DE69127952T2

DE69127952T2 - III-V Verbindungs-Halbleiter-Vorrichtung, Drucker- und Anzeigevorrichtung unter Verwendung derselben, und Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung

Info

Publication number: DE69127952T2
Application number: DE69127952T
Authority: DE
Inventors: Hideshi Kawasaki; Hiroyuki Tokunaga
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-11-07
Filing date: 1991-11-06
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2011-11-07
Also published as: US5659184A; EP0484922B1; DE69127952D1; ATE159302T1; EP0484922A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung von Polykristallen eines III-V-Verbindungshalbleitermaterials, auf eine lichtemittierende Vorrichtung, die das Verbindungshalbleitermaterial verwendet, und auf einen Drucker und eine Anzeigevorrichtung, die die lichtemittierende Vorrichtung verwenden, wie zum Beispiel insbesondere eine Leuchtdiode oder eine Elektroluminiszenzvorrichtung.

Zugehöriger Stand der Technik

Anwendungen für polykristalline Halbleiter sind bereits in den folgenden Gebieten bekannt. Was die Materialien der Gruppe IV des Periodensystems betrifft, wird hauptsächlich polykristallines Si in Solarzellen und Dünnfilmtransistoren eingesetzt. Unter den Polykristallen der Gruppen II-VI werden insbesondere Materialien auf Cd-Grundlage in Dünnfilmtransistoren und Fotosensoren eingesetzt und werden teilweise für die Anwendung in Solarzellen untersucht. Auch Materialien auf Zn-Grundlage werden in Elektroluminiszenzvorrichtungen und Fluoreszenzmaterialien verwendet, und Polykristalle vom Chalcopyrittyp, wie zum Beispiel CuInSe&sub2;, werden untersucht zur Anwendung in Solarzellen.
Unter den Polykristallen der Verbindungen der Gruppen III-V wurden zum Beispiel einmal Materialien auf Ga- und In-Grundlage zur Anwendung in Solarzellen untersucht, aber nicht bis zur Vertriebsreife entwickelt. Die III-V-Polykristalle erschienen in vielen Berichten über Solarzellen, aber ihre lichtemittierenden Eigenschaften wurden nur in einigen wenigen Berichten behandelt. Salerno, J. P. et al. berichteten über die Elektronenstrahlluminiszenz dieser Verbindungen in Cont. Rec. IEEE, Band 15, Seite 1174 bis 1178, aber es wurde keine Beschreibung über die Eigenschaften einer Leuchtdiode gegeben, die einen p-n- Übergang ausnutzt.
Konventionell wurden Anzeigevorrichtungen, die Leuchtdioden einsetzen, hergestellt, indem solche Leuchtdioden (LED) auf einem einkristallinen Wafer gebildet wurden, dann diese LEDs individuell oder in Gruppen von mehreren Dioden abgeschnitten wurden und solche Dioden auf einen Träger in der Form einer Lampe oder einer Anzeigevorrichtung für Buchstaben oder Ziffern aufgeklebt wurden. Auch wurden bereits eine Hybridvorrichtung, die eine Vielzahl von LEDS einschloß, als LED-Anzeigevorrichtung mit großer Fläche hergestellt, aber die Verwendung einer solchen großflächigen LED-Anzeige war begrenzt wegen der hohen Kosten.
Um die Begrenzung der Anzeigefläche einer LED-Anzeige zu überwinden, wurde von den Autoren dieser Veröffentlichung bereits in der europäischen Patenveröffentlichung Nr. 284437A2 ein selektives Keimbildungsverfahren zur Bildung von III-V-Verbindungseinkristallen auf einer großen Fläche vorgeschlagen. Dieses Verfahren besteht darin, daß ein Träger eingesetzt wird, der eine nicht keimbildende Oberfläche mit niedriger Keimbildungsdichte für die III-V-Verbindungskristalle und eine Keimbildungsoberfläche aus einem amorphen Material, die in Nachbarschaft dieser nicht keimbildenden Oberfläche angeordnet ist und eine ausreichend kleine Fläche, um Kristallwachstum aus einem einzelnen Keim heraus zu erlauben, und eine Keimbildungsdichte, die größer war als die der nicht keimbildenden Oberfläche, aufweist, besitzt, und III-V-Verbindungseinkristalle aus diesem einzelnen Keim gezüchtet werden, eventuell über die Keimbildungsoberfläche hinaus auf die nicht keimbildende Oberfläche.
Auch offenbarten die Autoren der vorliegenden Veröffentlichung in der europäischen Patentveröffentlichung Nr. 285358A2 die Bildung einer LED auf einem nicht einkristallinen Träger auf die Weise, daß die Kristallbildungsbedingungen im Laufe der vorstehend genannten Einkristallbildung umgeschaltet wurden, wodurch darin eine p-n-Übergangsfläche gebildet wurde.
Im Fall des polykristallinen Materials, das gemäß einem konventionellen Herstellungsverfahren für polykristallines Material hergestellt wurde, wurde angenommen, daß aufgrund der kleinen Korngröße oder der Schwankung der Korngröße ein lichtemittierendes Element, wie zum Beispiel eine LED, nicht hergestellt werden kann. Entsprechend gab es keine Motivation, zu versuchen, eine LED herzustellen.
Das vorstehend erwähnte selektive Keimbildungsverfahren ermöglicht es, einen großflächigen III-V-Einkristall auf einem nicht einkristallinen Träger zu erhalten, aber es können manchmal Polykristalle oder eine Leerstelle an einer Keimbildungsfläche gebildet werden. Die Herstellung von LED-Elementen auf einem solchen Träger kann unter mangelnder Einheitlichkeit leiden, da solche Polykristalle eine verringerte Lichtemissionsintensität ergeben, während solche Leerstellen zu einem völligen Fehlen von Lichtemission führen. Daneben zeigt selbst der Einkristall manchmal abnormales Wachstum und nimmt dann eine längliche Form mit starker Anisotropie im Wachstum an, wodurch der Herstellungsprozeß für die Vorrichtung, wie zum Beispiel die Elektrodenbildung, behindert wird. Darüber hinaus ist das selektive Keimbildungsverfahren mit sich widersprechenden Eigenschaften verbunden, die darin bestehen, daß die Kristallwachstumsgeschwindigkeit verschlechtert wird unter Kristallwachstumsbedingungen, die hohe Einkristallinität bereitstellen, und umgekehrt.
EP-A 0180751 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer GaAs-Solarzelle. Gemäß dieser Literaturstelle werden Einkristalle aus jeder Keimbildungsoberfläche gezüchtet, die dann eine kontinuierliche Schicht bilden.
Die Verwendung von polykristallinen GaAs-Dünnfilmhalbleitern für Solarzellen wird auch vorgeschlagen in J. Appl. Phys. 60(1) Seite 413 bis 417, M. Yamaguchi et al., "Efficiency Considerations for Polycrystalline GaAs Thin-Film Solar Cells" (Wirksamkeitsbetrachtungen für polykristalline GaAs-Dünnfilmsolarzellen) und J. Appl. Phys. 51(7) Seite 3795 bis 3800, J. J. J. Yang et al., "Electrical Properties of Polycrystalline GaAs Films" (Elektrische Eigenschaften von polykristallinen GaAs-Filmen).
EP-A 0285358 bezieht sich auf das Wachstum eines Einkristalls aus einer Keimbildungsoberfläche.
IBM Technical Disclosure Bulletin Band 16, Nr.9 Seite 3072, B. K. Bischoff und J. J. Cuomo: "Selective Growth of GaAs" (Selektives Wachstum von GaAs) offenbart allgemein ein Verfahren zum selektiven Abscheiden von GaAs auf Keimbildungsoberflächen, wie zum Beispiel Wolfram auf Saphirträgern, wobei das gezüchtete GaAs-Material polykristallin oder einkristallin sein kann. Durch das abgeschiedene GaAs wird eine Schicht gebildet.

Zusammenfassung der Erfindung

Unter Berücksichtigung des vorstehend gesagten besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren, wie es in Anspruch 1 beansprucht wird, zur Bildung von Polykristallen eines III-V-Verbindungshalbleitermaterials, eine lichtemittierende III-V-Verbindungsvorrichtung, die frei von den vorstehend genannten Rückschlägen ist, und einen Druckkopf und eine Anzeigevorrichtung, die eine solche lichtemittierende Vorrichtung einsetzen und durch das Verfahren erhalten werden, das in den Ansprüchen 10 und 14 bis 16 beansprucht ist, bereitzustellen. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtungen, die durch die Verfahren erhalten wurden, sind in den Ansprüchen 2 bis 9 beziehungsweise 11 bis 13 beansprucht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figg. 1A bis 1T sind schematische Ansichten, die das Verfahren zur Herstellung einer LED als Beispiel der erfindungsgemäßen, lichtemittierenden III-V-Verbindungsvorrichtung zeigen,
Fig. 2 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Größe der Keimbildungsoberfläche und der mittleren Keimgröße der Polykristalle bei der selektiven GaAs-Abscheidung darstellt,
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die das Verfahren zur Bestimmung der Kristallkeimgröße darstellt,
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht einer LED, die gemäß der Erfindung gebildet wurde,
Fig. 5 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Größe der Keimbildungsoberfläche und der Lichtemissionsintensität der erfindungsgemäßen LED darstellt,
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die die Anordnung der Keimbildungsoberflächen und der nicht keimbildenden Oberflächen auf einem Träger zur selektiven Abscheidung darstellt, die in der Erfindung verwendet wird,
Fig. 7 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Größe der Keimbildungsoberflächen, dem Anteil des Schwundes der polykristallinen Inseln, und dem Anteil der abnormalen Keimbildung bei der erfindungsgemäßen, selektiven Abscheidung darstellt,
Fig. 8 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dichte der Keimbildungsoberflächen, dem Anteil des Schwundes der polykristallinen Inseln, und dem Anteil der abnormalen Keimbildung bei der erfindungsgemäßen, selektiven Abscheidung darstellt,
Fig. 9 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels der MOCVD-Vorrichtung, die in der Erfindung einsetzbar ist,
Figg. 10A bis 10J sind schematische Ansichten, die das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen LED darstellen, die GaAlAs einsetzt,
Figg. 11A bis 11J sind schematische Ansichten, die das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen LED darstellen, die GaAsP einsetzt,
Figg. 12A bis 12G sind schematische Ansichten, die das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen LED darstellen, die GaAlAs einsetzt,
Figg. 13A bis 13H sind schematische Ansichten, die das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen LED darstellen, die GaAs einsetzt,
Figg. 14A bis 14H sind schematische Ansichten, die das Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung darstellen, die nicht erfindungsgemäß ist,
Figg. 15A bis 15H sind schematische Ansichten, die das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen lichtemittierenden Vorrichtung darstellen,
Figg. 16A bis 16H sind schematische Ansichten, die das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen elektronischen Vorrichtung darstellen,
Fig. 17 ist eine schematische Ansicht eines LED-Druckers, der die erfindungsgemäße, lichtemittierende Vorrichtung einsetzt,
Fig. 18 ist eine schematische Ansicht einer LED-Anzeige, die die erfindungsgemäße lichtemittierende Vorrichtung einsetzt und
Fig. 19 ist eine schematische Ansicht eines konventionellen Druckkopfes mit LED-Feld.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bevorzugte Formen der erfindungsgemäßen III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung können wie folgt dargestellt werden (im folgenden auch als "III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung" oder nur als "Halbleitervorrichtung" bezeichnet).
Die erfindungsgemäße III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung weist die Besonderheit auf, daß sie einen III-V-Verbindungshalbleiter mit polykristalliner Struktur mit einer mittleren Korngröße von 0,6 µm oder mehr verwendet.
Die erfindungsgemäße III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung weist auch folgende Merkmale auf:
Einen Träger mit einer Oberfläche, die aus einem nicht einkristallinen Material besteht,
eine kristalline Fläche eines ersten Leitfähigkeitstyps, die in einer gewünschten Position auf dem Träger gebildet wird und aus einem polykristallinen III-V-Verbindungshalbleiter besteht und
eine kristalline Fläche eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die die kristalline Fläche vom ersten Leitfähigkeitstyp einschließt und aus einem polykristallinen III-V- Verbindungshalbleiter besteht,
worin die kristalline Fläche des ersten Leitfähigkeitstyps eine freiliegende Fläche aufweist.
Auch können die bevorzugten Formen des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung wie folgt dargestellt werden.
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung weist die Merkmale auf, daß ein Kristallzüchtungsprozeß auf einen Träger angewendet wird, der eine freie Oberfläche besitzt, auf der eine nicht keimbildende Oberfläche mit niedriger Keimbildungsdichte und eine Keimbildungsoberfläche mit einer Keimbildungsdichte, die größer ist als die der nicht keimbildenden Oberfläche angeordnet sind und zu einem Muster in wechselweise benachbarter Form geformt sind, das eine optimale Fläche zur Erzeugung von vielen Keimen durch Kristallzüchtung mit einer mittleren Kristallkeimgröße von 0,6 µm aufweist, wodurch ein III-V-Verbindungshalbleiter mit polykristalliner Struktur und einer mittleren Korngröße von 0,6 µm oder mehr gebildet wird, beginnend bei diesen Keimen.
Auch weist das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung die Merkmale auf, daß es einen Schritt gibt zur Bildung einer kristallinen Fläche eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer kristallinen Fläche eines zweiten Leitfähigkeitstyps, bestehend aus einem III-V- Verbindungshalbleiter, an gewünschten Positionen auf einem Träger mit nicht einkristalliner Oberfläche, daß es einen Schritt gibt zur Bildung einer ersten Elektrode in einem Bereich der kristallinen Fläche vom zweiten Leitfähigkeitstyp, daß es einen Schritt gibt zum Entfernen der kristallinen Fläche des zweiten Leitfähigkeitstyps mit Ausnahme des Gebietes, in dem die erste Elektrode gebildet ist, wodurch die kristalline Fläche des ersten Leitfähigkeitstyps freigelegt wird, und daß es einen Schritt gibt zur Bildung einer zweiten Elektrode in der so freigelegten Fläche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung ermöglicht es, eine Halbleitervorrichtung, wie zum Beispiel eine LED, mit zufriedenstellender Ausbeute an einer beliebigen Position auf einem beliebigen Träger zu bilden. So können eine großformatige, monolithische Anzeigevorrichtung oder ein eindimensionales LED-Feld leicht hergestellt werden. Auch erlaubt es die Erfindung, den Schritt zur Isolierung der Vorrichtung wegfallen zu lassen, da die Halbleitervorrichtung, wie zum Beispiel eine LED, in selbstausrichtender und isolierter Weise auf einem isolierenden Träger gebildet werden kann. Auch kann eine Verbesserung im Bezug auf die Durchbruchsspannung der Vorrichtung erzielt werden.
Weiter kann die Erfindung signifikant die Kosten der Herstellung der Halbleitervorrichtung senken, da teure, einkristalline Wafern aus Verbindungshalbleiter nicht eingesetzt werden.
Weiter muß, wenn die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung in einem Druckkopf mit LED-Feld eingesetzt wird, der Raum um die lichtempfindliche Trommel nicht breit sein, und die Montage des LED-Feldes auf dem tragenden Träger kann mit nur einer optischen Ausrichtung erreicht werden. Auch ermöglicht erfindungsgemäße das Verfahren die Bildung von Elektroden ohne Einebnungsschritt, so daß die Kristallabschälung vermieden werden kann, die bei dem Einebnungsschritt auftreten kann.
Da gemäß der Erfindung die auf dem Träger gebildeten Kristalle eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit zeigen, in einer Mischung von Einkristallen, Polykristallen und von Leerstellen an den Keimbildungsflächen vorhanden zu sein, sind die Eigenschaften des Halbleitermaterials extrem stabil. Wenn zum Beispiel ein solches Halbleitermaterial in einer lichtemittierenden Vorrichtung angewendet wird, ist die Einheitlichkeit der Lichtausstrahlungseigenschaften signifikant verbessert im Vergleich zu der von konventionellen Vorrichtungen.
Im folgenden wird, um das Verstehen der Details der Erfindung zu erleichtern, der Verlauf der Forschungen erläutert, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben.

Experimente

Als erstes wird eine Erklärung abgegeben über das Steuerverfahren bezüglich der Kristallkorngröße und der Lichtabgabeeigenschaften der III-V-Verbindungspolykristalle.
Fig. 2 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe der Keimbildungsoberfläche (Quadrat) und der mittleren Korngröße von Polykristallen, wenn GaAs-Polykristalle selektiv durch das MOCVD-Verfahren abgeschieden werden.
Die mittlere Korngröße wird von einer Position 2 bis 3 µm von der Oberfläche der Kristallinsel entfernt betrachtet. Das hat seinen Grund darin, daß bei der Herstellung einer LED der p-n-Übergang in etwa der gleichen Entfernung von 2 bis 3 µm von der Oberfläche gebildet wird, und die Lichtabgabeintensität besonders stark von der Kristallinität in diesem Gebiet beeinflußt wird. Das Kristallwachstum wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt. Kristallwachstumsbedingungen
Die mittlere Korngröße wurde in der folgenden Weise bestimmt, wie es in Fig. 3 veranschaulicht ist. Eine Insel aus selektiv abgeschiedenen GaAs-Polykristallen wurde auf der Oberfläche mit Epoxidharz beschichtet, dann mit Diamantpaste auf eine Dicke von etwa 60 µm in Querschnittsrichtung senkrecht zur Trägeroberfläche geschliffen, weiter auf etwa 20 µm durch Ionenschleifen dünner gemacht und unter einem TEM (Transmissionselektronenmikroskop) untersucht. Die mittlere Korngröße wurde bestimmt, indem eine halbkreisförmige Linie A an einer Position etwa 2 µm von der Oberfläche der Kristalle entfernt gezogen wurde und die Länge der Kurve auf dem Querschnitt durch [die Zahl der Korngrenzen, die die Kurve schnitten, + 1] dividiert wurde. Bei dieser Berechnung werden kleine Körner, die zwischen den großen Körnern erzeugt wurden und kleiner als 10% des größten Korns ausmachen, von der Zählung ausgeschlossen.
Bei der TEM-Untersuchung kam heraus, daß die Korngröße innerhalb eines Bereiches von etwa 2 bis 3 µm von der Keimbildungsoberfläche entfernt etwas kleiner war und außerhalb dieses Bereiches ungefähr einheitlich war.
Auf der anderen Seite geht aus Fig. 2 hervor, daß die mittlere Korngröße der Kristalle größer wird, wenn die Keimbildungsoberfläche kleiner wird.
Diese Tatsachen können wie folgt interpretiert werden. Die Keimbildungsdichte wird durch das Material, das die Keimbildungsoberfläche ausmacht, und die Kristallwachstumsbedingungen bestimmt. Die Anzahl der Keime nimmt ab, wenn die Größe der Keimbildungsoberfläche kleiner wird, und die Größe der Kristallkörner wächst an, da die Menge des Rohmaterialgases, die pro Einheitsfläche bereitgestellt wird, oder das Gesamtvolumen der Kristalle, die durch Verbrauch eines solchen Rohmaterialgases wachsen, konstant ist, wenn die Dichte der Anordnung der Keimbildungsoberflächen bei einem bestimmten hohen Wert liegt.
Im folgenden werden die Lichtabgabeeigenschaften erläutert, die mit einer LED untersucht wurden, die mit GaAs-Polykristallen hergestellt wurde, deren Korngröße durch die Größe der Keimbildungsoberfläche gesteuert wurde. Das Kristallwachstum wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt. Kristallwachstumsbedingungen
Fig. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer LED, deren detaillierte Herstellung später in den Beispielen erklärt wird. Kurz gesagt wurde die Vorrichtung hergestellt, indem p-GaAs-Polykristalle 403 und n-GaAs-Polykristalle 404 ohne Unterbrechung auf einer Keimbildungsoberfläche aus Polysilicium 401 gezüchtet wurden und nach Einebnung Elektroden 405 und 406 über einem Isolationsfilm 407 gebildet wurden. Die Lichtintensität wurde untersucht, indem das Licht 409, das am Übergang erzeugt wurde, mit einem Fotomultiplier 410 gemessen wurde. Unabhängig von der Korngröße zeigten alle polykristallinen GaAs-LEDS Lichtemissionsspektren mit einer Wellenlänge im Maximum von ungefähr 880 nm im Infrarotbereich, und die Lichtabgabeintensität wurde deshalb bei 880 nm verglichen.
Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen der Größe der Keimbildungsoberfläche (mittlere Korngröße der Kristalle) und der Lichtabgabeintensität.
Es ist einzusehen, daß die Lichtabgabeintensität der LED mit Zunahme der Größe der Keimbildungsoberfläche (oder Abnahme der Kristallkorngröße) abnimmt, wobei ein besonders bemerkenswerter Verlust an Lichtabgabeintensität im Bereich von 6 bis 7 µm der Größe der Keimbildungsoberfläche (oder 0,8 bis 0,6 µm der Korngröße) beobachtet wird.
Dieses Phänomen ist wahrscheinlich der Tatsache zuzuschreiben, daß die Abnahme der Korngröße die Korngrenzflächen vergrößert und die Rekombinationen an solchen Grenzflächen die Lichtabgabewirksamkeit verringern. O. Paz et al. (J. Appl. Phys. 61(4) 15, 1987, S. 1537) und M. Yamaguchi et al. (J. Appl. Phys. 60(1) 1, 1986, S. 413) berichteten ähnliche Tendenzen bei der Untersuchung der Rekombinationsgeschwindigkeit von Ladungsträgern und der Diffusionslänge von Minoritätsträgern.
Im folgenden wird die Beziehung zwischen Größe und Dichte der Keimbildungsoberflächen, dem Anteil der Leerstellen der polykristallinen Inseln, wo kein Kristallwachstum auf den Keimbildungsflächen vonstatten geht, und dem Anteil der abnormalen Keimerzeugung auf den nicht keimbildenden Oberflächen.
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht eines Trägers, der für die Experimente der selektiven Abscheidung eingesetzt wird. Die Keimbildungsoberflächen waren quadratisch gestaltet mit einer Seitelänge a und wurden in einem Gittermuster mit einem Abstand b zwischen den Zentren auf einer nicht keimbildenden Oberfläche angeordnet. Fig. 7 zeigt den Leerstellenanteil und den Anteil der abnormalen Keimbildung als Funktion von a, wobei b 15 µm beträgt, wenn die Keimbildungsoberfläche und die nicht keimbildende Oberfläche jeweils aus Polysilicium beziehungsweise SiO&sub2; bestanden. Die Keimbildungsbedingungen waren die gleichen, wie die im Fall von Fig. 4.
Der Anteil der Leerstellen und der Anteil der abnormalen Keimbildung werden mit Anwachsen von a beide verringert. Da allerdings die Lichtabgabewirksamkeit der LED mit Anwachsen von a verschlechtert wird, wie vorstehend erläutert wurde, wird ein optimaler Wert gemäß den Vorrichtungsspezifikationen bestimmt.
Fig. 8 zeigt den Anteil der Leerstellen und den Anteil der abnormalen Keimbildung als Funktion von b, wobei a 3 µm beträgt, unter den gleichen Kristallwachstumsbedingungen.
Der Leerstellenanteil wird mit Anwachsen von b verringert, aber die abnormale Keimbildung wächst stark an, wenn b 100 µm überschreitet. Dieses Ergebnis zeigt, daß unter Berücksichtigung von möglichen Problemen, wie zum Beispiel Kurzschlüssen in der Elektrodenverdrahtung, Überschußkeimbildungsoberflächen selbst in Gebieten, wo die lichtemittierenden Vorrichtungen nicht gebildet werden, hergestellt werden müssen, um unerwartete abnormale Keimbildung zu vermeiden.

Ausführungsformen

Die erfindungsgemäßen III-V-Verbindungshalbleiter sind nicht auf Verbindungen aus zwei Elementen begrenzt, sondern schließen auch Mischkristallverbindungen der Gruppen III und V des Periodensystems ein, die drei oder mehr Elemente enthalten.
Im folgenden werden die Ausführungsformen der Erfindung erklärt unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Figg. 1A bis 1J, die schematische Ansichten darstellen und Schritte der Herstellung einer LED nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigen, wobei selektive Keimbildung bewirkt wird und Polykristalle aus einem III-V-Verbindungshalbleiter mit gesteuerter Korngröße gezüchtet werden.

(A)

Auf einem Trägermaterial 101 (zum Beispiel einem keramischen Material, wie zum Beispiel Al&sub2;O&sub3;, AlN oder BN, amorphem Quarz, hochschmelzendem Glas oder einem hochschmelzenden Metall, wie zum Beispiel W oder Mo) wird ein Dünnfilm 102 aus einem Material mit niedriger Keimbildungsdichte (zum Beispiel nicht einkristallinem SiO&sub2; oder Si&sub3;N&sub4;) abgeschieden, um eine nicht keimbildende Oberfläche 103 zu bilden.
Der Dünnfilm kann durch CVD, Sputtern, Bedampfen oder Beschichten unter Verwendung eines Dispersionsmediums gebildet werden (Fig. 1A). Auch kann ein Träger 111 aus einem Material mit niedriger Keimbildungsdichte anstelle des Trägers 101 eingesetzt werden, wie in Fig. 1K dargestellt.

(B)

Keimbildungsoberflächen 104 werden erhalten durch Bilden eines Materials mit einer Keimbildungsdichte, die höher ist als die der nicht keimbildenden Oberfläche (zum Beispiel nicht einkristallines Polysilicium, AlN, Al&sub2;O&sub3;, Ta&sub2;O&sub5;, TiN, TiO&sub2;, WO&sub3; und dergleichen) in kleinen Flächen (im allgemeinen in Form von Quadraten mit einer Abmessung von 1 bis 8 µm, bevorzugt von 1 bis 6 µm und besonders bevorzugt von 1 bis 3 µm oder in Streifenform mit kleiner Breite, die im allgemeinen von 1 bis 8 µm, bevorzugt 1 bis 6 µm und besonders bevorzugt 1 bis 3 µm beträgt). Es ist auch möglich, anstelle der Bildung des Dünnfilms als feines Muster, den Dünnfilm 104 aus einem Material mit hoher Keimbildungsdichte auf einem Träger abzuscheiden, dann darauf einen Dünnfilm aus einem Material mit niedriger Keimbildungsdichte abzuscheiden, wodurch die nicht keimbildende Oberfläche gebildet wird, und kleine Fenster darin durch Abätzen zu öffnen, um die Keimbildungsoberfläche 104 freizulegen, wie es in Fig. 1L dargestellt ist, oder um, wie es in Fig. 1M dargestellt ist, Aussparungen in einem Film 104 aus einem Material mit niedriger Keimbildungsdichte zu bilden und dadurch kleine Fenster auf dem Grund der Vertiefungen zu öffnen, wodurch die Keimbildungsoberfläche freigelegt wird. Im letzteren Fall wird das Kristallwachstum in diesen Vertiefungen durchgeführt.
Es ist weiterhin möglich, wie in Figg. 1N bis 10 dargestellt, eine Resistschicht 112 zu bilden, die alles außer kleiner Flächen abdeckt, und dann Ionen, wie zum Beispiel As, Ti, Ga, Al oder In, in einen Dünnfilm 102 aus einem Material mit niedriger Keimbildungsdichte zu implantieren, wodurch ionenimplantierte Flächen 113 mit hoher Keimbildungsdichte gebildet werden.
Die Entfernung zwischen den Keimbildungsoberflächen liegt im allgemeinen im Bereich von 20 bis 200 µm, bevorzugt von 30 bis 140 µm und besonders bevorzugt von40 bis 100 µm.

(C)

Auf dem so hergestellten Träger wird eine III-V-Verbindung (wie zum Beispiel GaAs, GaAlAs, GaP, GaAsP, InP oder GaInAsP) mit dem MOCVD-Verfahren gezüchtet, das später erläutert wird.

(D)

Die Keime wachsen im Laufe der Zeit und neue Keime werden erzeugt, wodurch die Keimbildungsoberfläche mit Polykristallen 106 bedeckt werden. Dann breiten sich die Polykristalle auf die nicht keimbildende Oberfläche 103 aus. In diesem Zustand wird Dotiergas vom n- oder p-Typ zugegeben, um die Ladungsträgerkonzentration auf ein Niveau von 10¹&sup8; cm&supmin;³ einzustellen.

(E)

Die polykristalline Schicht vom n- oder p-Typ 106 wird bis zur gewünschten Größe gezüchtet. Die Schicht wächst in halbkugelförmiger Gestalt um die Keimbildungsoberfläche 104 herum.

(F)

Dann wird das Dotiergas geändert, um auf der vorstehend genannten Schicht vom n- oder p-Typ 106 eine Schicht vom p- oder n-Typ 107 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in konzentrisch kugelförmiger Gestalt bis zur gewünschten Größe zu bilden. Der äußere Durchmesser der polykristallinen Verbindungshalbleiterinsel 106-107 von halbkugelförmiger Gestalt liegt im allgemeinen im Bereich von 10 bis 120 µm, bevorzugt von 15 bis 80 µm und besonders bevorzugt von20 bis 60 µm.

(G)

Die obere Oberfläche der so gezüchteten Polykristallinsel 106-107 wird durch mechanisches Schleifen eingeebnet, um die innere Schicht 106 teilweise freizulegen.

(H)

Eine Metallelektrode 108, die in ohm'schem Kontakt mit der äußeren Schicht 107 steht, wird durch fotolithografische Musterbildung erzeugt.

(I)

Ein Isolationsfilm 109 wird abgeschieden und fotolithografisch zu einem Muster geformt, um ein Kontaktioch 128 zu bilden, das die innere Schicht 106 erreicht.

(J)

Eine Metallelektrode 110, die in ohm'schem Kontakt mit der inneren Schicht 106 steht, wird durch einen fotolithografischen Prozeß gebildet.
Darauf wird in einem Inertgas, wie zum Beispiel Ar bei einer festgelegten Temperatur (im allgemeinen im Bereich von 300 bis 600ºC, bevorzugt von 400 bis 550ºC und besonders bevorzugt von 450 bis 500ºC) getempert, um die Kontaktwiderstände der Elektroden zu optimieren.
Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden 108 und 110 führt zur Einleitung von Ladung zwischen den Schichten 106 und 107 wodurch die Vorrichtung als LED wirkt.
Das Licht kann vom unteren Teil der Vorrichtung durch den Träger 101 abgenommen werden, wenn er aus transparentem Material, wie zum Beispiel SiO&sub2; besteht. Auch kann das Licht vom oberen Bereich der Vorrichtung abgenommen werden, indem die Formen der Elektroden 109 und 110 geeignet gewählt werden.
Zusätzlich zur vorstehend erläuterten Vorrichtungsstruktur mit einer konzentrischen, kugelförmigen, polykristallinen Insel, die aus der Keimbildungsoberfläche gezüchtet wird, kann auch eine Struktur angenommen werden, die, wie in Fig. 1P dargestellt, durch Bilden einer Vertiefung 120 auf einem Träger 114, Anordnen einer Keimbildungsoberfläche 117 in einer außerhalb der Mitte liegenden Position in der Vertiefung, kontinuierliches Züchten von Polykristallen vom p-n- oder n-p-Typ 118 beziehungsweise 119, nachfolgendes Einebnen der Polykristalle, wie in Fig. 1Q dargestellt, und Bilden von Elektroden 115 und 116 auf den Polykristallschichten des jeweiligen Leitfähigkeitstyps erhalten wird.
Der p-n-Übergang kann zusätzlich zum Umschalten des Dotiergases im Verlauf der Kristallzüchtung, wie sie in Figg. 1R bis 1T dargestellt ist, auch gebildet werden durch Bilden einer Schicht 124 von n- oder p-Leitungstyp, nachfolgendes Implantieren von Ionen 125 des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und Bilden einer Schicht 127 des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps durch nachfolgende Diffusion.
Im folgenden wird eine detaillierte Erklärung des MOCVD-Verfahrens gegeben, die vorstehend erwähnt wurden, unter Bezugnahme auf Fig. 1C.
Fig. 9 zeigt schematisch ein Beispiel des in der Erfindung eingesetzten MOCVD- Gerätes. Obwohl hier ein Niederdruckgerät vom horizontalen Typ veranschaulicht ist, kann auch ein Gerät vom vertikalen Typ eingesetzt werden, das den Träger in vertikaler Position trägt, oder ein Gerät eines anderen Typs. Unter Bezug auf Fig. 9 wird eine Kammer 909 aus Quarz hergestellt, mit einem Wasserkühlmantel versehen und mit Hilfe einer Turbomolekularpumpe 917 auf etwa 1,3x10&supmin;&sup4; Pa (10&supmin;&sup6; Torr) evakuiert außer während des Kristallwachstums. Ein Trägerhalter 910, der aus Kohlenstoff hergestellt ist, kann auf bis zu 900ºC mit Hilfe einer Hochfrequenzspule (nicht dargestellt), die außerhalb der Kammer angebracht ist, erhitzt werden. Die Temperatur des Trägers wird durch ein Thermopaar 912 gemessen, das im Halter 910 bereitgestellt ist und kann durch Rückkopplung durch die Hochfrequenzenergie gesteuert werden.
Die Rohmaterialgase werden vom linksseitigen Ende der Kammer eingeführt. Flüssige Materialien, wie zum Beispiel Trimethylgallium und Trimethylaluminium, und flüssige Dotiermittel, wie zum Beispiel Diethylzink, werden in Blubberer 903 bis 905 eingefüllt und durch thermostatische Behälter auffestgelegten Temperaturen gehalten.
Diese Materialien werden in die Kammer im dampfförmigen Zustand eingeführt, indem mit Wasserstoffgas 906 durchblubbert wird, dessen Strömungsgeschwindigkeiten durch Masseflußsteuereinrichtungen MFC gesteuert werden. Gasförmige Materialien, wie zum Beispiel Arsenwasserstoff und Phosphorwasserstoff, und gasförmige Dotiermittel, wie zum Beispiel Silan oder Selenhydrid, werden in die Behälter 901 und 902 eingefüllt und direkt in die Kammer durch Masseflußsteuereinrichtungen MFC eingeleitet. HCl 907, das als Ätzgas Verwendung findet, wird in die Kammer durch ein getrenntes Leitungssystem eingeführt. Die in die Kammer eingeleiteten Gase gehen auf allen Seiten am Träger 911 vorbei und werden durch eine Rotätionspumpe 913 abgesaugt. In diesem Zustand wird die vorstehend genannte Turbomolekularpumpe vom System durch ein Ventil 916 abgetrennt. Der Reaktionsdruck wird durch ein Ventil mit einstellbarem Durchlaß 915 gesteuert.
Beispiele der Materialien für III-V-Verbindungshalbleiter schließen ein: TMG (Trimethylgallium), TEG (Triethylgallium), TMA (Trimethylaluminium), TEA (Triethylaluminium) TMIn (Trimethylindium), TEIn (Triethylindium), TBAS (t-Butylarsenwasserstoff), TMAS (Trimethylarsenwasserstoff), TEAS (Triethylarsenwasserstoff), DMAS (Dimethylarsenwasserstoff), DEAS (Diethylarsenwasserstoff), AsH&sub3;, TBP (t-Butylphosphorwasserstoff), TMP (Trimethylphosphorwasserstoff), TEP (Triethylphosphorwasserstoff), PH&sub3; und NH&sub3;. Auch schließen Beispiele des Dotiermittels ein: DMSE (Dimethylselen), DESE (Diethylselen), DMTE (Dimethyltellur), DETE (Diethyltellur), SiH&sub4;, DEZn (Diethylzink), Cp2Mg (Cyclopentanmagnesium) und MeCp)&sub2;Mg (Methylcyclopentanmagnesium).
Kristallkeime 105 der III-V-Verbindung werden auf dem Träger mit Hilfe des Niederdruck-MOCVD-Gerätes erzeugt, das vorstehend erklärt wurde.
Bei dieser Erzeugung liegt die Trägertemperatur im allgemeinen im Bereich von 570 bis 850ºC, bevorzugt im Bereich von 600 bis 800ºC und besonders bevorzugt im Bereich von 660 bis 780ºC, und der Reaktionsdruck beträgt im allgemeinen 13,3 kPa (100 Torr) oder weniger, bevorzugt 6,7 kPa (50 Torr) oder weniger und liegt besonders bevorzugt im Bereich von 4,0 bis 5,3 kPa (30 bis 40 Torr). Das molare Verhältnis der bereitgestellten Rohmaterialien der Gruppen V und III liegt im allgemeinen im Bereich von 10 bis 150, bevorzugt von 30 bis 80 und besonders bevorzugt von 40 bis 70.
HCl wird als Ätzgas eingeführt mit einer Stömungsgeschwindigkeit in % der Gesamtgasströmungsgeschwindigkeit im allgemeinen im Bereich von 7x10&supmin;³ bis 6x10&supmin;&sup4; Mol-%, bevorzugt im Bereich von 5 bis 1x10&supmin;³ Mol-% und besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 2x10&supmin;³ Mol-%.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung der III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung kann auch durchgeführt werden, wie es im folgenden unter Bezug auf Figg. 14A bis 14H erläutert wird.
Zuerst wird eine nicht einkristalline Schicht 1402, zum Beispiel aus SiO&sub2; oder SiNx, die eine niedrige Keimbildungsdichte aufweist, durch thermisches Oxidieren, Bedampfen oder Sputtern auf einem hitzebeständigen Träger 1401 gebildet, der zum Beispiel aus einem einkristallinen Haibleiterträger, wie zum Beispiel einem einkristallinen Si-Träger oder einem einkristallinen GaAs-Träger, einem nicht einkristallinen Träger, wie zum Beispiel einem amorphem Quarzglasträger oder einem keramischen Träger, oder einem hochschmelzenden Metaliträger, wie zum Beispiel einem W-Träger oder einem Ti-Träger, besteht (Fig. 14A). Ansonsten kann, wie zum Beispiel in Fig. 14G dargestellt, ein hitzebeständiger, nicht einkristalliner Träger 1408, wie zum Beispiel ein Quarzglasträger, verwendet werden, dessen Oberfläche selbst die nicht keimbildende Oberfläche darstellt.
Dann wird auf der nicht einkristallinen, nicht keimbildenden Oberfläche 1402 aus zum Beispiel SiOX oder SiNx eine nicht einkristalline Schicht mit hoher Keimbildungsdichte, wie zum Beispiel eine aus Al&sub2;O&sub3; oder Ta&sub2;O&sub5;, durch EB- Bedampfung (Bedampfung mit reaktiven Elektronenstrahlen) oder Widerstandsheizbedampfung gebildet. Dann wird die Schicht durch Ätzen, wie zum Beispiel RIBE (Ätzen mit reaktiven Ionenstrahlen) oder IBE (Ionenstrahlätzen) entfernt, wobei Flächen zurückgelassen werden, die die Keimbildungsoberflächen 1403 ausmachen, die im allgemeinen quadratisch sind mit einer Größe von nicht mehr als 10 µm, bevorzugt von nicht mehr als 6 µm und besonders bevorzugt von nicht mehr als 3 µm. Ansonsten können die Keimbildungsoberflächen gebildet werden durch Implantieren von Ionen, wie zum Beispiel Al oder As- Ionen, in kleinen Flächen durch einen fokussierten Ionenstrahl. Es ist auch möglich, eine Maske zu bilden, die kleine Flächen freiläßt, dann Al- oder As- Ionen durch die Maske in die Trägeroberfläche zu implantieren und dann die Maske zu entfernen, wodurch die Keimbildungsdichte in den kleinen Flächen vergrößert wird.
Die nicht keimbildende Oberfläche und die keimbildenden Oberflächen können auch, wie in Fig. 14H dargestellt, gebildet werden durch Abscheiden einer nicht einkristallinen Schicht 1403 mit hoher Keimbildungsdichte, zum Beispiel aus Al&sub2;O&sub3; oder Ta&sub2;O&sub5;, auf einem wärmebeständigen Träger, nachfolgendes Abscheiden einer nicht einkristallinen Schicht 1402 aus einem Material, wie zum Beispiel SiO&sub2; oder SiNx, mit einer Keimbildungsdichte, die kleiner ist als die der nicht einkristallinen Schicht 1403, und selektives Entfernen der Schicht 1402, die die nicht keimbildende Oberfläche darstellt, in kleinen Flächen, wodurch die Keimbildungsoberfläche in den kleinen Flächen freigelegt wird.
Die nicht einkristalline Schicht kann zum Beispiel durch EB-Bedampfung, Widerstandsheizbedampfung oder Sputtern aufgetragen werden.
Dann werden auf dem Träger mit der nicht keimbildenden und der Keimbildungsoberfläche Haibleiterkristalle durch das MOCVD-Verfahren (metallorganische chemische Dampfabscheidung) gezüchtet (Fig. 14B).
Das MOCVD-Verfahren kann so durchgeführt werden, wie vorstehend erläutert, wodurch n- oder p-Halbleiter 1404 gebildet werden. Die Wachstumsbedingungen hängen ab von und schwanken mit dem Gerät, das eingesetzt wird. Die Wachstumszeit wird festgelegt durch die Größe der Halbleitervorrichtung.
Danach wird das Dotiermaterial gewechselt, wodurch ein Halbleiter 1405 vom n- oder p-Typ gebildet wird, der den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp im Vergleich zum ersten gebildeten Halbleiter in Fig. 14B aufweist. Die Wachstumsbedingungen ähneln denen, die vorstehend erläutert wurden (Fig. 14C).
Dann wird eine Elektrode 1406 auf einem Teil der durch MOCVD gebildeten Kristalle erzeugt (Fig. 14D).
Die Elektrode kann zum Beispiel durch Widerstandsheizbedampfung oder Elektronenstrahlheizbedampfung gebildet werden. Das Bilden des Elektrodenmusters kann erreicht werden zum Beispiel durch ein Abhebeverfahren, bei dem zuerst ein Muster aus einer Fotoresistschicht aufgebracht wird, dann die Elektrode gebildet wird und schließlich die Fotoresistschicht entfernt wird, oder durch ein Verfahren, bei dem die Elektrodenschicht über die gesamte Oberfläche gebildet wird und die Schicht dann in den nicht erforderlichen Bereichen entfernt wird.
Dann wird die gezüchtete, polykristalline Schicht in einem Teil der Fläche, die nicht die Elektrodenflächen darstellt, entfernt, wodurch Halbleiter des ersten Leitfähigkeitstyps freigelegt werden. Diese teilweise Entfernung der poyknstallinen Keime wird durch Trockenätzen, wie zum Beispiel RIBE oder IBE, oder durch Naßätzen durchgeführt (Fig. 14E).
Schließlich wird eine Halbleitervorrichtung erhalten, indem eine Elektrode 1407 auf dem so freigelegten Halbleiter gebildet wird (Fig. 14F). Die Bildung der Elektrode kann durchgeführt werden, wie es vorstehend erläutert wurde.
Im folgenden wird die Erfindung genauer verdeutlicht durch Vorstellen von Beispielen dafür.

Beispiel 1

Figg. 10A bis 10J sind schematische Ansichten, die das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen LED darstellen unter Einsatz von Ga0,8Al0,2As-Polykristallen.
(A) Auf einem Mo-Träger mit einer Dicke von 0,5 mm wurde ein SiO&sub2;-Film 1002, der die nicht keimbildende Oberfläche darstellte, in einer Dicke von 100 nm (1000 Å) durch CVD unter Einsatz von SiH&sub4; und O&sub2; aufgebracht. Die Abscheidung wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt: SiH&sub4;: 45 sccm, O&sub2; 60 sccm, N&sub2; 50 sccm, Trägertemperatur: 440ºC, Reaktionsdruck: atmosphärischer Druck und Abscheidungszeit: 1 min.
(B) Dann wurde ein Polysiliciumfilm mit einer Dicke von 30 nm (300 Å) durch LPCVD abgeschieden und fotolithografisch mit einem Ätzmittel aus HF: HNO&sub3;: CH&sub3;COOH = 1 : 60: 60 zu kleinen Quadraten mit einer Seitenlänge von 2 µm abgeätzt, die die Keimbildungsoberflächen 1004 darstellten. Die Entfernung zwischen benachbarten Keimbildungsoberflächen betrug 40 µm. Die Abscheidung des Polysiliciumfilmes wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt: SiH&sub4;: 45 sccm, Trägertemperatur: 620ºC und Druck: 26,7 Pa (200 mTorr).
(C) Es wurde im vorstehend genannten MOCVD-Gerät, das in Fig. 9 dargestellt ist, GaAlAs gezüchtet.
Zuerst wurde n-GaAs 1005 auf den Keimbildungsoberflächen 1004 unter folgenden Bedingungen erzeugt:
GaAs wurde eingesetzt, weil es leichter selektives Wachstum ermöglicht und größere Kristallkornabmessungen bei Keimbildung bereitstellt im Vergleich zu GaAlAs.
(D) Das Wachstum wurde 10 min lang fortgesetzt bis die GaAs-Kristallinseln auf einen Durchmesser von 3 µm angewachsen waren.
(E) Dann wurde TMA in das Rohmaterialgas eingeleitet, um n-GaAlAs 1006 auf dem GaAs 1005 unter den folgenden Filmbildungsbedingungen zu züchten:
Die Wachstumszeit betrug 40 min und die GaAlAs-Kristallinseln wuchsen bis auf eine Größe von 20 µm an.
(F) Das Dotiermittel wurde von SiH&sub4; auf DEZ gewechselt, um p-GaAlAs 1007 zu entwickeln. Die Filmbildungsbedingungen waren die gleichen wie die in (E), mit der Ausnahme, daß das SiH&sub4; durch DEZ ersetzt wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1x10&supmin;&sup5; mol/min. Das Wachstum wurde 15 min lang fortgeführt, wobei die Kristallinseln auf eine Größe von 23 µm anwuchsen.
(G) Mechanochemisches Läppen wurde mit Bromethanol durchgeführt, um die Oberfläche der Kristallinseln um etwa 7 µm abzuschleifen, wodurch das innere n-GaAlAs 1006 freigelegt wurde.
(H) p-Elektroden 1008 wurden mit einem Abhebeverfahren gebildet, das darin bestand, daß ein Fotoresist-Muster gebildet wurde und ein Cr-Film von 50 nm (500 Å) Dicke und ein Au-Film von 500 nm (5000 Å) Dicke ohne Unterbrechung durch Widerstandsheizbedampfung abgeschieden wurde.
(1) Ein SiNx-Isolationsfilm 1009 mit einer Dicke von 400 nm (4000 Å) wurde durch Plasma-CVD abgeschieden, das SiH&sub4; und NH&sub3; einsetzte unter den Bedingungen: SiH&sub4;: 100 sccm, NH&sub3;: 200 sccm, Trägertemperatur: 350ºC, Druck: 26,7 Pa (0,2 Torr), Abscheidezeit: 1 h. Dann wurden Kontaktlöcher 1010 gebildet, indem ein Fotoresist-Muster gebildet wurde, worauf RIE (reaktives Ionenätzen) mit CCl&sub2;F&sub2; unter den folgenden Ätzbedingungen durchgeführt wurde: CCl&sub2;F&sub2;: 20 sccm, Druck: 5,3 Pa (4x10&supmin;² Torr), RF-Energie: 100 W, Trägertemperatur: Raumtemperatur und Ätzzeit: 2 min.
(J) n-Elektroden 1011 wurden durch ein Abhebeverfahren gebildet, indem ein Fotoresist-Muster gebildet wurde, worauf AuGe/Au durch Widerstandsheizen aufgedampft wurde mit Dicken von 100 beziehungsweise 500 nm (1000 beziehungsweise 5000 Å).
Die Vorrichtungsstruktur wurde nach Vervollständigung 20 min lang bei 450ºC in Ar-Atmosphäre getempert.
Die vollständige Vorrichtung wurde mit Energie versorgt und der Vermessung mit einem Spektrometer und einem Lichtenergiemeßgerät unterzogen. Die Messungen an 10 Vorrichtungen zeigten eine Wellenlänge des Maximums bei 770 nm im Lichtemissionsspektrum. Wenn ein Ansteuerstrom von 50 mA in Impulsform (1 kHz, Dauer 500 ns) angelegt wurde, lag die Lichtabgabeintensität im Bereich von 0,06 bis 0,1 mW.

Beispiel 2

Figg. 11A bis 11J sind schematische Ansichten, die das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen LED darstellen unter Einsatz von GaAsP-Polykristallen.
(A) Auf einen Aluminiumoxidträger 1101 mit einer Dicke von 0,5 mm wurde ein AlN-Film 1102 mit einer Dicke von 150 nm (1500 Å) durch RF-Sputtern aufgebracht, der die nicht keimbildende Oberfläche ausmachte. Die Abscheidung wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt: Trägertemperatur: Raumtemperatur, Target: Al, Gase Ar und N&sub2; mit einem Strömungsgeschwindigkeitsverhältnis von 2/3, Druck: 6,7 Pa (5x10&supmin;² Torr), RF-Energie: 600 W und Abscheidungsgeschwindigkeit: 6 nm/min (60 Å/min).
(B) Dann wurde ein amorpher SiNx-Film 1103 mit einer Dicke von 30 nm (300 Å) durch Plasma-CVD aufgebracht unter folgenden Bedingungen: Trägertemperatur 350ºC, Reaktionsdruck: 26,7 Pa (0,2 Torr), SiH&sub4;: 100 ccm (cc) und NH&sub3;: 200 ccm (cc). Der SiNx-Film 1103 wurde durch fotolithografische Musterbildung und Ätzen mit reaktiven Ionen (RIE) teilweise entfernt, wodurch sich kleine quadratische Fenster mit 2 µm Seitenlänge und einem Abstand von 60 µm ergaben, wodurch AlN freigelegt wurde, das die Keimbildungsoberflächen für GaAs ausmachte.
Das Ätzen mit reaktiven Ionen wurde durchgeführt mit den Gasen CF&sub4; und O&sub2; mit einem Strömungsgeschwindigkeitsverhältnis von CF&sub4;/O&sub2; = 5/1 unter folgenden Bedingungen: Druck: 186,6 Pa (7x10&supmin;² Torr), RF-Energie: 100 W und Ätzgeschwindigkeit: 10 nm/min (100 Å/min).
(C) Dann wurde das MOCVD durchgeführt, um zuerst n-GaAs-Kristallkeime 1104 auf den keimbildenden Oberflächen 1102 unter den folgenden Filmbildungsbedingungen zu erzeugen:
(D) Das Wachstum wurde 10 min lang fortgesetzt bis die GaAs-Knstallinseln auf einen Durchmesser von 3 µm angewachsen waren.
(E) Dann wurde TBP in das Rohmaterialgas eingeleitet, um n-GaAsP 1106 auf dem GaAs 1105 unter den folgenden Filmbildungsbedingungen zu züchten:
Die Wachstumszeit betrug 45 min und die GaAsP-Kristallinseln wuchsen bis auf eine Größe von 22 µm an.
(F) Das Dotiermittel wurde von SiH&sub4; auf DEZ gewechselt, um p-GaAsP 1107 zu entwickeln. Die Filmbildungsbedingungen waren die gleichen wie die in (E), mit der Ausnahme, daß das SiH&sub4; durch DEZ ersetzt wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 3x10&supmin;&sup6; mol/min. Das Wachstum wurde 15 min lang fortgeführt, wobei die Kristallinseln auf eine Größe von 25 µm anwuchsen.
(G) Das Oberflächenläppen wurde durchgeführt mit einer Diamantpaste mit einer Teilchengröße von 0,3 bis 0,8 µm, um die Oberfläche der Kristallinseln um etwa 6 bis 7 µm abzuschleifen, wodurch das innere n-GaAsP 1106 freigelegt wurde.
-(H) p-Elektroden 1108 wurden mit einem Abhebeverfahren gebildet, das darin bestand, daß ein Fotoresist-Muster gebildet wurde und ein Zn-Film von 50 nm (500 Å) Dicke und ein Au-Film von 800 nm (8000 Å) Dicke ohne Unterbrechung durch Widerstandsheizbedampfung abgeschieden wurde.
(1) Ein SiO&sub2;-Film 1109 mit einer Dicke von 500 nm (5000 Å) wurde durch Magnetronsputtern abgeschieden unter folgenden Abscheidungsbedingungen: Trägertemperatur: 250ºC, Target: SiO&sub2;, eingeleitetes Gas: Ar, Druck: 0,8 Pa (6x10&supmin;³ Torr), RF-Energie: 1 kW, Abscheidungsgeschwindigkeit: 30 nm/min (300 Å/min). Dann wurden Kontaktlöcher 1110, die die n-GaAsP-Schicht 1106 erreichten, durch Fotoresist-Musterbildung und nachfolgendes Ätzen mit einem Ätzmittel aus HF: H&sub2;O = 1 : 40 gebildet.
(J) Nach Bildung eines Fotoresist-Musters wurden Au und Sn aus getrennten Quellen gemeinsam bis zu einer Dicke von 100 nm (1000 Å) und dann Au allein ohne Unterbrechung aufgedampft, um eine Dicke von 600 nm (6000 Å) zu erhalten. Dann wurden die n-Elektroden 1111 durch das Abhebeverfahren gebildet.
Am Ende des vorstehend erläuterten Verfahrens wurde die erhaltene Vorrichtung 20 min bei 450ºC in einer Ar-Atmosphäre getempert.
Die vollständige Vorrichtung wurde mit Energie versorgt und der Vermessung mit einem Spektrometer und einem Lichtenergiemeßgerät unterzogen. Die Messungen an 10 Vorrichtungen zeigten eine Wellenlänge des Maximums bei 660 nm im Lichtemissionsspektrum. Wenn ein Ansteuerstrom von 50 mA in Impulsform (1 kHz, Dauer 500 ns) angelegt wurde, lag die Lichtabgabeintensität im Bereich von 0,01 bis 0,02 mW.

Beispiel 3

Figg. 12A bis 12G sind schematische Ansichten, die das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen LED darstellen unter Einsatz von GaAlAs-Polykristallen.
(A) In einen Molybdenträger 1201 mit einer Dicke von 0,2 mm wurden Au-Ionen 1202 implantiert mit Hilfe einer Ionenimplantiereinrichtung mit einer Konzentration von 1x10¹&sup4; cm&supmin;³, wodurch eine Keimbildungsoberfläche gebildet wurde.
(B) Dann wurde ein SiO&sub2;-Film 1203 mit einer Dicke von 100 nm (1000 Å) als nicht keimbildende Oberfläche durch CVD abgeschieden unter Einsatz von SiH&sub4; und O&sub2; mit folgenden Bedingungen: SiH&sub4;: 45 sccm, O&sub2;: 60 sccm, N&sub2;: 50 sccm, Trägertemperatur: 440ºC, Reaktionsdruck: atmosphärischer Druck, Abscheidezeit: 1 min.
Der SiO&sub2;-Film 1203 wurde fotolithografisch durch RED entfernt, so daß kleine Quadrate mit einer Seitenlänge von 3 µm übrigblieben, in denen Molybden freilag, das so die keimbildenden Oberflächen ausmachte.
(C) Zuerst wurden n-GaAs-Kristallkeime 1204 auf den Keimbildungsoberflächen 1201 unter folgenden Filmbildungsbedingungen erzeugt:
(D) Das Wachstum wurde 10 min lang fortgesetzt bis die n-GaAs-Kristallinseln 1205 auf eine Größe von 3 µm angewachsen waren.
(E) Dann wurde TMA in das Rohmaterialgas eingeleitet, um n-GaAlAs 1206 auf dem GaAs 1205 unter den folgenden Filmbildungsbedingungen zu züchten:
Die Wachstumszeit betrug 35 min und die GaAlAs-Kristallinseln wuchsen bis auf eine Größe von 18 µm an.
(F) Das Dotiermittel wurde von SiH&sub4; auf DEZ gewechselt, um p-GaAlAs 1207 zu entwickeln. Die Filmbildungsbedingungen waren die gleichen wie die in (E), mit der Ausnahme, daß das SiH&sub4; durch DEZ ersetzt wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1x10&supmin;&sup5; mol/min. Das Wachstum wurde 10 min lang fortgeführt, wobei die Kristallinseln auf eine Größe von 20 µm anwuchsen.
(G) Nach Musterbildung mit Fotoresist wurden ein Cr-Film in einer Dicke von 50 nm (500 Å) und ein Au-Film mit einer Dicke von 500 nm (5000 Å) kontinuierlich abgeschieden durch Widerstandsheizbedampfung, und es wurden p-Elektroden 1208 durch das Abhebeverfahren erzeugt. Danach wurde 20 min bei 450ºC in Ar-Atmosphäre getempert.
Die vollständige Vorrichtung wurde mit Energie versorgt und der Vermessung mit einem Spektrometer und einem Lichtenergiemeßgerät unterzogen. Die Messungen an 10 Vorrichtungen zeigten eine Wellenlänge des Maximums bei 770 nm im Lichtemissionsspektrum. Wenn ein Ansteuerstrom von 50 mA in Impulsform (1 kHz, Dauer 500 ns) angelegt wurde, lag die Lichtabgabeintensität im Bereich von 0,03 bis 0,06 mW.

Beispiel 4

Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer LED unter Einsatz von streifenförmig gestalteten Keimbildungsoberflächen erläutert. Figg. 13A bis 13E sind schematische Ansichten, die das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Infrarot-LED unter Einsatz von GaAs-Polykristallen zeigen.
(A) auf einem Aluminiumoxidträger 1302 mit einer Dicke von 1 mm wurde ein SiO&sub2;-Film 1302 mit einer Dicke von 100 nm (1000 Å) durch ein Verfahren abgeschieden, das dem vorstehend beschriebenen ähnelt.
(B) Dann wurde ein Polysiliciumfilm mit einer Dicke von 30 nm (300 Å) abgeschieden und fotolithografisch in ein Muster von kleinen Rechtecken mit Abmessungen von 2x10 µm verbracht, die die Keimbildungsoberflächen 1303 ausmachten.
(C) Auf diesen Träger wurde n-GaAs 1304 mit einer Dicke von 15 µm durch MOCVD unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 abgeschieden.
(D) Dann wurde p-GaAs 1305 mit einer Dicke von 3 µm abgeschieden, wobei SiH&sub4; durch DEZ mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2x10&supmin;&sup5; mol/min ersetzt wurde.
(E) Nach Fotoresist-Musterbildung wurden ein Cr-Film mit einer Dicke von 50 nm (500 Å) und ein Au-Film mit einer Dicke von 500 nm (5000 Å) abgeschieden und p-Elektroden 1306 durch das Abhebeverfahren gebildet.
(F) Oberflächenläppen wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 2 durchgeführt, wodurch die Oberfläche der Kristalle um etwa 6 µm abgeschliffen wurde und dadurch das innere n-GaAs 1304 freilegte.
(G) Ein SiO&sub2;-Film 1308 mit eine Dicke von 500 nm (5000 Å) wurde durch Magnetronsputtern abgeschieden, und Kontaktlöcher 1309 wurden durch Ätzen in der gleichen Weise wie in den Beispielen 1 und 2 gebildet.
(H) Nach Fotoresist-Musterbildung wurden ein AuGe-Legierungsfilm mit einer Dicke von 50 nm (500 Å) und ein Au-Film mit einer Dicke von 200 nm (2000 Å) abgeschieden und n-Elektroden 1307 durch das Abhebeverfahren gebildet. Schließlich wurde 20 min bei 450ºC in Ar-Atmosphäre getempert.
Die vollständige Vorrichtung wurde mit Energie versorgt und der Vermessung mit einem Spektrometer und einem Lichtenergiemeßgerät unterzogen. Die Messungen an 10 Vorrichtungen zeigten eine Wellenlänge des Maximums bei 880 nm im Lichtemissionsspektrum. Wenn ein Ansteuerstrom von 50 mA in Impulsform (1 kHz, Dauer 500 ns) angelegt wurde, lag die Lichtabgabeintensität im Bereich von 0,08 bis 0,2 mW.

Referenzbeispiel

In der folgenden Beschreibung wird sich auf Figg. 14A bis 14H bezogen.
Auf einen Si-Träger 1401 wurde eine SiO&sub2;-Schicht 1404 und eine Al&sub2;O&sub3;-Schicht 1403 durch EB-Bedampfung gebildet, die im Vakuum bei 13,3 mPa (1x10&supmin;&sup6; Torr) unter Einbringung von Sauerstoff mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 ccm/min (cc/min) durchgeführt wurde. Dann wurde die Al&sub2;O&sub3;-Schicht 1403 durch Naßätzen mit einer Ätzflüssigkeit (H&sub2;SO&sub4;: H&sub2;O&sub2;: H&sub2;O = 1 : 1 : 2) entfernt, wobei fotolithografisch kleine Quadrate mit einer Abmessung von 0,8 µm und einem Abstand von 50 µm zurückblieben (Fig. 14A).
Dann wurde einkristallines n-GaAs 1404 (Verunreinigungskonzentration: 1x10¹&sup8; cm&supmin;³) durch das MOCVD-Verfahren gezüchtet, wobei TMG (2,4x10&supmin;&sup5; mol/min) und AsH&sub3; (1,8x10&supmin;&sup5; mol/min) eingesetzt wurden, wobei SiH&sub4; (8,9x10&supmin;&sup6; mol/min) als Dotiermittel und H&sub2; bei 10 l/min als Trägergas verwendet wurden. Die Trägertemperatur betrug 670ºC und der Druck betrug 2,7 kPa (20 Torr). Die Züchtungszeit betrug 30 min.
Dann wurde das Dotiermittel gewechselt, um einkristallines p-GaAs 1405 zu züchten (Verunreinigungskonzentrahon: 1x10¹&sup8; cm&supmin;³) (Fig. 14B).
Die Züchtung wurde durchgeführt, indem TMG (2,4x10&supmin;&sup5; mol/min) und AsH&sub3; (1,8x10&supmin;&sup4; mol/min) eingesetzt wurden, wobei DEZn (1x10&supmin;&sup5; mol/min) als Dotiermittel und H&sub2; (10 l/min) als Trägergas verwendet wurden bei einer Temperatur von 670ºC, einem Druck von 2,7 kPa (20 Torr) und einer Züchtungszeit von 15 min.
Dann wurde eine Fotoresistschicht mit einer Dicke von 5 µm gebildet mit Ausnahme der Flächen, auf denen die Elektroden gebildet werden sollten. Dann wurde ein Film aus Cr (50 nm, 500 Å) und Au (500 nm, 5000 Å) 1406 durch Widerstandsheizbedampfung gebildet, und es wurde 20 min lang unter Ultraschalleinwirkung in einer Fotoresistabstreiflösung gewaschen (Fig. 14D).
Dann wurde ein RIE (Ätzen mit reaktiven Ionen) durchgeführt unter Einleitung von CCl&sub2;F&sub2;-Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 20 ccm/min (cc/min) und einem Druck von 4 Pa, einer Energie von 100 W und einer Ätzzeit von 3 min, bis einkristallines n-GaAs freilag, wobei die Elektroden als Maske eingesetzt wurden (Fig. 14E).
In einem Teil des freigelegten Gebietes mit dem einkristallinen n-GaAs vom ersten Leitfähigkeitstyp wurde eine Elektrode gebildet (Fig. 14F), indem ein Film aus AuGe (2000 Å) und Au (5000 Å) 1407 in ähnlicher Weise wie in Fig. 14D gebildet wurde. Eine GaAs-Diode wurde auf diese Weise hergestellt. Ein Vergleichsbeispiel, das einen Einebnungsschritt verwendete, zeigte Abschälen des einkristallinen GaAs in etwa 8% der Vorrichtungen bei der Schleifoperation, aber beim erfindungsgemäßen Verfahren wurde Abschälen von GaAs im Prozeß nach der Kristallbildung auf etwa 2% verringert.

Beispiel 5

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Figg. 15A bis 15H.
Auf einem Si-Träger 1501 wurden eine SiO&sub2;-Schicht 1502 und eine Al&sub2;O&sub3;-Schicht 1503 durch EB-Bedampfung gebildet. Die Bedampfung wurde unter Vakuum bei 13,3 mPa (1x10&supmin;&sup6; Torr) unter Einleitung von Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 10 ccm/min (cc/min) durchgeführt. Dann wurde die Al&sub2;O&sub3;-Schicht 1503 durch Naßätzen mit einer Ätzflüssigkeit (H&sub2;SO&sub4;: H&sub2;O&sub2;: H&sub2;O = 1 : 1 : 2) entfernt, wobei fotolithografisch kleine Quadrate mit einer Abmessung von 5 µm und einem Abstand von 50 µm zurückblieben (Fig. 15A).
Dann wurde polykristallines n-GaAs 1504 (Verunreinigungskonzentration: 1x10¹&sup8; cm&supmin;³) durch MOCVD gezüchtet (Fig. 15B). Die Züchtung wurde durchgeführt, wobei TMG (2,4x10&supmin;&sup5; mol/min) und AsH&sub3; (1,8x10&supmin;&sup5; mol/min) eingesetzt wurden, wobei SiH&sub4; (8,9x10&supmin;&sup6; mol/min) als Dotiermittel und H&sub2; (10 l/min) als Trägergas verwendet wurden bei einer Trägertemperatur von 670ºC, einem Druck von 2,7 KPa (20 Torr) und einer Züchtungszeit von 30 min.
Dann wurde das Dotiermittel gewechselt, um polykristallines p-Gaks 1505 zu züchten (Verunreinigungskonzentration: 1x10¹&sup8; cm&supmin;³) (Fig. 15C). Die Züchtung wurde durchgeführt, indem TMG (2,4x10&supmin;&sup5; mol/min) und AsH&sub3; (1,8x10&supmin;&sup4; mol/min) eingesetzt wurden, wobei DEZN (1x 10&supmin;&sup5; mol/min) als Dotier mittel und H&sub2; (10 l/min) als Trägergas verwendet wurden bei einer Züchtungstemperatur von 670ºC, einem Druck von 2,7 KPa (20 Torr) und einer Züchtungszeit von 15 min.
Dann wurde eine Fotoresistschicht mit einer Dicke von 5 µm gebildet mit Ausnahme der Flächen, auf denen die Elektroden gebildet werden sollten und es wurde ein Film aus Cr (50 nm, 500 Å) und Au (500 nm, 5000 Å) 1506 durch Widerstandsheizbedampfung gebildet. Dann wurde 20 min lang unter Ultraschalleinwirkung in einer Fotoresistabstreiflösung gewaschen (Fig. 15D).
RIE (Ätzen mit reaktiven Ionen) wurde durchgeführt unter Einleitung von CCl&sub2;F&sub2; mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 20 ccm/min (cc/min) und einem Druck von 4 Pa, einer Energie von 100 W und einer Ätzzeit von 3 min, wobei die Elektroden als Maske eingesetzt wurden, bis polykristallines n-GaAs freilag (Fig. 15E).
In einem Teil des freigelegten Gebietes mit polykristallinem n-GaAs wurde eine Elektrode durch Abscheidung eines Filmes aus AuGe (200 nm, 2000 Å) und Au (500 nm, 5000 Å) 1507 gebildet durch ein Verfahren, das dem aus Beispiel 1 ähnelt (Fig. 15F). Eine GaAs-LED wurde auf diese Weise vervollständigt.
Diese GaAs-LEDS wurden als eindimensionales Feld ausgebildet, wie es in Fig. 15G dargestellt ist, und als LED-Kopf für einen elektrofotografischen Drucker eingesetzt, wie es in Fig. 15H dargestellt ist. Auf diese Weise konnte das LED- Feld montiert werden ohne großen Raum in der Nachbarschaft einer lichtempfindlichen Trommel 1508 und konnte auch an einen tragenden Träger 1509 angeklebt werden, wobei nur die Ausrichtung einer optischen Achse erforderlich war.

Beispiel 6

In der folgenden Beschreibung wird sich auf Figg. 16A bis 16H bezogen.
Auf einem SiO&sub2;-Träger 1601 wurde ein Poly-Si-Film 1602 mit einer Dicke von 50 nm (500 Å) durch CVD abgeschieden. Dann wurde der genannte Poly-Si-Film durch Trockenätzen entfernt, wobei fotolithografisch kleine quadratische Flächen 1602 mit einer Abmessung von 5 µm zurückgelassen wurden, die einen Abstand von 50 µm aufwiesen (Fig. 16A). Das Trockenätzen wurde durchgeführt unter Einleitung von CF&sub4; (20 ccm/min, cclmin) und O&sub2; (2 ccm/min (cc/min)) bei einem Druck von 10 Pa und einer Energie von 100 W.
Dann wurde polykristallines n-GaAs 1603 (Verunreinigungskonzentration: 1x10¹&sup8; cm&supmin;³) durch MOCVD gezüchtet (Fig. 16B). Die Züchtung wurde durchgeführt, wobei TMG (2,4x10&supmin;&sup5; mol/min) und AsH&sub3; (1,8x10&supmin;&sup5; mol/min) eingesetzt wurden, wobei SiH&sub4; (8,9x10&supmin;&sup6; mol/min) als Dotiermittel und H&sub2; (10 l/min) als Trägergas verwendet wurden bei einer Trägertemperatur von 670ºC, einem Druck von 2,7 kPa (20 Torr) und einer Züchtungszeit von 30 min.
Dann wurde das Dotiermittel gewechselt, um polykristallines p-GaAs 1604 zu züchten (Verunreinigungskonzentration: 1x10¹&sup5; cm&supmin;³) (Fig. 16C). Die Züchtung wurde durchgeführt, indem TMG (2,4x10&supmin;&sup5; mol/min) und AsH&sub3; (1,8x10&supmin;&sup4; mol/min) eingesetzt wurden, wobei DEZn (1x10&supmin;&sup5; mol/min) als Dotier mittel und H&sub2; (10 l/min) als Trägergas verwendet wurden bei einer Temperatur von 670ºC, einem Druck von 2,7 kPa (20 Torr) und einer Züchtungszeit von 15 min.
Dann wurde ein Film aus Cr (50 nm, 500 Å) und Au (500 nm, 5000 Å) 1606 auf der gesamten Fläche des Trägers durch Widerstandsheizbedampfung gebildet, und eine Fotoresistschicht wurde nur auf den Bereichen gebildet, auf denen Elektroden gebildet werden sollten (Fig. 16D).
Dann wurde ein Ätzen durchgeführt unter Einsatz des Fotoresistes als Maske, um den Film 1606 zu entfernen, wodurch Elektroden gebildet wurden (Fig. 16E). Beim Ätzen wurde Au durch Iod-Kaliumiodid entfernt, und dann wurde Cr durch eine Lösung aus Phosphorsäure : Salzsäure : Wasser = 1 : 1 : 1 entfernt.
Dann wurde das polykristalline n-GaAs freigelegt durch Entfernung des polykristallinen p-GaAs mit einer Lösung aus NH&sub3;OH: H&sub2;O = 1 : 50 (Fig. 16F).
Die Fotöresistschicht wurde entfernt und eine Fotoresistschicht wurde erneut gebildet, die die Flächen ausschloß, wo die anderen Elektroden gebildet werden sollten (Fig. 16G). Dann wurde ein Film aus AuGe (200 nm, 2000 Å) und Au (500 nm, 5000 Å) 1607 durch Widerstandsheizbedampfung gebildet.
Dann wurden die Elektroden durch das Abhebeverfahren gebildet, was durchgeführt wurde durch Entfernen der Fotoresistschicht (Fig. 16H). Auf diese Weise wurde eine GaAs-Diode gebildet.

Beispiel 7

Es wurden LED-Felder gebildet, indem 200 lichtemittierende Vorrichtungen, die in jedem der Beispiel 1 bis 4 erhalten wurden, mit einem Abstand von 80 µm angeordnet wurden, und es wurde ein LED-Drucker mit der Struktur, die in Fig. 17 dargestellt ist, konstruiert mit jedem der vorstehend genannten LED-Felder. In einem solchen LED-Drucker wurden die LED-Vorrichtungen so verdrahtet, daß sie unabhängig voneinander angesteuert werden konnten. In Fig. 17 sind ein LED-Feld-Druckkopf 1701, eine lichtempfindliche Trommel 1702, eine Entwicklungseinheit 1703, eine Übertragungseinheit 1704, eine Reinigungseinheit 1705, eine Vorbelichtungslampe 1706, eine Aufladewalze 1707, eine Fixiereinheit 1708, Toner 1709 und ein Aufzeichnungsblatt 1710 veranschaulicht.
Ein Bild entsprechend den elektrischen Signalen wurde auf dem Aufzeichnungsblatt erzeugt, wenn dieses System betrieben wurde, wodurch bestätigt wurde, daß die erfindungsgemäßen LEDS als optischer Druckkopf wirken können.

Beispiel 8

Rotfarbige LED-Anzeigeeinheiten wurden hergestellt, indem die LED-Vorrichtungen, die jeweils in den Beispielen 1 und 3 erhalten wurden, in einer 6x6- Matrix angeordnet wurden mit einem Abstand von 1 mm, in der die LED-Vorrichtungen matrixverdrahtet wurden, um eine unabhängige Ansteuerung zu ermöglichen. Fig. 18 veranschaulicht schematisch die hergestellte Anzeigeeinheit, worin eine Ansteuereinheit 1801, einen keramischen Träger 1802, eine n-Elektrodenverdrahtung 1803, ein polykristallines GaAs/AlGaAs 1804, eine p-Elektrodenverdrahtung 1805 und ein SiO&sub2;-Isolationsfilm 1806 dargestellt sind.
Ein Bild wurde angezeigt gemäß den elektrischen Signalen, wenn dieses System betrieben wurde, wodurch bestätigt wurde, daß die erfindungsgemäßen LEDS als Anzeigevorrichtung wirken können.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung, umfassend folgende Schritte:

Bereitstellen einer Trägeroberfläche (101), die eine nicht keimbildende Oberfläche (103) mit niedriger Keimbildungsdichte und wenigstens eine nicht einkristalline Keimbildungsoberfläche (104) mit einer Keimbildungsdichte, die größer ist als die der nicht keimbildenden Oberfläche (103), umfaßt, wobei die wenigstens eine Keimbildungsoberfläche (104) in ein Muster mit solchen Abmessungen überführt wird, daß Kristallwachstum einer Vielzahl von Kristallkeimen bewirkt wird, wobei die nicht keimbildende Oberfläche (103) und die Keimbildungsoberfläche (104) in einer gegenseitig benachbarten Weise angeordnet sind,

Durchführen einer polykristallinen Züchtung zur Bildung einer III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung mit polykristalliner Struktur mit einer mittleren Korngröße von 0,6 µm oder mehr an jeder der nicht einkristallinen Keimbildungsoberflächen (104).

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Keimbildungsoberfläche (104) eine kleine Fläche besitzt, die als Quadrat, als Rechteck oder als Streifen ausgeführt ist, wobei eine Seite eine Breite von 1 bis 8 µm besitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die polykristalline III-V-Verbindung in sich einen p-n-Übergang einschließt, indem geeignete Dotiermittel beim Kristallbildungsprozeß zugegeben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, worin der Kristallbildungsprozeß eine metallorganische chemische Dampfabscheidung darstellt (MOCVD).

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin das MOCVD in einer Gasatmosphäre durchgeführt wird, zu der ein Ätzmaterial zugegeben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin das Ätzmaterial Salzsäure (HCl) darstellt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, worin die isolierten Kristalle in selbstausrichtender Weise auf der Keimbildungsoberfläche gebildet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, das weiter die folgenden Schritte umfaßt:

Bilden an gewünschten Positionen auf dem Träger mit einer nicht einkristallinen Oberfläche einer Fläche eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer Fläche eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die beide aus einem polykristallinen III-V-Verbindungshalbleiter bestehen, wobei die Fläche des ersten Leitfähigkeitstyps und die Fläche des zweiten Leitfähigkeitstyps von einer Keimbildungsoberfläche aus gezüchtet werden, die an den gewünschten Positionen auf dem Träger bereitgestellt ist,

Bilden einer ersten Elektrode in einem Teil des kristallinen Gebietes des zweiten Leitfähigkeitstyps.

Entfernen eines Teils der Fläche des zweiten Leitfähigkeitstyps mit Ausnahme der Fläche, die zur Bildung der ersten Elektrode verwendet wird, wodurch die Fläche des ersten Leitfähigkeitstyps freigelegt wird, und

Bilden einer zweiten Elektrode in der so freigelegten Fläche des ersten Leitfähigkeitstyps.

9. Verfahren nach Anspruch 8, worin die Entfernung des Teils der Fläche des zweiten Leitfähigkeitstyps durch selektives Ätzen durchgeführt wird, wobei die erste Elektrode als Maske ausgenutzt wird.

10. III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung, die durch das Verfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche erhalten wird.

11. III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 10, worin die Halbleitervorrichtung eine lichtemittierende Vorrichtung ist.

12. III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 11, worin die Haibleitervorrichtung eine Diode (LED) ist.

13. III-V-Verbindungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 10, worin die III-V- Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus GaAs, GaAlAs und GaAsP.

14. LED-Drucker, umfassend einen optischen LED-Druckkopf, der ein LED-Feld umfaßt, das aus einer Vielzahl von III-V-Verbindungshalbleitervorrichtungen nach Anspruch 12 besteht, eine lichtempfindliche Trommel (1702), eine Entwicklungseinheit (1703), eine Übertragungseinheit (1704), eine Reinigungseinheit (1705), eine Vorbelichtungslampe (1706), eine Ladewalze (1707) und eine Fixiereinheit (1708).

15. LED-Vorrichtung, umfassend ein Feld mit einer Vielzahl von III-V-Verbindungshalbleitervorrichtungen nach Anspruch 12, worin die III-V-Verbindungshalbleitervorrichtungen als Matrix verdrahtet sind, so daß sie unabhängig voneinander ansteuerbar sind.

16. Feld aus III-V-Verbindungshalbleitervorrichtungen, wie sie in einem der Ansprüche 10 bis 13 definiert sind, die in gewünschter Zahl und an gewünschten Positionen angeordnet sind.