DE102007019209A1 - Silica based light emitter, has front-lateral metallic contact, dielectric protective layer, silica substrate and rear side, conductive contact layer - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft den Aufbau eines Si-basierten Lichtemitters auf der Basis einer MIS(Metall-Isolator-Halbleiter)-Struktur oder MIM(Metall-Isolator-Metall)-Struktur.The The invention relates to the construction of an Si-based light emitter the basis of an MIS (metal-insulator-semiconductor) structure or MIM (metal-insulator-metal) structure.
Si-basierte
Lichtemitter [
Si-basierte Lichtemitter zeichnen sich dadurch aus, dass sie mit den herkömmlichen Methoden der Si-Technologie monolithisch auf Si prozessiert werden können. Im Gegensatz zu Lichtemittern auf der Basis von Verbindungshalbleitern müssen Si-basierte Lichtemitter nicht separat hergestellt und nicht mittels einer Hybridtechnologie aufwendig mit Si-basierten integrierten Schaltungen verbunden werden.Si-based Light emitters are characterized by the fact that they are compatible with the conventional ones Methods of Si technology are monolithically processed on Si can. Unlike light emitters based on Compound semiconductors need Si-based light emitters not manufactured separately and not by means of a hybrid technology consuming associated with Si-based integrated circuits.
Der Si-basierte Lichtemitter besteht im engeren Sinne aus einer MIS- oder MIM-Struktur, bei der unter Anlegung einer elektrischen Spannung energetische Ladungsträger vom Metall oder vom Halbleiter in den Isolator injiziert werden. Der Isolator ist durch vorangegangene Prozessschritte derart modifiziert, dass sich in ihm oder an den Grenzflächen zum Metall bzw. dem Halbleiter Lumineszenzzentren befinden. Die Ladungsträger werden im Isolator unter dem Einfluss des elektrischen Feldes in Richtung Gegenelektrode beschleunigt und transferieren einen Teil der gewonnenen kinetischen Energie durch Stoßanregung auf die Lumineszenzzentren, die dadurch in einen angeregten Zustand übergehen. Die Lumineszenzzentren kehren dann unter Aussendung eines Photons in den Grundzustand zurück. Mit den bekannten Si-basierten Lichtemittern Isst sich nur eine Farbe darstellen.Of the Si-based light emitters in the narrower sense consists of a MIS or MIM structure, in which under application of an electrical voltage energetic charge carriers from the metal or the semiconductor in inject the insulator. The insulator is preceded by Process steps modified so that in him or on the Interfaces to the metal or the semiconductor Lumineszenzzentren are located. The charge carriers are in the insulator under the influence of the electric field accelerates in the direction of the counter electrode and transfer part of the kinetic energy gained by impact excitation on the luminescence centers, which thereby go into an excited state. The luminescence centers then return to the ground state, emitting a photon. With the known Si-based light emitters only one color is eaten represent.
Die vorgenannte Wirkungsweise unterscheidet sich erheblich von der Wirkungsweise von Lichtemitterdioden (LED) auf der Basis von Verbindungshalbleitern oder organischen Materialien (OLED). Bei einer LED werden Ladungsträger unterschiedlicher Polarität (i. d. R. negativ geladene Elektronen und positiv geladene Löcher) von beiden Elektroden in die Struktur injiziert, und die Lumineszenz wird direkt durch die Rekombination beider Ladungsträgerarten in der Rekombinationszone erzeugt. Im Gegensatz dazu wird bei Si-basierten Lichtemittern im Wesentlichen nur eine Ladungsträgerart (vorwiegend Elektronen) injiziert, die die Lumineszenzzentren elektrisch anregt. Weiterhin wird die Lumineszenz nicht durch Ladungsträgerrekombination, sondern durch die optische Abregung der zuvor elektrisch angeregten Lumineszenzzentren bewirkt. Eine Umpolung der angelegten Spannung an den Si-basierten Lichtemitter führt dazu, dass dieselbe Ladungsträgerart jetzt von der Gegenelektrode aus injiziert wird. Bei asymmetrischem Schichtaufbau ist mit einer Verschiebung der Leistungsparameter zu rechnen. Eine mögliche Injektion von Ladungsträgern umgekehrter Polarität von der entsprechenden Gegenelektrode mit geringerer Intensität spielt für die Wirkungsweise keine Rolle, kann aber zu einer weiteren Modifikation der Leistungsparameter führen.The The aforementioned mode of action differs considerably from the mode of action of light emitting diodes (LED) based on compound semiconductors or organic materials (OLED). An LED becomes charge carriers different polarity (in the first case negatively charged Electrons and positively charged holes) from both electrodes injected into the structure, and the luminescence is transmitted directly through the recombination of both types of charge carriers in the recombination zone generated. In contrast, in Si-based light emitters in the Essentially only one type of charge carrier (predominantly electrons) injected, which electrically excites the luminescence. Farther does luminescence not by charge carrier recombination, but by the optical excitation of the previously electrically excited Luminescence centers causes. A reversal of the applied voltage to the Si-based light emitter causes the same Charge carrier now injected from the counter electrode becomes. With asymmetric layer structure is with a shift to calculate the performance parameter. A possible injection of charge carriers of opposite polarity from the corresponding counter electrode with lower intensity plays for the mode of action does not matter, but it can lead to a further modification of the performance parameters.
Seltenerde-Atome,
die in dielektrische Schichten (z. B. SiO2,
Si3N4, SiOXNY) eingebracht werden,
zeigen in solchen MOSLEDs (LEDs auf Basis einer Metal-Oxide(or Insulator)-Semiconductor-Anordnung)
eine effiziente Elektrolumineszenz für den ultravioletten
bis infraroten Wellenlängenbereich. Es wurden bereits infrarote,
grüne, blaue und ultraviolette Lumineszenz entsprechend
mit den Elementen Erbium [
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mehrfarbig emittierenden Si-basierten Lichtemitter zu realisieren, der einfach aufgebaut und mit nur einer Seltenerde-Dotierung herstellbar ist.Of the Invention is based on the object, a multicolor emitting Si-based light emitter to realize the simple design and can be produced with only one rare earth doping.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch dargelegten Merkmale gelöst.The The object is achieved by the in the claim solved characteristics.
Die Dotierung der dielektrischen Schicht erfolgt mit Europium. Diese Dotierung der dielektrischen Schicht führt beim elektrischen Betrieb der MOSLED je nach Höhe der Strominjektion zu einer vorwiegend roten oder vorwiegend blauen Elektrolumineszenz. Europium hat die besondere Eigenschaft, zwei verschiedene Oxidationszustände auszubilden, die zu zwei verschiedenen optischen Übergängen, je nach Anregung durch energetische Elektronen unterschiedlicher Energie, führen können. Der Eu3+-Zustand erlaubt 4f 5D0 – 7FJ(J = 1, 2, 3) Intra-Schalen-Übergänge, die zur Lumineszenz im roten Bereich (Hauptbande bei 616 nm) führen, während der Eu2+-Zustand zur blauen Emission über zwei effiziente Banden bei 400 und 470 nm erfolgt. Letzteres wird über eine starke Wechselwirkung von 5d-Elektronen mit dem Kristallfeld der Matrix erklärt und basiert auf 4f65d – 4f7(8S7/2)-Übergängen.The doping of the dielectric layer is carried out with europium. This doping of the dielectric layer leads to electrical operation of the MOSLED, depending on the level of current injection predominantly red or predominantly blue electroluminescence. Europium has the special property of forming two different oxidation states, which can lead to two different optical transitions, depending on the excitation by energetic electrons of different energies. The Eu 3+ state allowed 4f 5 D 0 - 7. F J (J = 1, 2, 3) intra-shell transition, leading to luminescence in the red region (major band at 616 nm), while the Eu 2+ - State for blue emission occurs via two efficient bands at 400 and 470 nm. The latter is explained by a strong interaction of 5d electrons with the crystal field of the matrix and is based on 4f 6 5d - 4f 7 ( 8 S 7/2 ) junctions.
Mit der Erfindung kann also die Emission von Licht unterschiedlicher Wellenlänge realisiert werden.With The invention can therefore the emission of light different Wavelength can be realized.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel für eine MOSLED-Struktur näher erläutert.The Invention will be described below by way of example for a MOSLED structure explained in more detail.
In der zugehörigen Zeichnung zeigenIn show the accompanying drawing
Das
MOSLED-Bauelement gemäß
Die
Elektrolumineszenz-Intensität gemäß
- 11
- Si-Substrat (Halbleiter)Si substrate (Semiconductor)
- 22
- FeldoxidumgebungFeldoxidumgebung
- 33
- dünne SiO2-Schicht (Isolator)thin SiO 2 layer (insulator)
- 44
- dielektrische Schutzschichtdielectric protective layer
- 55
- Europium-LumineszenzzentrenEuropium luminescence
- 66
- Metallkontaktmetal contact
- 77
- Leitbahninterconnect
- 88th
- Aluminiumschichtaluminum layer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 10011258 [0002] - DE 10011258 [0002]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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