemente und Verbindungen von ihnen, wie etwa Silicium, Germanium und Mischungen davon, _h die Nitride, Phosphide und Antimonide von Bor, Aluminium, Gallium, Indium und Mischungen davon, und Sulfide, Selenide und Telluride von Zink, Cadmium und Quecksilber anwendbar. Die Diffusionsbedingungen und die Vorgänge zur Herstellung von Ohmschen Kontakten ändern sich von einem Material zum anderen. Selbstverständlich können auch andere Diffusionssperren und Metallisierungssysteme als die in der Beschreibung besonders erwähnten verwendet werden, ohne daß der Erfindungsgedanke hinsichtlich des Herstellungsverfahrens verlassen wird»

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Selbstverständlich sind Licht emittierende Diodeneinrichtungen nicht die einzigen Halbleitereinrichtungen, auf welche das Herstellungsverfahren anwendbar ist. Zum Beispiel kann das hierin beschriebene Verfahren vorteilhaft zur Herstellung von Mikrowelleneinrichtungen verwendet werden.

Während die Erfindung insbesondere unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen von ihr gezeigt und beschrieben wurde, ist es für Fachleute leicht einzusehen, daß das Vorstehende nur zur Erläuterung dient und den Erfindungsgedanken nicht erschöpfend wiedergibt. Vielmehr sind andere Abwandlungen der Erfindung für Fachleute ohne weiteres möglich. Während die Beschreibung z.B. besonderen Bezug auf die Ausbildung des Ohmschen Kontaktes gemäß Erfindung auf der Rückseite des Kristalls nimmt, kann der Kontakt genauso gut auch auf der Oberoder Vorderseite vorgesehen werden, wenn dies gewünscht wird, wie etwa bei einem Betrieb, bei welchem die p-Fläche des Kristalls rückwärts vorgesehen sein muß, oder wenn der Ohmsche Kontakt auf einer n-Oberseitenflache des Kristalls, wie etwa bei Transistoren, vorgesehen sein muß. Selbstverständlich können die verschiedenen Bestandteile des Ohmschen Kontaktsystems in Schich-

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ten von verschiedener Dicke, die während verschiedener Zeitdauern und bei verschiedenen Temperaturen und Drücken erhitzt wurden, aufgebracht werden, um. den Ohmschen Kontakt gemäß Erfindung zu schaffen. Ebenso können selbstverständlich auch das 7erfahren bzw. die Verfahren, mittels welcher die verschiedenen Schichten aufgebracht werden, verändert werden. Die verschiedenen Schichten können durch von Fachleuten ausgewählte Techniken aufgebracht werden, wie etwa durch gesteuerte Äufdampfung, durch Spritzen, Sprühen, Streichauftragenj elektrolytisches Plattieren usw, und/oder ausgewählte Kombinationen von diesen und anderen Techniken.

Patentansprüche 8

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Claims (1)

1. Patentanspruches

   iiJ Verfahren zur Herstellung von p-Bereichen durch Diffusion in n-Halbleiterkörpern zum Erzeugen Licht emittierender Dioden mit hohem Wirkungsgrad, gekennzeichnet durch

   a) Schaffung eines Halbleiterkörpers mit n-Leitfähigkeit;

   b) Aufbringen einer Diffusionssperre mit einer ■ersten Schicht von Siliciumdioxyd, einer zweiten Schicht von mit Phosphor dotiertem Siliciumdioxyd und einer dritten. Schicht von Siliciumdioxyd auf den Halbleiterkörper;

   c) Freilegen eines ausgewählten Bereichs des Halbleiterkörpers zur Umgebungsatmosphäre, indemfaurch die Diffusionssperre Fenster geöffnet werden;

   d) Diffundieren einer p-Verunreinigung in den Halbleiterkörper zur Ausbildung eines Bereichs mit p-Leitfähigkeit;

   e) Entfernen der Diffusionssperre von dem Körper und eines Teils der Oberseite des Körpers, bis maximale Helligkeit erreicht ist;

   f) Befestigung Ohmscher Kontakte an dem Körper und

   g) Befestigung der notwendigen elektrischen Lei~ tungen an dem Halbleiterkörper.

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   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper GaAs₁ P ist, wobei χ eine Zahl zwischen 0 bis einschließlich 1 ist, daß die p-Verunreinigung Zink ist, daß die Diffusion bei Temperaturen innerhalb des Bereichs von 750 bis 85Q⁰G ausgeführt wird, daß die Trägerkonzentration des Halbleiterkörpers sich im Bereich von etwa 1 χ 10 bis 1 χ 10 Träger/ccm Zinkatome bewegt und daß von der Oberseite des Halbleiterkörpers ein Bereich mit einer Dicke von 0,001 bis 0,005 mm entfernt wird.

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   Lee rse i te