DE2423619A1

DE2423619A1 - Lichtemittierende dioden-wiedergabeeinrichtung

Info

Publication number: DE2423619A1
Application number: DE2423619A
Authority: DE
Inventors: Richard Wayne Dixon; Paul Daniel Papkus; Walter Werner Weick
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1973-05-17
Filing date: 1974-05-15
Publication date: 1974-12-05
Also published as: FR2230021B1; US3900864A; FR2230021A1; JPS5019394A; IT1012224B

Description

Patentanwalt
DrpWnß. Walter Jaekiseh «# O O C 1 Q

Z Stuttgart N. Menzelstraße 40 Z k 4 $ V I 3

Western Electric A 34 253

Company, Incorporated

195 Broadway ^- Mai 197K

New York, N.Y. 10007

Lichtemittierende Dioden-Wiedergabeeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine lichtemittierende
Dioden-Wiedergabeeinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art.

Aufgrund der hohen Kosten des Halbleitermaterials für
elektrolumine'szente Einrichtungen wurde in der Vergangenheit von den Fachleuten für lichtemittierende Wiedergabeeinrichtungen eine Hybridmethode zur Herstellung von Wiedergabeeinrichtungen entwickelt, bei welcher nur die aktiven bzw. lichtemittierenden Bereiche der Wiedergabeeinrichtung aus Halbleitermaterial vorgesehen werden. Ein
monolithisches Verfahren, bei welchem das Halbleitermaterial über den inaktiven Bereichen zwischen und innerhalb der eineeinen Buchstaben ungenutzt bleibt, wurde als verschwenderisch angesehen, nach-dem durch die Normen für integrierte Schaltkreise die sichtbaren Wiedergabeeinrichtun-

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gen groß sind.

Aus Entwicklungen der jüngsten Zeit sind Anwendungsformen von liedergabeeinriciitungen hervorgegangen, bei denen die monolithische Methode gegenüber der Hybridmethode vorgezogen wird, und zwar sowohl aus Gründen der Ausführbarkeit als auch der Wirtschaftlichkeit. Der bevorzugte wirtschaftliche Gesichtspunkt beruht teilweise auf der Absicht, im Hinblick auf frühere Erfahrungen die Materialkosten zu senken sowie auf Fertigungseinsparungen. Sie Gründe, welohe den wirtschaftlichen Erwägungen hinsichtlich der Fertigung entgegenstehen, sind ähnlich denjenigen Gründen, welche die kostspieligen integrierten Schaltkreise gegenüber den Hybridschaltkreisen begünstigen. Ein Hauptvorteil besteht in der Beseitigung der Notwendigkeit zur Behandlung jedes Balkens oder Punktes der Wiedergabeeinriohtung sowie der individuellen Verbindung der Balken oder Punkte mit einem Tragkörper.

Bei der monolithischen Methode werden Halbleiter mit indirektem Bandabstand verwendet, beispielsweise Galliumphosphid, welche besondere Überlegungen aufwerfen. Da die in diesen Werkstoffen erzeugte elektrolumineszente Strahlung von dem Halbleiter nicht absorbiert wird, besitzt das an ausgewählten Teilen der Wiedergabevorriohtung, d.h., den Balken einer balkenförmigen Wiedergabe emittierte Licht

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die Neigung, sich zu zerstreuen, wodurch, die die Buchstaben bildenden Linien verwaschen werden. Andererseits gestattet diese verhältnismäßige Durchsichtigkeit die Zusammenstellung von Anordnungen, welche sehr reizvoll sind und welche bei Verwendung von Werkstoffen, wie beispielsweise Gallium-Arsen-Phosphid, welche die emittierte Strahlung stark absorbieren, nicht erzielbar sind.

Monolithische elektrolumineszente Wiedergabevorrichtungen sind in verschiedenen Formen bekannt. Diese beinhalten üblicherweise die selektive Bildung von elektrolumineszenten Übergängen in den lichtemittierenden Bereichen des Plättchens. Bei einer üblichen balkenförmigen Wiedergabe würden diese Bereiche aus sieben balkenförmigen Übergängen bestehen, welche innerhalb einer kastenförmigen Figur, beispielsweise einer "8" angeordnet sind. Jeder einzelne Balken ist mit gesonderten Anschlüssen versehen«

Zur Herstellung der ausgewählten Flächen-pn-Übergänge ist die Diffusion von Dotierstoffen durch eine geeignete Maske zweckmäßig, außer wenn die Qualität der in gewissen elektrolumineszenten Werkstoffen gebildeten diffundierten Übergänge ungenügend ist. Bei Verwendung von Galliumphosphid werden die Übergänge in bevorzugter Weise durch epitaktisches Wachstum in der flüssigen Phase gebildet. Bs wurde daher bereits vorgeschlagen, ausgewählte Flächenübergänge in Galliumphos-

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phid durch Mesatechnologien herzustellen, bei welchen zunächst auf einem monolithischen Plättchen durch epitaktisches Wachstum in der flüssigen Phase eine durchgehende Schicht hergestellt, anschließend die aktiven, lichtemittierenden Bereiche maskiert und dann die die Übergänge umgebenden Abschnitte weggeätzt werden. Die Mesatechnologie bringt jedoch einen nicht-planaren Aufbau mit sich, während die Mesaätzung e'trenge Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke stellt, mehrfache photolithografische Schritte erfordert und auf eine zahl ermäßig kleine Herstellung begrenzt ist.

Ausgewählte Flächenübergänge können ferner in Galliumphosphid dadurch hergestellt werden, daß in die lichtemittierenden Bereiche der Oberfläche Nuten geätzt werden und anschließend selektiv in den Nuten Schichten zur Bildung von pn-Übergängen gezüchtet werden. Die auf diese Weise aus Halbleiterwerkstoffen mit indirektem Bandabstand hergestellten Strukturen sind zwar im wesentlichen planar, besitzen jedoch einen geringen optischen Kopplungsgrad infolge der vorstehend erwähnten Gründe.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine planare Wiedergabeeinrichtung aus Halbleitermaterial zu schaffen, welche bei einem verbesserten optischen Kopplungsgrad eine wirtschaftlich günstige Massenproduktion gestattet.

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Die Aufgabe wird bei einer Wiedergabeeinrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Wiedergabeeinrichtung werden die lichtemittierenden Bereiohe eines monolithischen, elektrolumineszenten Körpers in der Weise bestimmt) daß eine planare Struktur erzeugt wird, während die emittierenden Bereiche sowohl elektrisch als auch optisch von den übrigen Teilen des Halbleiterplättchens wirksam isoliert werden. Die .erfindungsgemäße Technologie geht von einem planaren Halbleiterplättchen aus, welches zumindest einen großflächigen, lichtemittierenden pn-übergang besitzt, der in einer Oberfläche ausgebildet ist. Der Übergang kann durch eine geeignete Technologie, wie beispielsweise durch Diffusion oder durch epitaktisches Wachstum in der flüssigen Phase hergestellt werden. Die erfindungsgemäßen Wiedergabeeinrichtungen sind besonders für die Verwendung von Werkstoffen, wie beispielsweise Galliumphosphid geeignet, bei welchen die lichtemittierenden Übergänge durch epitaktisches Wachstum in der flüssigen Phase erzeugt werden, nachdem die Schaffung von Buchstaben in Werkstoffen, welche für eine Diffusion empfänglich sind, durch bekannte Mae-kierungstechnologien erfolgen kann. Andererseits kann auch bei diesen Werkstoffen die erfindungsgemäße Technologie vorteilhaft angewandt werden. Beispielsweise beseitigt die erfin-

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dungsgemäße Technologie die Notwendigkeit eines selektiven Maskierungsschrittes und kann daher eine wirksamere oder billigere Bestimmung von Buchstaben ^ermöglichen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Bestimmung der aktiven, lichtemittierenden Bereiche durch Herstellen einer schmalen Nut um jedes aktive Element der Wiedergabevorrichtung. Die Nuten werden in der Weise gebildet, daß ein Laserstrahl auf die Halbleiteroberfläche gerichtet wird und das Halbleitermaterial bis zu einer Tiefe verdampft wird, welche die Tiefe des pn-Übergangs übersteigt.

Jedes auf diese Weise hergestellte Element der Wiedergabeeinrichtung stellt eine elektrische Insel dar,.welche auf verschiedene Weise elektrisch kontaktiert werden kann. Die Nut bewirkt ferner eine optische Isolierung, und zwar erstens durch eine Bestimmung der Grenze des lichtemittierenden Übergangs in definierter Weise und zweitens durch die Einlagerung von zwei Zwischenflächen zwischen die aktiven und passiven Abschnitte des Halbleiterplättchens, welche die Neigung besitzen, das seitlich austretende Licht in die gewünschte Richtung zurückzuwerfen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Wiedergabeeinrichtung ein Halbleitermaterial mit indirektem Bandabstand} wie beispielsweise Galliumphosphid auf. Aufgrund

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der Durchsichtigkeit dieser Art von Werkstoff gibt es zwei Möglichkeiten zur Betrachtung der Wiedergabestruktur, und zwar von der epitaktischen Seite aus oder von der Substratseite aus. Die letztere Beträchtungsmöglichkeit ist bei Verwendung von Halbleitermaterial mit direktem Bandabstand, wie beispielsweise Gallium-Arsen-Phosphid nicht möglich. Die Betrachtung der mit Hilfe eines Laserstrahls definierten Galliumphosphid-Ziffern durch das Substrat hindurch ist aus zwei Gründen vorteilhaft. Der erste Grund besteht darin, daß die Betrachtung der Ziffer durch das ungebrochene, optisch flache Substrat für den Blick des Betrachters viele zerstreuende Fehlstellen, Metallisierungen usw. beseitigt. Die optische Wirkung auf den Betrachter ist daher angenehm, wobei der Kontrast verstärkt ist. Der zweite Grund besteht darin, daß diese Betrachtungsrichtung die Einzel-Sohritt-Verbindung mit allen numerischen Kontakten gestattet, was der Schlüssel zur Erzielung einer billigeren Massenfertigung ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein übliches elektrolumineszente Halbleiterplättchen vor der Fertigung der erfindungsgemäßen Wiedergabeeinrichtung j

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Halbleiterplättchens nach Fig. 1 während der Laser-Bearbeitung mit-

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tels der schematise]! dargestellten Vorrichtung;

Fig. 3 eine Ansicht eines Halbleiterplättchens nach der Laser-Bearbeitung, wobei die Wiedergabeelemente in einer üblichen Zahlenwiedergabe aus sieben Balken zusammengesetzt sind;

Pig. 4A bis 40 schematische Darstellungen von drei verschiedenen, mittels Laserstrahl bearbeiteten Zahlenmustern, welche nach gewissen Herstellungskriterien zusammengesetzt sind;

Fig. 5Aeinen Querschnitt längs der Schnittlinie 5A-5A des Plättchens nach Fig. 3J

Fig.5B eine der Darstellung gemäß Fig. 4A ähnliche Ansicht eines Halbleiterplättchens, welche eine modifizierte, bearbeitete Fläche zeigt;

Fig. 6 eine der Darstellung gemäß Fig. 3 ähnliche Ansicht, welche eine Methode zur Kontaktierung der isolierten Wiedergabeelemente zeigt;

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines Substrates, an welchen das Plättchen nach Fig. 5 angeschlossen werden kann und

Fig. 8 einen Querschnitt, welcher die Verbindung.des Plättchens nach Fig. 5 mit dem Substrat nach Fig» 7 zeigt»

In Fig. 1 ist ein Abschnitt eines Plättchens dargestellt,

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welches in erfindungs gemäß er Weise "bearbeitet werden soll. Das Plättchen 10 weist einen Substratabschnitt 11 auf, welcher bei dieser Ausführungsform aus η-leitendem Galliumphosphid (GaP) besteht und in bekannter Weise mit Hilfe der flüssigkeitsgekapselten Czochralski-Technologie hergestellt ist. Das Substratkristall weist eine übliche Dicke von 8 - 10 mm auf. Auf dem Substrat 11 ist im betrachteten Beispielsfall eine η-leitende Schicht 12 aufgebracht, beispielsweise mit Hilfe einer epitaktischen Züchtung in der flüssigen Phase j mit derselben Technologie ist ferner auf der Schicht 12 eine oberste Schicht 13 aus einem stickstoffdotierten p-leitenden Material aufgebracht, welche mit der η-leitenden Schicht 12 einen pn-tibergang bildet, welcher grünes Licht emittiert. Die Schichten 12 und 13 weisen üblicherweise eine Dicke in der Größenordnung von 1 mm auf und können im Bedarfsfalle auch mit den komplementären Leitungstypen hergestellt werden. Ein beispielsweises Halbleiterplättchen 10 wies die Abmessungen Y4" x ¥4" auf und wurde aus einer größeren, polierten Scheibe mit Hilfe eines Laserstrahls ausgeschnitten. Anstelle dessen kann die Scheibe auch nach der Fertigung der Wiedergabeeinriohtung in einzelne Plättchen zerteilt werden.

Wie schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, wird das Plättchen 10 mit Hilfe eines Laserstrahls bearbeitet, um die in Fig. 3 dargestellte Gestaltung zu erzielen_o

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Die Grundprinzipien der Laser-Bearbeitung sind "bekannt und brauchen daher nicht im einzelnen erläutert zu werden. Jedoch stellt die Bearbeitung von Galliumphosphid aufgrund der hohen optischen Durchsichtigkeit dieses Materials keine naheliegende Übertragung des bekannten Grundprinzips dar. Weiterhin ist. der Wirkungsgrad der hier beschriebenen Bearbeitung überraschend hoch.

Die Vorarbeit wurde mit Hilfe einer nachstehend erläuterten Einrichtung durchgeführt, welche einen numerisch gesteuerten, von einem Schrittmotor angetriebenen X-Y-Koordinatentisch zur Festlegung des Wiedergabemusters aufwies.

Zur Bearbeitung des Plattchens wurde das Nd:YAG-LaserModell 112 der Fa. Quantronix verwendet, welches mit zwei Wolframjodid-Lampen gepumpt und in einer Q-Schaltungsart betrieben wurde. Die Proben wurden unter einer 2OX, 0,25 NA Vickers-Linse mit einer Brennweite von 8 mm mit Hilfe eines numerisch gesteuerten X-Y-Koordinatentisches positioniert, der mit einer Geschwindigkeit von 100 mm pro Sekunde bewegt wurde. Die Durchschnittsleistung des TEM_0Q-LaserstrahlB betrug 0,20 Watt und die Q-Pulse wiesen eine Länge von 0,25 Mikrosekunden bei einer Frequenz von 1,5 kHz auf. Obwohl die vorstehenden Parameter für die spezielle, verwendete Vorrichtung üblich sind, können andere Laser-Bearbeitungsvorrichtungen mit einer höheren Durchschnittslei-

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stung und einer höheren Pulsl'olgegeschwindigkeit um wenigstens einen Faktor 20 "betrieben werden, wobei Schnittgeschwindigkeiten von 127 mm pro Sekunde leicht erzielt werden können. Bei diesen Geschwindigkeiten müssen Trägheitseffekte vermieden werden, wenn die Bearbeitungsspur gewechselt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, daß das gleiche Merkmal längs einer Zahlenreihe mit Hilfe eines gesteuerten Lasers bearbeitet wird. Andere Möglichkeiten bestehen in einer Laserstrahlablenkung mit Hilfe von Galvanometer-Spiegeln oder akustooptischen Ablenkungseinrichtungen usw. Mit Hilfe einer mechanischen Positionierung kann ein Zahlenmuster in 0,5 Sekunden hergestellt werden.

Die zur Bearbeitung erforderliche Sohwellwert-Scheitelleistung betrug 80 Watt. Ein einzelner Bearbeitungsschritt mit einer Scheitelleistung von 200 Watt je Puls wurde verwendet, um eine Nut von 0,7 mm Breite und über 1 mm Tiefe herzustellen,,

Eine erste Wiedergabevorrichtung zur Wiedergabe von Zahlen, Dezimalpunkten und Kommata, welche mit Hilfe der vorstehend erwähnten Vorrichtung in Massen hergestellt wurde, ist schematisch in Fig. 4A dargestellt. Die liohtemittierenden Flächen werden in der Weise definiert, daß nacheinander um jede einzelne lichtemittierende Fläche eine Nut

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hergestellt wird. Da die verwendete Herstellungsvorrichtung keine Positionsrückkopplung zur Regelung der Steuereinrichtung des lasers besaß, war dies der bequemste Weg, um das in Fig. 4A dargestellte Muster herzustellen. Es war offensichtlich, daß eine derartige Herstellungsvorrichtung für eine kommerzielle Produktion nicht am günstigsten ist, und zwar sowohl aufgrund der Schnittgeschwindigkeitsbegrenzung für diese Schnittart sowie aufgrund eines ungleichmäßigen Sohnitts infolge von Schwingungen des Schrittmotor-Antriebs .

Handelsübliche Bearbeitungsvorrichtungen sind mit X-Y-Koordinatentischen erhältlich, welche von Gleichstrommotoren angetrieben werden. Eine derartige Vorrichtung, beispielsweise das Modell 603 der Firma Quantronix besitzt einen X-Y-Koordinatentisch, welcher zusätzlich zu dem Gleichstrommotor-Antrieb rechnergesteuert ist. Bei dieser Vorrichtung ist die Lage des X-Y-Koordinatentisches

-4 jederzeit mit einer Genauigkeit von 10 bekannt und der Laserstrahl kann an jeden Punkt gesteuert werden, um praktisch jedes beliebige Muster mit einem geeigneten Steuerprogramm herzustellen. Ein kostengünstiges Muster mit mittigen Dezimalpunkten ist schematisch in Fig» 4B dargestellt. Bemerkenswert ist die Verringerung der Anzahl von Schnitten gegenüber Fig. 4A. Das dargestellte Muster wurde mit einer Geschwindigkeit von 5"/Sek. geschnitten. Obwohl das

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in Pig. 4B dargestellte Wiedergabemuster im Hinblick auf die Konstruktion bzw. den Aufbau der Wiedergabeeinrichtung außerordentlich wünschenswert ist, besteht die hauptsächliche Schwierigkeit darin, daß eine kostspielige, rechnergesteuerte Vorrichtung erforderlich ist.

Ein Wiedergabemuster, welches die Anzahl der Schnitte im wesentlichen verringert (durch Entfernen der mittigen Dezimalpunkte) und welches gleichzeitig .mit Hilfe einer im Handel erhältlichen Vorrichtung ohne Rechnersteuerung hergestellt werden kann, ist in Fig. 40 dargestellt. Das dargestellte Muster wird derart hergestellt, daß an geeigneten Stellen durchgehende Schnitte über die Scheibe gemacht werden und die Überschneidung dieser Schnitte zur Bestimmung der lichtemittierenden Flächen herangezogen werden» Dies gestattet die Verwendung von billigen, ungesteuerten Laser-Schreibvorrichtungen zur Herstellung der Plättchen« Eine derartige Vorrichtung ist das Modell 900 "Mini-Scriber·¹ der Firma Quantronix. Diese Art von Wiedergabevorrichtung wurde praktisch hergestellt und als geeignet für zahlreiche Anwendungen gefunden. Die im Vergleioh zum mechanischen Sohneiden schmale Kerbe des Laserschnitts verringert die bei dieser Technologie zur Musterfestlegung auftretende Verkürzung der vertikalen Balken und macht diese Technologie ausführbare

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Bei der Herstellung der Proben wurde eine unerwartete Erscheinung beobachtet, welche Beachtung verdient. Und zwar wurde gefunden, daß der Laser sich durch den pnübergang gleichmäßig durcharbeiten kann, obwohl die Schichtdicke der in der flüssigen Phase epitaktisoh gezüchteten Schicht um mehr als 30 + 15 /um über die ganze Scheibe variiert. Dies isf dadurch ermöglicht, daß eine tiefe schmale Nut ohne übermäßige Beschädigung des benachbarten Galliumphosphid-Substrätes gebildet werden kann. Dieses Fehlen, einer kritischen Justierung muß als Vorteil im Hinblick auf die Erzielung einer hohen Ausbeute gewertet werden.

Es wurde weiterhin die Herstellung der Nuten mit Hilfe einer selektiven chemischen Ätzung in Betracht gezogen, doch wäre diese Technologie hinsichtlich der Festlegung, der Steuerung und der Ausbeute der Wiedergabemuster nicht mit der Lasertechnik vergleichbar. Beispielsweise ist es nicht möglich, ein großes (z.B. >1) Tiefen-Breitenverhältnie zu erzielen, wie dies mit Hilfe der Laserbearbeitung möglich ist. Darüberhinaus wäre eine Maskierung,' und zwar nicht nur mit einer fotoresistenten Maske sondern beispielsweise mit einer Oxidmaske erforderlich, um eine Ätzung bis zu der erforderlichen liefe zu gestatten.

Der Laser-Bearbeitungsschritt erzeugt einen undurchsichti-

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gen, örtlich beschädigten Bereich von nicht-stöchiometrischem Material in der Nutenzone. Um dieses Material zu entfernen wurden zunächst die η-leitenden Oberflächen mit Ausnahme eines Abschnitts des η-Kontaktes maskiert, um deren optisches Finish zu schützen und anschließend wurden die Plättchen in eine 60⁰C heiße Lösung aus 3 Teilen HgSO,, 1 Teil H₂O₂ und 1 Teil HgO eingetaucht. Die Lösung wurde mit Ultraschall behandelt, um die gleichmäßige Ätzung in den Nuten zu fördern. Die Plättchen wurden üblicherweise 10 Minuten lang in dieser Weise geätzt, um zu gewährleisten, daß die pn-Übergangssohäden be se it igt wurden. Ausgezeichnete Strom-Spannungskennlinien wurden bei so bearbeiteten Einrichtungen erzielt. Da die Zusammensetzung 3:1:1 für p-leitendes Galliumphosphid eine bevorzugte Ätzlösung ist, wenn Kontakte vorhanden sind (vergl„ Zeitschrift "Journal of Electrochemistry¹,' 1972, Seite 1233), wurden bei der Verwendung dieser Ätzlösung einige Schwierigkeiten festgestellt. Diese Schwierigkeiten bezogen sich insbesondere auf die Proben mit einem Balken.kontaktmuster, wo die Ätzung der oberen Oberfläche der p-leitenden Schicht sowie eine Unterschneidung des Kontaktes Probleme darstellten. Weiterhin trat keine vollständige Entfernung des wiedererstarrten Materials auf der η-leitenden Seite der nut auf. Trotz dieser Schwierigkeiten sind die optischen und elektrischen Eigenschaften der mit Hilfe dieses einfachen

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Ätzverfahrens erzielte, mesaförmigen Wiedergabevorrichtungen zufriedenstellend. Die Nuten auf einer anderen Scheibe, welche vor der Laser-Bearbeitung mit Siliciumoxid bedeckt wurden, wurden mit Hilfe von Königswasser in zufriedenstellender Weise gereinigt. Es besteht kein Zweifel, daß auch andere Ätzverfahren praktisch anwendbar sind und entwickelt werden können. Dennoch war die Ätzlösung der Zusammensetzung 3*1*1 ausreichend, da die erzielten elektrischen und optischen Yorrichtungseigenschaften gut und die Kontakt-Untersehneidungen leicht in Kauf zu nehmen waren.

Die mit den Bezugszeichen 30 und 31 in Fig. 3 versehenen bearbeiteten Flächen legen die darunterliegende n-leitende Schieht 12 frei, um elektrische Kontakte unterzubringen.

Der Zustand des Plättchens nach, der Bearbeitung zur Festlegung der aktiven Übergangszonen ist in dem Querschnitt gemäß Fig. 5A dargestellt. Die gezeigte Ansicht stellt einen Schnitt längs der Linien 5A-5A in Fig. 3 dar. Bemerkenswert ist, daß es lediglich darauf ankommt, daß sich die Nut bis zu einer Tiefe unterhalb des pn-Übergangs erstreckt. Wie ohne weiteres einzusehen ist, hindern diese Hüten das von dem pn-übergang emittierte Licht daran, seitlich längs der Wiedergabevorrichtung kanalisiert zu werden, so daß auf diese Weise eine nützliche optische Isolierung

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zwischen den aktiven Elementen erzielt wird. Eine größere Isolation kann erzielt werden, wenn die Nuten tiefer gemacht werden. Dies erfordert entweder eine größere Laserleistung oder eine vergrößerte Behandlungsdauer. Beispielsweise kann mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Laser-Vorrichtung mit einer Amplitudenleistung von 380 Watt je Puls eine 5 mm tiefe und 0,7 mm breite Nut in drei Schritten hergestellt werden. Nuten mit dieser Tiefe bringen zwar das Risiko eines Bruchs des Plättchens mit sich, jedoch können diese Nuten nützlich sein, wenn die Bearbeitung mit der nötigen Sorgfalt durchgeführt wird. Dies zeigt ebenfalls, daß Plättchen mit tiefliegenden pn-Übergängen gemäß der.Erfindung gefertigt werden können.

Eine gesteigerte Leuchtkraft der mesaförinigen Wiedergabevorrichtung kann dadurch erzielt werden, daß mit einem Winkel bezüglich der oberen Oberfläche des Materials gearbeitet wird, um einen Mesa mit angewinkelten !Planken zu erzeugen. Dieser Aufbau reflektiert seitlich gerichtetes Licht gegen den Betrachter. Ein Aufbau mit angewinkelten Flanken, bei welchem der Neigungswinkel annähernd 45° bezüglioh der Oberfläche beträgt, ist in Fig. 5B veranschaulicht. Die Bezugszeiohen entsprechen den äquivalenten Strukturmerkmalen der Vorrichtung nach Figo 5A. Bei dem dort ^ dargestellten Winkel von 4-5° wird das reflektierte Licht unmittelbar gegen den Betrachter gerichtet und' fällt auf

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die den optischen Ausgang bildende Zwisehenflache des Kristalls (im betrachteten Beispielsfalle die dem Betrachter zugewandte Oberfläche) mit annähernd 90° ein. Wenn der Neigungswinkel der Nut erheblich von dem Wert 45° abweicht, wird das reflektierte Licht an der Oberfläche nach innedzu reflektiert. Es stellt daher eine bevorzugte Maßnahme dar, daß der Neigungswinkel der Nut einen Wert von 45° +15° beträgt.

Die aktiven Elemente können auf zahlreiche Weise kontaktiert werden. Eine dieser Kontaktierungsmöglichkeiten ist in den ilg. 6-8 veranschaulicht. Ein genormtes, metallisiertes Goldelektrodenmuster wird auf dem Plättchen 10 gebildet, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Die einzelnen Kontakte 50 können irgendeinen Bereich des p-leitenden Materials bedecken, während die η-leitenden Kontakte 51 zumindest Abschnitte der Bereiche der η-leitenden Schicht bedecken, die durch die im Zusammenhang mit Fig. 5 beschriebene Bearbeitung freigelegt sind. Alternativ hierzu kann eine elektrisch leitende Schicht auf die Oberfläche der p-leitenden Schicht vor der Bearbeitung aufgebracht werden und die Kontaktbereiohe können während der Bearbeitung zusammen mit den aktiven Halbleiterbereiohen festgelegt werden. Eine ähnliche Methode sieht vor, daß eine dünne Puffersohicht aus Metall vor der Bearbeitung aufgebracht wird und dickere Kontaktβchiohten nach der Bearbeitung mit

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Hilfe bekannter Technologien wie der elektrolysefreien Plattierung aufgebracht werden, bei der die Pufferschichten verwendet werden, um den elektrolysefreien Niederschlag zu katalysieren.

Wie ohne weiteres einzusehen ist, sind bei der anhand von Fig. 6 veranschaulichten Technologie die Toleranzen für die Metallisierung groß genug, damit die zur Bildung der Kontakte erforderliche Maskierung unkritisch ist. Die Einzelheiten der vorstehend erwähnten Metallisierungsverfahren sind bekannt, so daß hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht. Das dargestellte, spezielle Ausführungsbeispiel wurde durch Aufdampfen- von Gold-Silicium sowie durch eine Musterung unter Verwendung von Metallmasken hergestellt«

Ein geeignetes Substrat zur Halterung des in Pig. 6 dargestellten Plättchens ist in Pig. 7 dargestellt. Der Grundkörper 60 ist ein genormtes Aluminiumsubstrat und die Kontakte und Schaltungspfade 61 bestehen aus Berillium-Gold, welche mit Hilfe von genormten, gedruckten Schaltkreistechnologien in ähnlicher Weise wie vorstehend besahrieben hergestellt werden. Die Kontaktpfade werden in einem Muster gebildet, welches komplementär zu dem Muster der Kontakte 51 auf dem Galliumphosphid-Plättchen sind. An jeden Pfad 61 werden leitende Epoxypunkte 62 angebracht und das Plättchen 10 wird mit dem Substrat 60 verbunden, wie anhand des Quer-

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Schnitts nach Fig. 8 gezeigt ist. Me Kontaktpfade 61' dienen zur Kontaktierung der metallisierten Bereiche 51 auf der η-leitenden Schicht 12 und sind in Torteilhafter Weise erhaben oder dicker ausgebildet oder es können auch andere Vorkehrungen zur Anpassung des Verfahrensschrittes getroffen werden, welcher als Ergebnis der Entfernung dieses Teils der Schicht 12 auftritt.

Bei Verwendung einer ähnlichen Methode kann das Plättchen durch Verlöten oder durch eine Wärmedruckbehandlung mit dem Substrat verbunden werden·

Obwohl sich die vorstehenden Erläuterungen lediglich auf die Herstellung eines einzigen Zeichens (Zahl, Buchstabe) auf dem Halbleiterplättchen beziehen, versteht es sioh, daß' die gesamte Anordnung, welche die gewünschte Anzahl von Zeichen in irgendeiner beliebigen Gestaltung der aktiven Elemente, d.h. der Zeichenform enthält, in ähnlicher Weise hergestellt werden kann.

Die grundsätzlichen, zu beantwortenden Fragen betreffen die elektrischen und optischen Eigenschaften der erfindungsgemäß festgelegten pn-Übergangsbereiche, naeh-dem bisher die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung zur Bearbeitung von Mustern dargelegt wurde. Diese grundsätzlichen Fragen beziehen sich insbesondere darauf, ob die Laser-Bearbeitung der epitaktisohen Schichten Schaden des G-rund-

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körpers hervorrufen, welche durch Ätzen nicht beseitigt werden können. Der Beweis, daß dies möglich ist, soll durch die nachstehenden Vergleichsversuche anhand von einzelnen würfelförmigen Plättchen geführt werden, die auf drei verschiedene Methoden hergestellt werden. Und zwar zeigt Tabelle I einen Vergleich des Wirkungsgrades von benachbarten Vorriohtungszeilen, welche auf folgende Weise getrennt wurden:

a) laser-Besohriftung des lichtemittierenden Diodensubstrates mit anschließendem Brechen des Substrates durch den pn-übergang hinduroh|

b) Laser-Beschriftung bis zu einer Tiefe unterhalb ues pn-Übergangs mit anschließendem Brechen des Substrates und

c) Durchschneiden der gesamten Dicke mit Hilfe einer Schleifscheibe·

Tabelle I

	Laser-Beschriftete und gebrochene Vorrichtungen	n-Seite	Gewürfelte \ Vorrichtungen
	p-Seite	0,068
Zeile A	0,073	0,063	0,071
Zeile B	0,065	0,059	0,063
Zeile C	0,058	0,042	0,066
Zeile D	0,041	0,039

^xDurchschnittswerte von vier Vorrichtungs-Wirkungsgraden bei4w7A/cm2, um Flächenschwankungen zu mitteln.

Die vorstehenden Vi/irkungsgradangaben beziehen sich auf nicht-gekapselte Vorrichtungen.

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Wie aus der vorstehenden Tabelle hervorgeht, "bestehen keine wesentlichen Unterschiede im Wirkungsgrad der Vorrichtungen nach dem Ätzen. Der Vergleich zeigt, daß kein Anhaltspunkt vorliegt für eine Beschädigung des Grundkörpers infolge der Laser-Bearbeitung bis unterhalb des pn-Übergangs. Wie vorstehend bereits erwähnt ist, kann die hervorgerufene Oberflächenbeschädigung auf einfache Weise mittels Ätzens beseitigt werden.

Die optischen Eigenschaften können am besten durch subjektive Betrachtung der Zeichen-Wiedergabeeinrichtung gewertet werden. Diese wurden als günstig angesehen. Kontraatverhältnisse von 100»1 wurden bei einenZeichen erzielt, welche gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurden.

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Claims

Patentanwalt

JpWn₃. Walter Jackisch ο / O O C 1 Q

Z.Stuttgart N. Menzelstraße40 I k I O D I Ό

to

Western Electrio A 34 253

Company, Incorporated

Broadway H. Mai 197*

New York, N.Y. 10007
USA

Patentansprüche

Lichtemittierende Dioden-Wiedergabevorrichtung mit

a) einem planaren Halbleiterplättchen;

b) aktiven,lichtemittierenden Bereichen mit einem im wesentlichen planaren pn-übergang, welcher innerhalb der Oberfläche des Plattchens gebildet ist und

c) elektrischen Kontakten für die aktiven Bereiche sowie für die, der Oberfläche abgewandte Schicht des pn-Übergangs,

dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines größeren Abschnitts der Oberfläche des Plättchens ein pn-übergang (12, 13) gebildet ist, daß eine Vielzahl von Nuten in dem größeren Abschnitt der Oberfläche des Plättchens mit Hilfe eines Laserstrahls gebildet ist, wobei die Tiefe der Nuten unter den pnübergang reicht und größer als die Breite der Nuten ist, und daß jede Nut Inseln auf dem Plättchen festlegt, wobei die Inseln die aktiven Bereiche darstellen» .

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2. Vorrichtung nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß für das Halbleiterplättchen ein Halbleitermaterial mit indirektem Bandabstand vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß als Halbleitermaterial Galliumphosphid vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Nuten in die Halbleiteroberfläche mit einem Winkel bezüglich der
Oberfläche erstrecken (Fig. 5B).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Halbleiterplättehen (10) mit einem Trägersubstrat (60) verbunden ist, derart, daß die mit Nuten versehene Oberfläche des Plättchens mit dem Trägersubstrat in Berührung steht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrischen Kontakte (62) metallisierte Bereiche sind, welche metallisierten Bereichen auf dem Trägersubstrat entsprechen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Nuten eine erste

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Reihe von parallelen Nuten umfassen, welche sich in einer Dimension längs der Oberfläche erstrecken, und daß die Nuten ferner eine zweite Reihe von parallelen Nuten umfassen, welche sich annähernd senkrecht zu der ersten Reihe von Nuten erstrecken und dabei eine Vielzahl von Inseln von Halbleiterbereichen bilden (Pig.4G).
8. Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Dioden-Wiedergabevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) ausgewählte Flächen eines großflächigen, in dem Halbleiterplättohen ausgebildeten pn-Übergangs werden verdampft, in-dem ein Laserstrahl auf die ausgewählten Flächen gerichtet wird, wodurch in dem Plättchen Nuten gebildet werden, welche sich bis zu einer Tiefe unterhalb des pn-Übergangs erstrecken, wobei jede Nut einen Inselbereich innerhalb des pn-Übergangs festlegt, welcher einem gewünschten, aktiven lichtemittierendem Bereich entspricht und

b) die untere Schicht des pn-Übergangs sowie die.Inselbereiche werden mit elektrischen Kontakten versehen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Laserstrahl in einem Winkel zur Oberfläche des Plättchens gerichtet wird, so

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daß die Nuten in einem Winkel bezüglich der Oberfläche gebildet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel 45° +15° beträgt.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die ausgewählten Bereiche verdampft werden, so daß Nuten gebildet werden, bei denen das Verhältnis Tiefe zu Breite größer als ist.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g e ^ kennzeichnet , daß das Halbleiterplättchen mit einem Trägersubstrat zusammen mit einer Vielzahl von anderen, ähnlich hergestellten Halbleiterplättchen verbunden wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Halbleiterplättcheh derart mit dem Trägersubstrat verbunden werden, daß die mit Nuten versehene Oberfläche der Halbleiterplättchen mit dem Trägersubstrat in Berührung steht.
14. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der pn-übergang innerhalb des Halbleiterplättchens in einer Entfernung von

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etwa 1 mm von der Oberfläche der p-leitenden Schicht gebildet wird.

-15. Verfahren nach Anspruch 8, daduroh gekennzeichnet , daß der Laserstrahl in parallelen Pfaden über das Plättchen in wenigstens zwei im wesentlichen aufeinander senkrecht stehenden Richtungen geführt wird, so daß ein Gitter von Nuten mit dazwischenliegenden Inselbereichen gebildet wird, und daß zur Bildung der gewünschten Wiedergabevorrich tung ausgewählte Inselbereiche mit elektrischen Kontakten versehen werden. ,

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