DE1564598A1 - Optoelektronische Halbleitervorrichtung mit einem optischen Medium aus Glas - Google Patents

Description

• Optoalektronische Halbleitervorrichtung mit einem optischen Xedium, aus Glae Es«ist bekannt, ein strahlungsempfindliches Eaiblei-te'*j#bauelement, z. B. eine aus Bilicium bestehende Potodiode,-mit einem -zur Lichtemission-befähigten Halbleiterbauelement, z. B. einer Zuminesd-,enzdiode aus Ga«'kliumare#3nid, zu einem einzigen Halbleiterkörper zu vereinigen. Ebenso ist bekannt, eine Vorrichtung, bei der zwischen dem strahlungsümittierenden und dem etrahlungsempfangenden Halbleiterbauelement ein lichtleiter vorgesehen ist, der gleichzeitig die mechanische Verbindung C> zwischen den beiden Halbleiterbauelemeilten liefert.' Die Wirkungsveiso eines Lichtleiters, der aus durchsichtigem Material wie Glas, Quarz oder Kunststoff gebildet istg besteht darizit daß ein an einem Ende in den Lichtleitor eintretendes Lichtbündel beim AuftrofCon an die Seitenwände das Lichtleiters total reflektiert wird, so daß das Bündel den Lichtleiter ors t am anderen Ende wieder verlassen kann.
• Die Erfindung bezicht sich auf eine optoalektronische,Halbloitervorrichtung- mit einem strahlungsemittiorenden Halbleiterbauolement, und einem durch diese Strahlung steuerbaren Halbloitcrbauelcinent, die beide zu einem einzigen Körper vereinigt sind, und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen den beiden Halbleiterbauelementen vorgesehenes optisches Modium die beiden lltilbleiterb.-tuoleiiientc mechanisch miteinander vorbindet und die optische Kopplung zwischon ihnen bewirkt und das Modium aus einem hochbrochonden und geringe Absorption aufweisenden Glas besteht, welches mindestens ja ein Element der V. und Vl. ilaupti"ruppe-deq Periodischen Systems als wesentlichen Bestandteil enthält.
• Die fUr die-Kopplung zu verwendenden Gläser oder glasähnlichen' mUssen neben ihrer guten optischen Anpassung an den Brechungsindex des klalbleitors eine geringe Absorption und oino möglichst niedrige, durch die zulässige Grenztemporatur' der Halbleiterbauelemento vorgeschriebene Verarboltungstomperiatur aufweisen. Außerdem muß eine gute Haf tung an den lialbleituroberflächen gewährleistet sein.
• In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist doshalb vorgesehen, das optische Modiuni aus einem Arsensulfid, insbesondere der Zusainmensetzung'As4s4' zu verwenden, welches iidgeri seines hohen Brechungsindexes und seiner geringen Absorption für Wellenlängen oberhalb 0,6/unt sehr gut geeignet ist.
• Es knnti aber auch eine solche Anordnung gewählt werden, bei der das Medium aus einer Ars enselenidverbinduzi."", insb-esonduro der Zusammensetzung As 2 So39 gebildet wird.
• Es ist besonders vorteilhaft, wenn das strahlungsomittiorondo Halbleiterbaueleinent aus Galliuma#raanid und das durch dieso Striahlung steuarbare Halbleiterbaueleme nt zatus Silicium besteht. Es liegt im Rahmen der Erfindung, zur Verbesserung der Haftung die Oberfläche des dem optischen Madium zu(.-,eivandten, aus Silicium bestehenden HalbleiterbEuelements vor dem Zuscuiimei-ibau mit einer absorptiongormen Motallschicht zu versehen.
• Dabei Icann die Metallschicht aus einer kleiner als 1/uni dicken Aluniiniumschicht bestehen, wobei die Schichtdielee iioit unterhalb der AbsGrptionslänge von Licht bleiben darf, so daß die dünne Metallschicht keine wesentliche Absorption verursacht. Insbesondere kann eine lokale Fensterstelle auch -ganz oder praktisch frei von einer Aluminiumdeckschicht bleiben. In diesem Fall wird die Haftung erzielt durch die angronzendoxi Bereiche.
• Durch cine ganz dünne aufgedampfte Aluniiiiiiiiiischicht ist zu-. sätzlich. die Mö1glichkeit goecbei-i, dieselbe als Abschirmung zu verwenden. Wenn auf der Siliciumobcrflächc noch eine Oxydschicht vorhanden ist, kann außerdem durch das aufuedainpftc Aluminium die elektrische Kopplung stark vcriiiiiidcrt worden.
• Der Aufbau der Halbleitervorrichtung kann aber auch so gotic-,ililt werden, daß die auf der Siliciumoberfläche abgeschiedene dünno Motallschicht aus Silber oder Gold besteht.
• Es liegt im Rahmen der Erfindung, das den Lichtlciter oder das optisclie-Mcdiunt bildende Glas mit einem sclimclzpunkte'riiiedrigendcn, optiscii-iiiischäd-:-lichen Zusatz zu versehen.
• Besonders vorteilhaft hat sieh dabei ein Zusatz aus einem Element der l#ltxlo(,oiigruppe, iiisbesoii#.-,*.(,ere ein Jodzusatz, erwiesen, der so gewählt wird, daß er 65 Get4 boträgt. Dieser Jodzusatz bewirkt neben einer Herabsetzung des Schmelzpunktes eine Verschiebung der optischen Absorptionskanto zu höheron Energien und verringert außerdem die Härte des Materials, bei hohem Jodzillteil bis zu plastischer Verformbarkeit. Ein weiterer Vorteil ist darin zu schon, daß die flerstelluna der Verbindung mit dem aus insbesondorc Siliciuni bestehenden Halblciterbaueleinciit unterhalb 450 0 C insbesondere bei 250 0 C auch direkt ohne Metallzwischonschicht erreicht würden' kann. Iin Folgenden soll die Erfindung an Hand von Ausführungsboi.-spielen undder Figuren 1 und 2, aus denen weitere Einzelheiten wid Vorteile hervorgehen, näher erläutert werden.
• Fig. 1 zeigt eine optoelektronische Halbloitervorrichtung, be- stehend aus einer aus Silicium gebildeten Fotodiode A und einer aus Gnlliumzirsenid hergestellten Luininaszeilzdiode B, die über ein optisches Mediuin 10 aus A54S4-Glas miteinander gekoppelt sind, wobei die Oberfläche des dein optischen Medium zugewandtong aus Silicium bestehenden Baueleinents teilweise mit einer aufgedampften Aluntiniumschicht 11 versehen ist.
• Auf einer aus Molybdän bestehendbn, wagen der besseren Benetzung init einer Goldschicht versehonen Grundplatto 1 miteinam Fenster wirdz.B.*ein n-dotiorter Galliumarsenidkristall 29 in den durch Einlogieren einer Zinn-Zink-Pille 3 (Zinn zu Zink wie 90:10) ein pn-Über'gang und eine p-dotierte Zone 4,erzeugt wurde, aufgelötete, Zur Isolierung der-boiden Zonen 2 und 4 wird au,-&.dia Grundplatte 1 ein Koranlikring 5 aufgebracht und an der Legierungspille 3 ein vergoldetes Kuptornetz als ZufUhrung, 6 angelötet. Die aus der "-dotierten Zelle 7 und der p-dotiorton Zone 8 und zur Kontaktierung, der ii-dotierten Zone 7 ,iufi"obraelito Gold-Antimon-Schicht 9 bestehende Siliciumfotodiode A wird zur bosseren Haftung, des als optisches Medluni 10 dienenden AG4S4-01"#9es mittels entsprechender Masken mit einer ca. 1/um starken Alu-. miniumschicht 11 bedampft. Anschließend wird die in einer Halterung. eingebrachte Galliumarseniddiode B mit dem auf ca. 4000c crWärmten As 4 S 4- Glaspulver und der darübergelegten, mit der Aluminiumschicht verschonen Fotodiodo A so zusammengorUgt, daß die in Fig. 1 dargestellte Anordnung entsteht.-Fig. 2 zoiCt im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiol gemäß der Lehre der Erfindung. In ihr bezeichnet B eine Galliumaraeriid-Lumiiieszenzdiode, bestehend aus den durch Eindiffundierön erzeuCton Zonen 2 und 4, wolklie bei Polung in Flußrich.-tung Licht cmittiort, wolchos von dem mit A bezeichneten, aus den Zolion 7 und 8 bestehenden Siliciumfotoulement empfangen und in Strom zurückverwandelt wird. Wesentlich an der Anordnunc ist die infrarotdurchlässige Zwischensch,icht 109 auf der,Baeis von As 2 Se 3-Glas mit Jodzusatz mit einem Brechungelndox von n = 2,4 die beide Einzelelenionto mechanisch mitainunder vorbindet und optisch koppelt. Woßen seiner vorgloichoweise leichton Vorarbeitbarkeit 1.ca. 250 0 C) bietet An 2 So 3 mit,Jodzusatz schr großa Vorteile.
• Bei der Herstellung worden äquivalente Mengen Atson und Selen bei ca. 450 0 C zusammengeschmolzen, das Gemisch pulverisiert* und unter Beigabe von Jod bei ca. 100 0 C erneut verschmolzen. Ein Zusatz von 65 Gew%, ergibt gutc-Haftfähigkeit auf Gallium-_ arsenid- und Siliciumoberfläclicn und erniedrigt den Schmclz-. punkt des Glases auf 80 - 90 0 C. Dieses so iiergcstellto Glas ist unlöslich in Wasser und 'Salzsäure, schwer löslich in Iccilten Laugen und leicht löslich in heißen Laugen sowie in Si-ilpcters.qure und Königswasser.
• Zur Herstellung einer optoelcktronischen Halbloitervorrichtung, gemäß Fig. 2 worden die Elemente A und B in einer entAprechenden Halterung mit dem-fortigen, in dünnc Scheiben von 100.-150/tmi vorliegenden As.So 3 /j Glas 10 in Kontakt gebracht und bei ett.'200 0 C Glastemperatur zusammengeschmolzen. Das ganze System wird zum Schutz gegen äußere Einflüsse mit Silikon1.Ick abgredeckt und dann in Kunstharz cingcbottet. Die übrigen in Fig. «&1. genannten Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1; die mit 9, 12 und 14 bezeichneten Bereiche stellen Metallkontakte dar, die zum Teil als Ringkontakto ausgebildet sind. blit 13 ist die auf dem Koramikring 5 aufgesetzte Deckplatte bezeichnct.

Claims (2)

1. Patontansprüche ----------------------------- 1 Optoclektronische Halbleitervorrichtungy mit dinem strahlungscmittierenden Halbleiterbaueleinent und einein durch diese Strahlung steuerbarün Halbleiterbauelement, dadurch geke111-1-zeichnet, daß ein zwiscilen den beiden Halbleiterbaueleinenten vorgesehenes optisches Modium die beiden 11,--ilbleiterb.,iuclemente mechanisch mitoinander vorbindet und die optische. Kopplung zwischon ihnen bewirkt und das Modiuni aus einem hochbrüchendcli und geringe Absorption aufweisenden Glas bestolit, welches mindestens je ein Elemünt der V. und VI. 11auptig-ruppe des Periodischen Sy5tcnis als wesentlichen Bcstandteil eiitli#;;-ilt.
2. 2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch golconnzeichnet, daß das optische Medium aus einem Arsensulfid, insbe-4 sondere der Zusaminensetzung As4S4 , besteht. 3. Halbleitorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnot, daß das optische Müdium aus einem itrseiiseleiiid, insbesondere der Zusantnici-isotzunxr As 2 So 37 besteht. 4. 11albleitervorrichtung nach wenigstens cincm der Ansprüche 1 - 3, dadurch gelceiinzaichnot, daß das strahlungsemittiereiido Halbleiterbauelcinont aus Galliuinarsonid'uiid das durch diene Strahlung schaltbaro lialbloitorbaucleiiiont aus -Silicium besteht. Halbleitervorrichtung nach wonigstons einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch xrokeiitizoicliziotg daß die Oberfläche des dem optischen Modiuni zugewandten, aus Silicium bostolion den 11-,ilbleitorbauelaments mit einer absorptJ-.onsari4en Metallschicht vorsehen ist.' ffalbleitervorrichtung nach wenigstens einein der Ansprüche 1 dadurch gekennzeichnet, daß die bletallschicht aus einer kleiner als 1/um dicken Aluminiumschicht besteht. Halbleitervorrichtung nach wonigstons einem dör Ansprüche 1 - 6, dadurch gokonnzeichnot, daß die Metallschicht aus Silber oder Gold besteht. 8. 11,-ilbloitervorrichtung nach wenigstens einem der Ansprücho 1 - 7, dadurch Gekennzeichnet, daß das das optische Modium bildende Glas mit einein schmolzpunkternioarigenden, optisch-unschüdlichen Zusatz versotzt ist. Halbleitorvorrichtung nach wenigstens einem der AxiaprUcho 1 80- dadu-rch,e;okonnzeichnot, daß der Zueatz ein glement der Ualogengruppo ist. b 10. Halbleitervorrichtung nach wenii..stons einem der AnsprUche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß der lia:legejizusatz aus Jod besteht. I 11. Halbleitervorrichtung mach wenigstons einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekeiii-izoichiiet, daß der Jodzusatz 65 Gcw% boträgt. 12. Verfahren zunt flörstollen- der Halbleitervorrichtung w-ich wenigstens oinem der Ansprüche 1 - II, dadurch gekonn-. zeichnet, daß die Verbindung mit dem aur, Indbesondere Silicium bestehenden Halbleiterbauoleinent unterhalb 450'0 C, iiisbosondoro bei 250 0 C, erreicht wird.