DE2252711B2 - Verfahren zur herstellung eines matrixfeldes lichtemittierender halbleiterdioden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Matrixfeldes lichtemittierender Halbleiterdioden, deren Elektroden in Reihen und Spalten mit elektrischen Leitern verbunden sind, wobei in eine aus einem Substrat und einer darauf angeordneten Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps bestehende Halbleiterscheibe bis in das Substrat sich erstreckende Kanäle geätzt und dabei eine Vielzahl parallel verlaufender Streifen der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet werden.

Sichtbare Anzeigen wie z. B. alphanumerische Anzeigen sind in mehrfacher Ausführungsform bekannt und verwenden verschiedenste lichtemittierende Anordnungen, wie z. B. glühende Lampen, Gasentladungslampen, elektroluminiszierende Anordnungen und neuerdings ein lichtemittierendes Diodenfeld. Derartige Anzeigen werden in vielfacher Weise verwendet, wie z. B. zum Auslesen von Computern, für prozeßsteuernde Anzeigen im Instrumentenbrett von Flugzeugen und Kraftfahrzeugen sowie auch bei elektrischen Uhren und elektrischen Meßgeräten. Da in der Regel die meisten mit solchen Anzeigen verbundenen Einrichtungen aus elektronischen Halbleiterschaltungen bestehen, ist es wünschenswert, daß die alphanumerische Anzeige mit den Spannungen und Strömen, die normalerweise in diesen Halbleiterschaltk.reisen fließen, sowie mit der Operationsgeschwindigkeit dieser Schaltungen verträglich ist Für die Anzeige sind daher Diodenfelder in Form von Halbleiterdioden sehr wünschenswert, da sie auf Grund ihrer natürlichen Eigenschaften mit der Elektronik aus Halbleiterelementen verträglich sind.

Es wurden mehrfach Versuche unternommen, um alphanumerische Anzeigen unter Verwendung von lichtemittierenden Halbleiterdioden in einem Matrixfeld zu schaffen, wobei die Felder aus diskreten, in Hybridform aufgebauten Dioden oder individuell adressierbaren Dioden hergestellt sind Diodenfelder dieses Formats mit liehiemittierenden Dioden sind bisher im großen Umfang nicht verwendbar, da sie sehr teuer herzustellen und verhältnismäßig unzuverlässig sind sowie einen relativ großen Aufwand benötigen, um sie an Standardsysteme anzupassen.

ίο Das eingangs erwähnte bekannte Matrixfeld lichtemittierender Halbleiterdioden (DT-OS 14 89 503) ist auf einem Halbleitermaterial ausgebildet, bei dem die Dioden der einzelnen Spalten durch in das Halbleitermaterial eingearbeitete Kanäle unterteilt sind. Die den Spalten zugeordneten Adressenleitungen sind durch die zwischen den Kanäion verlaufenden Stege verlegt, was die Herstellung derartiger Diodenfelder äußerst erschwert.

Es ist auch bereits bekannt (Le wick i, A.:

Einführung in die Mikroelektronik. München, Wien [1966], S. 246 bis 251), monokristalline Inselbereiche in einem polykristallinen Substrat auszubilden. Die mit polykristallinem Material ausgefüllten Zwischenräume dienen als Isolator zwischen den monokristalünen Inselbereichen, in denen in herkömmlicher Weise Halbleii°ranordnungen oder integrierte Schaltkreise ausgebildet sein können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Matrixfeldes lichtemittierender Halbleiterdioden zu schaffen, mit dem ein solches Matrixfeld verhältnismäßig wirtschaftlich hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kanäle mit einer Isolierschicht ausgekleidet und in die mit der Isolierschicht ausgekleideten Kanäle Leiter zum Adressieren der Spalten des Matrixfeldes eingebettet werden, daß in die streifenförmigen Schichten Bereiche eines zweiten Leitfähigkeitstyps zur Schaffung von lichtemittierenden Grenzschichtüberganger, eindiffundiert werden und daß einerseits die Leiter in den Kanälen mit der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps über Kontaktanschlüsse und andererseits nebeneinanderliegenden Bereiche des zweiten Leitfähigkeitstyps über die der Adressierung der Reihen dienenden Leiter miteinander elektrisch verbunden weiüon.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist auch vorgesehen, daß die Leiter in den mit der Isolierschicht ausgekleideten Kanälen aus einem dotierten polykristallinen Silicium hergestellt werden.

Eine nach den Merkmalen der Erfindung aufgebaute monolithische Lichtanzeige besteht in vorteilhafter Weise aus einer Matrix lichtemittierender Dioden in integriertem Aufbau, wobei die Dioden in Reihen und Spalten angeordnet si.id. Ein isolierender Kanal und ein Trägersubstrat isoliert die einzelnen Diodenspalten gegeneinander, die eine gemeinsame Elektrode aufweisen. Weil diese gemeinsame Elektrode einen zu großen Widerstand aufweist, um einen elektrischen Anschluß nur am einen Ende der Diodenspalie anzubringen, wird eine Leiterschiene in dem isolierenden Kanal dazu benutzt, um Anschlußkontakte an die einzelnen Dioden vorzusehen. Mittels entlang der Diodenreihen verlaufenden Leitern für den zweiten Diodenanschluß wird ein logisch adressierbares, wiederholt ansteuerbares System geschaffen, bei dem individuelle Dioden in alphanumerischer Anordnung zum Leuchten angeregt werden können.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigt

Fig. 1 ein Feld monolithisch aufgebauter üchtemittierender Dioden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung,

F i g. 2 bis 5 Schnitte durch Halbleiterstrvkturen in vergrößerter Darstellung, wie sie sich bei aufeinanderfolgenden Verfahrensschlitten bei der Herstellung des lichtemittierenden Diodenfeldes ergeben,

F i g. 6 eine Draufsicht auf einen Teil des Diodenfeldes in vergrößerter Darstellung.

Obwohl in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ein monolithisches Feld lichtemittierender Dioden aus Galliumarsenidphosphid beispielsweise beschrieben wird, sei bemerkt, daß auch jedes andere lichtemittierende Diodenmaterial, wie z. B. Galliumarsenid oder Galliumphosphid od. dgl., Verwendung finden kann. Das Trägersubstrat für das Diodenfeld kann aus einem beliebigen Material hergestellt werden, das an die Kristallstruktur des Galliumarsenidphosphids ausreichend angepaßt ist, um darauf das epitaxiale Aufwachsen eines Monokristalls zu ermöglichen.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Feld der lichtemittierenden Dioden gemäß F i g. 1 eine Vielzahl von lichtemittierenden Dioden 20 innerhalb eines monolithischen Trägers 21, die als orthogonale Matrix in Reihen und Spalten angeordnet sind. Für das dargestellte Beispiel umfaßt die Matrix fünf lichtemittierende Dioden in jeder Reihe und sieben lichtemittierende Dioden in jeder Spalte, so daß sich eine Gesamtheit von 35 lichtemittierenden Dioden für das Feld ergibt. Mit den Anoden der einzelnen l'chtemittierenden Dioden der Reihen sind Kontakte B 1 bis B 7 verbunden, wogegen die Kontakte Cl bis C5 mit den Kathoden der lichtemittierenden Dioden jeder Spalte verbunden sind. Somit kann durch entsprechende Abtastung jede lichtemittierende Diode individuell adressiert werden, um bestimmte Dioden eines alphanumerischen Musters anzuregen, wie dies für die Zahl 5 durch einen Hof um die entsprechende Diode dargestellt ist. Jede Spalte wird während eines bestimmten Taktimpulses der logischen Matrix adressiert, wobei die für die Lichtabgabe vorgesehenen Dioden eingeschaltet werden, indem die entsprechenden Anoden über die Kontaktanschlüsse der Reihe adressiert werden. Die stromführenden Kreuzungspunkte hängen an den Kontakten Ci bis C5 der Spalten und den Kontakten Bi bis Bl der Reihen, wie nachfolgend einzeln erläutert wird.

Die aufeinanderfolgenden Schritte bei der Herstellung des lichtemittierenden Diodenfeldes sind in den F i g. 2 bis 5 dargestellt, wobei das Herstellungsverfahren primär dem Zweck dient, die orthogonale Matrix des Diodenfeldes unter Verwendung einer minimalen Anzahl von Arbeitsschritten zu erstellen. Gemäß F i g. 2 besteht das Trägersubstrat 21 aus einem monokristallinen Halbleitermaterial, vorzugsweise einem P-Ieitenden Galliumarsenid, das zunächst mit einer Schicht eines geeigneten Halbleitermaterials durch ein epitaktisches Verfahren bedeckt wird, um über dem Trägersubstrat 21 eine monokristalline Schicht auszubilden. Diese epitaxiale Schicht besteht vorzugsweise aus Galliumarsenidphosphid. Auf der epitaxialen Schicht 22 wird eine Maske 23 aus einem geeigneten Material, z. B. Siliciumdioxyd, angebracht, die mit Hilfe eines photolithographischen Verfahrens mit Öffnungen 24 versehen ist. Diese Maske mit den Öffnungen 24 dient als Ätzmaske, um in der epitaxialen Schicht Kanäle 25 auszubilden. Wie aus der Darstellung zu entnehmen ist, werden diese Kanäle ausreichend tief geätzt, damit sie durch die gesamte N-leitende epitaxiale Schicht bis in das Trägersubstrat 21 vordringen, wodurch die N-leitende epitaxiale Schicht 22 ir. eine Vielzahl von parallelliegenden Erhebungen unterteilt wird.

Die geätzte Oberfläche des Halbleiteraufbaus wird sodann mit einer geeigneten dielektrischen Schicht 26 gemäß Fig.3 bedeckt, über welcher eine weitere Schicht 27 aus leitendem Material angebracht wird. Diese Schicht 27 besteht aus dotiertem polykristallinen Silicium oder aus einem Metall, um eine Leiterschiene zum Adressieren der Spalten auszubilden. Diese Leiterschiene ist notwendig, weil der Widerstand der N-Ieitenden Schicht zu hoch ist, um am Ende der Erhebungen einen Zugang bzw. Anschluß möglich zu machen. Die Oberfläche des Trägersubstrats wird dann bis zu der Linie L-L abgetragen, womit die Schichten 27, 26 und 23 von den N-leitenden Erhebungen entfernt werden. Bei diesem Abtragen kann auch ein Teil des N-Ieitenden Materials entfernt werden, womit es möglich ist, die Dicke der epitaxialen Schicht einzustellen. Es verbleibt im Kanal die Leiterschiene 28.

Nach dem Läppen wird eine neue Maskierschicht 29 auf der freigelegten Oberfläche angebracht, die mit Öffnungen 30 versehen ist. Durch diese Öffnungen wird das P-Ieitende Material der Erhebungen diffundiert. Dadurch werden P-Ieitende Bereiche 31 in den Erhebungen 22 ausgebildet, wodurch sich ein PN-Übergang 32 ergibt. Diese PN-Übergänge sind entlang den Erhebungen in gewissen Abständen angeordnet, wodurch die Reihen der lichtemiltierenden Dioden 21 definiert werden, die elektrisch voneinander durch die isolierenden Kanäle 25 und entweder einen PN-Übergang zum Substrat oder durch ein Substrat mit einer halbisolierenden Leitfähigkeit gegeneinander getrennt sind. Die auf einer Erhebung 22 angeordneten lichtemittierenden Dioden 21 bilden eine Spalte des Feldes. In der Schicht 29 können weitere Öffnungen angebracht werden, um Kontakte 34 an den Anoden der lichtemittierenden Dioden 21 und Kontakte 35 vorzusehen, die mit Teilen der Kathode der lichtemittierenden Dioden 21 und der Leiterschiene 28 verbunden sind. An Stelle neuer Öffnungen in der Schicht 29 kann auch diese Schicht entfernt und durch eine neue Maske 33 ersetzt werden. Der Schnitt gemäß F i g. 5 verläuft längs der Linie 5-5 der Fig.6 und zeigt sowohl den Anoden- wie den Kathodenanschluß.

Eine Draufsicht auf den fertigen Aufbau des Diodenfeldes ist in vergrößerter Darstellung in F i g. 6 gezeigt, wobei die Kontakte 34 in Reihen verlaufen und die Adressenleiter für die Reihen darstellen, die im Bereich der Diode schmaler ausgeführt werden, um den am Diodenübergang reflektierten Lichianteil zu verkleinern. In dem Aufbau haben alle Dioden 21 einer bestimm"¹! Spalte einen gemeinsamen Kathodenanschluß, da die P-Diffusionen innerhalb derselben Erhebung 28 ausgeführt sind.

Vorausstehend wurde ein monolithisches X- K-adressierbares emittierendes Diodenfeld beschrieben, das mit einer minimalen Anzahl von Verfahrensschritten hergestellt werden kann und daher sehr wirtschaftlich ist. Das Verfahren führt zu einem leicht und zuverlässig reproduzierbaren Diodenfeld, das in beliebiger Größe als Matrix ausgebildet sein kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   J. Verfahren zur Herstellung eines Matrixfeldes lichtemittierender Halbleiterdioden, deren Elektroden in Reihen und Spalten mit elektrischen Leitern verbunden sind, wobei in eine aus einem Substrat und einer darauf angeordneten Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps bestehende Halbleiterscheibe bis in das Substrat sich erstreckende Kanäle geätzt und dabei eine Vielzahl parallel verlaufender Streifen der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (25) mit einer isolierschicht (26) ausgekleidet und in die mit der Isolierschicht (26) ausgekleideten Kanäle (2"5) Leiter (28) zum Adressieren der Spalten (Ci, C2...Cn) des Matrixfeldes eingebettet werden, daß in die streifenförmigen Schichten (22) Bereiche (31) eines zweiten Leitfähigkeitstyps zur Schaffung von lichtemittierenden Grenzschichtübergängen (32) eindiffundiert werden und daß einerseits die Leiter in den Kanälen mit der Schicht (22) des ersten Leitfähigkeitstyps über Kontaktanschlüsse (35) und andererseits die nebeneinanderliegenden Bereiche (31) des zweiten Leitfähigkeitstyps über die der Adressierung der Reihen (B 1, B2...Bn) dienenden Leiter miteinander elektrisch verbunden werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter in den mit der Isolierschicht ausgekleideten Kanälen aus einem dotierten polykristallinen Silicium hergestellt werden.