DE68911322T2 - Epitaxiales Substrat für hochintensive LEDS und Herstellungsverfahren. - Google Patents

Epitaxiales Substrat für hochintensive LEDS und Herstellungsverfahren.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer epitaxialen Kontaktplatte für hochintensive LED's, welche von Art einer Doppel-Hetero-Struktur ist, durch gemeinsame Anwendung von Gasphasenepitaxie (ein MOCVD-Prozeß oder MBE- Prozeß) und Flüssigphasenepitaxie (ein LPE-Prozeß).
  • Um epitaktisch ein Substrat für beispielsweise eine rotes Licht emittierende hochintensive LED nach Art des Standes der Technik aufwachsen zu lassen, wird zunächst eine -Typ- Schicht aus Al0.75Ga0.25As als eine -Typ-Plattierschicht bis zu einer Dicke van 200 um (Mikrometer) auf einem -Typ-GaAs-Substrat [(100) -Oberfläche] mittels des LPE-Prozesses gebildet. Diesem folgt die Bildung einer -Typ- Al0.35Ga0.65As-Schicht als eine -Typ-Aktivschicht bis zu einer Dicke van 2-3 um (Mikrometer) und dann einer -Typ- Te-dotierten Al0.75Ga0.25As-Schicht als einer -Typ-Plattierschicht bis zu einer Dicke von 50 um (Mikrometer). Als nächstes wird eine für das GaAs-Substrat selektive Ätzlösung (z.B. NH&sub4;OH:H&sub2;O&sub2; = 1.7) verwendet, um das lichtabsorbierende GaAs Substrat zu entfernen, und dadurch einen hochintensiven LED-Chip zu schaffen.
  • Obwohl der LPE-Prozeß eine hohe Aufwachsrate ermöglicht und er deswegen für die Bildung dicker Schichten geeignet ist, ist es schwierig, die Dicke und die Trägerkonzentration zu steuern. Konsequenterweise tritt eine Veränderung der Dicke und der Trägerkonzentration innerhalb der Oberfläche der Kontaktplatte, die in der Halbleitertechnologie als Wafer bezeichnet wird, tendenziell auf, wenn die Aktivschicht gebildet wird, wenn ein Epitaxiesubstrat mit einer Doppel-Hetero-Struktur nur mittels des LPE-Prozesses hergestellt werden soll. Als Ergebnis kann eine stabile Leuchtdichte nicht erhalten werden.
  • Ferner ist es unpraktisch zu versuchen, ein mechanisch stabiles und dickes (ca. 200 um (Mikrometer)) mischkristallines Substrat lediglich mittels des MOCVD- oder MBE- Prozesses aufwachsen zu lassen, da es eine verlängerte Zeitspanne und hohe Kosten erfordert.
  • Ein prinzipielles Ziel der Erfindung ist es, einen hochqualitativen und höchst gleichförmigen Epitaxiewafer in höchst wirkungsvoller Weise herzustellen.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, den MOCVD-Prozeß oder den MBE-Prozeß und den LPE-Prozeß gemeinsam anzuwenden, um die Vorteile beider Prozesse auszunutzen.
  • Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, bei einer hohen Aufwachsrate ein Substrat zu bilden, in welchem die Schichtdicke und Trägerkonzentration einer epitaxial aufgewachsenen Schicht gleichmäßig gemacht worden sind.
  • Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Epitaxiewafer herzustellen, welcher hochqualitativ, höchst gleichmäßig und billig ist.
  • Momentan beruht das epitaxiale Wachstum eines hochintensiven LED-Wafers im wesentlichen auf AlGaAs und in den meisten Fällen wird der LPE-Prozeß angewendet. Der LPE-Prozeß ist durch eine schnelle Aufwachsrate charakterisiert und ist deshalb bei der Bildung von dicken Schichten vorteilhaft. Obwohl es effektiv ist, eine Doppel-Hetero-Struktur zu verwenden, um eine hochintensive LED zu erhalten, bringt die Steuerung der Schichtdicke beträchtliche Schwierigkeiten mit sich, wenn sie sich auf den LPE-Prozeß stützt.
  • Auf der anderen Seite ist der MOCVD-Prozeß oder der MBE- Prozeß für das epitaxiale Wachstum eines hochintensiven LED-Substrates vorteilhaft, da die Epitaxieschichtdicke akurat hinsichtlich der Gleichförmigkeit innerhalb der Waferoberfläche gesteuert werden kann, während ebenso die Trägerkonzentration kontrolliert wird.
  • In vielen Fällen jedoch wird ein GaAs-Wafer als Substrat für das epitaxiale Wachstum verwendet. Wenn versucht wird, ebenso eine höhere Leuchtkraft zu erreichen, ist es deshalb notwendig, das GaAs-Substrat zu entfernen, bedingt durch seine Absorptionseigenschaft des sichtbaren Lichtes. Demgemäß erfordert der Versuch, ein dickes mischkristallines Substrat (z.B. ein Substrat mit einer Dicke von ca. 200 um (Mikrometer)) lediglich mittels des MOCVD-Prozesses oder des MBE-Prozesses aufwachsen zu lassen, um es mit mechanischer Festigkeit auszustatten, beträchtliche Zeit und hohe Kosten. Dies macht den Versuch unpraktikabel.
  • EP-A-0031808, Seite 2, Zeilen 9-24, offenbart, daß, nachdem eine epitaxiale Schutzschicht einer Verbindung der Gruppe III-V auf einer ersten, Aluminium enthaltenden Schicht aufgewachsen ist, eine zweite Schicht durch Flüssigphasenepitaxie aufgewachsen ist. Demzufolge wird eine Schutzschicht ausgebildet, um eine Oxidation zu verhindern, wenn das epitaxiale Wachstum in zwei Stufen ausgeführt wird.
  • Erfindungsgemäß schaffen wir ein Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers für eine hochintensive LED, umfassend eine n-Typ-Plattierschicht, eine p-Typ-Aktivschicht und eine p-Typ-Plattierschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren umfaßt: Einen ersten Schritt zur Bildung eines n&spplus;- Kontaktes, der n-Typ-Plattierschicht, der p-Typ-Aktivschicht, der p-Typ-Plattierschicht und einer Antioxidationsschicht durch Gasphasenepitaxie auf einem Verbindungshalbleitersubstrat, um eine Doppel-Hetero-Struktur zu bilden; einen zweiten Schritt zur Bildung einer Epitaxieschicht durch Flüssigphasenepitaxie auf der Antioxidationsschicht, wodurch die Antioxidationsschicht entfernt wird; und einen dritten Schritt zur Entfernung des Substrates.
  • Die vorliegende Erfindung verbindet den Vorzug des MOCVD- oder MBE-Prozesses, nämlich die Steuerbarkeit der Schichtdicke und Trägerkonzentration der epitaktisch gewachsenen Schicht mit dem Vorzug des LPE-Prozesses, nämlich der hohen Wachstumsrate. Wie in (a) aus Fig. 1, gezeigt, werden eine Kontaktschicht 2 eines &spplus;-Typs, eine Plattierschicht 3 eines -Typs, eine Aktivschicht 4 eines -Typs eine Plattierschicht 5 eines -Typs und eine Antioxidationsschicht auf einem Verbindungshalbleitersubstrat 1 durch Gasphasenepitaxie gebildet, wodurch eine Doppel-Hetero-Struktur gebildet wird. Als nächstes wird, wie in (b) aus Fig. 1 gezeigt, eine dicke Epitaxieschicht 7 auf der die Oxidation verhindernden Schicht (durch Abschmelzen entfernt) mittels Flüssigphasenepitaxie gebildet, wonach das Verbindungshalbleitersubstrat, welches für die Wellenlänge des emittierten Lichtes äußerst absorbierend ist, entfernt wird. Dies macht es möchlich, die Kosten weitestgehend zu reduzieren.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offenbar, in welchen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Teile in den Figuren kennzeichnen.
  • In den begleitenden Zeichnungen:
  • Fig. 1 stellt die Struktur einer erfindungsgemäßen epitaktisch gewachsenen Schicht dar;
  • Fig. 2 ist eine Ansicht, die die Struktur einer gewachsenen Schicht in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
  • Fig. 3 ist eine Ansicht, in welcher die Leuchtdichte gemäß der Erfindung mit der des Standes der Technik verglichen wird.
  • Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Fig. 2 ist eine Ansicht, die eine erfindungsgemäße Ausführungsform darstellt. Die in Fig. 2 gezeigte Struktur beinhaltet ein GaAs-Substrat 1, eine Al0.75Ga0.25As-Schicht 2 eines &spplus;-Typs, eine Al0.75Ga0.25As-Plattierschicht 3 eines -Typs, eine Al0.35Ga0.65As-Aktivschicht 4 eines -Typs, eine Al0.6Ga0.4As-Plattierschicht 5 eines -Typs und eine GaAs-Schicht 6 eines -Typs als eine einen Oxidfilm verhindernde Schicht.
  • In einem ersten erfindungsgemäßen Schritt werden eine Al0.75Ga0.25As-Schicht eines &spplus;-Typs mit einer Trägerkonzentration von 3 x 10¹&sup9; cm &supmin;³ und einer Dicke von 5 um, eine Al0.75Ga0.25As-Plattierschicht eines -Typs mit einer Trägekonzentration von 2 x 10¹&sup7; cm&supmin;³ und einer Dicke von 5 um, eine Al0.35Ga0.65As-Aktivschicht eines -Typs mit einer Trägerkonzentration von 5 x 10¹&sup6; cm&supmin;³ und einer Dicke von 1 um, eine Al0.75Ga0.25As-Plattierschicht eines -Typs mit einer Trägerkonzentration von 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ und einer Dicke von 10 um, und eine GaAs-Schicht eines p-Typs mit einer Trägerkonzentration von 1 x 10¹&sup8;cm&supmin;³ und einer Dicke von 1 um in der genannten Reihenfolge auf einem 300 um-dicken GaAs-Substrat, welches 2º von der (100)-Oberfläche abweicht, gebildet. Diese Schichten werden durch Gasphasenepitaxie (einen MOCVD-Prozeß, MBE-Prozeß, etc.) bei einer Substrattemperatur von 750ºC unter Verwendung von Trimethylgallium [Ga(CH&sub3;)&sub3;], Trimethylaluminium [Al(CH&sub3;)&sub3;], Selenwassersoff (H&sub2;Se) und Diethylzink [Zn(C&sub2;H&sub5;)&sub2;] als Gase gebildet.
  • Als nächstes wird eine Zn-dotierte Al0.6Ga0.4As-Schicht des -Typs mit einer Trägerkonzentration von 1 x 10¹&sup8; cm &supmin;³ und einer Dicke von 120 um auf dem Substrat mittels eines LPE- Prozesses gebildet. Die Epitaxiebedingungen zu diesem Zeitpunkt sind eine Temperatur von 875ºC, wobei die Schmelze aus GaAs: 32.0 mg, Zn: 1.7 mg, Al: 6.3 mg in 1 g Ga besteht. Zu dieser Zeit wird die GaAs-Schicht 6 des -Typs (1 um), gebildet durch MOCVD, vollständig durch Abschmelzen entfernt, und eine Al0.75Ga0.25As-Schicht eines -Typs wird neu gebildet.
  • Obwohl die obige Ausführungsform in Verbindung mit einem Beispiel beschrieben wird, in welchem eine Al0.6Ga0.4As- Schicht eines -Typs mittels eines LPE-Prozesses gebildet wird, ist es nicht notwenig, die Erfindung auf dieses Material zu beschränken. Die mittels eines LPE-Prozesses epitaktisch aufgewachsene Schicht kann aus irgendeinem Material bestehen, das einen ohmschen Kontakt ermöglicht und das eine Bandlücke besitzt, die geringer ist als die der Plattierschicht der Doppel-Hetero-Epitaxial-Schicht und die größer ist als die der Doppel-Hetero-Aktivschicht, um kein emittiertes Licht zu absorbieren.
    • [Beispiel zu Vergleichszwecken]
  • Wenn die Leuchtdichte eines erfindungsgemäß hergestellten LED-Chips und die eines konventionellen LED-Chips in der Waferoberfläche verglichen werden, ist das Ergebnis wie in Fig. 3 gezeigt.
  • Fig. 3 (b) stellt die Leuchtdichte (in beliebigen Einheiten) in der Richtung des in Fig. 3 (a) gezeigten Chips dar. Bei der vorliegenden Erfindung ist es offenbar, daß die Gleichmäßigkeit in der Oberfläche (insbesondere am Waferumfang) durch die gleichmäßige Ausbildung der Aktivschicht verbessert ist, und daß das Leuchtdichteniveau ebenso verbessert ist.
  • Demzufolge wird, wie erfindungsgemäß oben beschrieben, die Gleichförmigkeit des Doppel-Hetero-Strukturabschnittes durch Verwendung des MOCVD-Prozesses oder des MBE-Prozesses verbessert und die Schwankungen der Leuchtdichte in der Waferoberfläche können reduziert werden. Zusätzlich kann durch Verwendung des LPE-Prozesses das Epitaxiesubstrat in kürzerer Zeit gebildet werden. Da die mit LPE gewachsene Schicht nur eine einzelne Schicht ist, ist die Schmelze eines Typs und es ist möglich, eine Anzahl von Scheiben zu beschicken, wodurch im Vergleich mit dem konventionellen LPE-Prozeß die Gesamtkosten im Ergebnis reduziert werden können. Weiterhin kann die Anforderung an die Mesa-Ätzung auf geringe 11 um reduziert werden und die Ausbeute beim Chipherstellen kann erhöht werden, da das GaAs-Substrat entfernt worden ist und eine n-Typ-Schicht zur obersten Schicht wird.
  • Ferner wird die GaAs Substratoberfläche poliert und besitzt eine Spiegeloberfläche, auf welcher die Gasphasenepitaxie durchgeführt wird. Deshalb wird die AlGaAs-Oberfläche des &spplus;-Typs als eine Spielfläche erhalten, wenn GaAs entfernt wird und die Handhabung beispielsweise zur Zeit der Musterausbildung ist relativ einfach. Eine Abflachung beispielweise durch Polieren ist unnötig.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung einer epitaxialen Kontaktplatte für hochintensive LEDS, umfassend eine n-Plattierungsschicht (3), eine p-Aktivschicht (4) und eine p-Plattierungsschicht (5), gekennzeichnet durch:
einen ersten Schritt zur Bildung eines Kontakts vom n&spplus;-Typ (2), der genannten n-Plattierungsschicht (3), der genannten p-Aktivschicht (4), der genannten p- Plattierungsschicht (5) und einer Antioxidationsschicht (6) durch Dampfphasenepitaxie auf einem Verbundhalbleitersubstrat (1) zur Bildung einer Doppelheterostruktur;
einen zweiten Schritt zur Bildung einer Schicht (7) durch Epitaxie aus der Flüssigphase auf der Schicht (6), wobei die Antioxidationsschicht (6) entfernt wird; und
einen dritten Schritt zur Entfernung des Substrats (1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Epitaxialschicht (7), die durch Epitaxie aus der Flüssigphase gebildet worden ist, ein Material enthält, welches eine Bandlücke besitzt, die kleiner ist als eine Bandlücke der Plattierungsschicht auf der Doppelheteroepitaxialschicht, und größer als die Bandlücke der Doppelheteroaktivschicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antioxidationsschicht (6) eine GaAs- Schicht ist.
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