DE2523963A1 - Elektrolumineszierende halbleiteranordnung - Google Patents

Elektrolumineszierende halbleiteranordnung

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DE2523963A1 DE19752523963 DE2523963A DE2523963A1 DE 2523963 A1 DE2523963 A1 DE 2523963A1 DE 19752523963 DE19752523963 DE 19752523963 DE 2523963 A DE2523963 A DE 2523963A DE 2523963 A1 DE2523963 A1 DE 2523963A1
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Cornelus Petrus Theodoru Damen
Rudolf Paulus Tijburg
Ties Siebolt Te Velde
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

PHN 75B2
GÜNTHER M. DAV1D va/iu
P,-.t .:·.-■ . ·· I6.5.75
Anr,;:.:.!?'·: :.".v.. ^:1.--. - ι u j^lLAÄlf-i
A;te: PHN- 7582
Anmctd-na vom» 29. Mai 1975
"Elektroluminesziercnde Halbleiteranordnung"
Die Erfindung beziehe sich auf eine elektrolumineszierende Halbleiteranordnung mit einem einkristallinen Halbleiterkörper aus einer Ill-V-Verbindung mit wenigstens einem Dotierungsgebiet, das πιχΐ dem an das Gebiet grenzenden Material des Halbleiterkörpors einen elektrolumxneszxerenden pn-übergang bildet und mit einem Stromleiter versehen ist.
Unter einer IH-V-Verbindung ist hier eine Verbindung aus mindestens einem Element der durch B, Al, Ga, In und T1 gebildeten Gruppe mit mlndestens einem EJ.einent aus der durch N, P, As, Sb und
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Bi gebildeten Gruppe zu verstehen.
Oft werden die eingangs genannten elektroluraineszierenden Anordnungen dadurch hergestellt, dass auf einem einkristallinen Halbleiterkörper eine gegen eine Dotierungsbehandlung maskierende Schicht angebracht wird. Auf übliche Weise wird mit Hilfe einer Photoätzbehandlung in der Maskierungsschicht eine Öffnung angebracht, wonach durch diese öffnung ein Dotierungsstoff zum Erhalten des Dotierungsgebietes in den Halbleiterkörper gebracht wird.
Nach dieser örtlichen Dotierungsbehandlung wird das Dotierungsgebiet mit einem Stromleiter dadurch versehen, dass sowohl auf der Maskierungsschicht als auch in der öffnung eine Metallschicht angebracht •wird. Mit Hilfe einer Photoätzboliandlung wird in der Metallschicht ein Stromleiter gebildet, \robei das Dotierungsgebiet in der Öffnung teilweise wieder freigelegt wird, damit die erzeugte Strahlung möglichst austreten kann.
Durch die örtliche Dotierungsbehandlung ist ein Dotierungsgebiet mit einem wenigstens in bezug auf· das angrenzende Material des Halbleitei-kör"-pers verhältnismässig niedrigen spezifischen Widerstand erhalten.
Das Dotierungsgebiet weist jedoch oft eine geringe Dicke auf, wodurch der Querwiderstand, in
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dem Qüadratwiderstand ausgedrückt, bei der Stralilungsemisslon eine Rolle spielt. Der Querwiderstand kann derart gross sein, dass sich der Strom an der Stelle des auf dem Dotierungsgebiet in"der öffnung vorhandenen Leiters zusammenzieht, wodurch nur an der Stelle des Leiters Strahlung erzeugt wird.
In der Praxis wird daher der Leiter oft gemäss einem verwickelten Muster in der Öffnung angebracht, um den Leiterumfang in der Öffnung möglichst gross zu machen. In diesem Falle trägt wegen einer minimal erforderlichen Breite des 'Leiters ein wesentlicher Teil der" Oberfläche des Dotierungsgebietes nicht zu der Emission von Strahlung bei.
Die Erfindung bezweckt u.a., die beschriebenen Probleme wenigstens in erheblichem Masse zu vermeiden.
Ihr liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, dass, wenn sogar für ein verhältnismässig gut leitendes Dotierungsgebiet in einem einkristallinem III—V-Halbleiterkörper ein für die erzeugte Strahlung durchlässiger Leiter gefunden werden kann, die Herstellung auf viel einfachere Weise als obenbeschrieben erfolgen kann. Der durchlässige Leiter muss eine derartige Zusammensetzung aufweisen, dass ein ohrascher Kontakt auf dem Dotierungsgebiet gebildet wird, während dieser Leiter derart dick sein muss, dass der laterale Widerstand,
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gleich wie der des bekannten metallischen Stromleiters, ex'heblich kleiner als der des Dotierungsgebietes ist.
Per Definition ist der laterale Widerstand, als Quadratwiderstand/ausgedrückt, klein bei grosser Schichtdicke und/oder kleinem spezifischen Widerstand. Grosse Schichtdicke und kleiner spezifischer Widerstand sind oft jedoch für eine gute Durchlässigkeit nicht günstig.
Für die Anwendung eines durchlässigen Leiters muss also ein Kompromiss zwischen einer annehmbaren Durchlässigkeit und einem niedrigen lateralen Widerstand getroffen werden, und zwar" auf einem derartigen Niveau, dass der laterale Widerstand beträchtlich niedriger als der des verhältnismässig gut leitenden einkristallinen III-V-Dotierungsgebietes ist, damit sich der Strom nicht zusammenzieht, sondern eine homogene Stromverteilung und somit Strahlungsemission über die ganze Oberfläche der Öffnung erhalten wird.
Die eingangs erwähnte Halbleiteranordnung ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Stromleiter auf dem Dotierungsgebiet eine mit Zinn dotierte Indiumoxidschicht enthält.
Bei der Halbleiteranordnung nach der Erfindung ist der Quadratwiderstand der Indiumoxidschicht vorzugsweise mindestens dreimal niedriger als der des
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— 3 —
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Dotierungsgebietes.
Ein mit Zink dotiertes p-leitendes Dotierungsgebiet in einem einkristallinen Halbleiterkörper aus einer III-V-Verbindung weist z.B. einen Quadratwiderstand von 25 - ^O X2 auf. Wenn der Quadratwiderstand der Indiumoxidschicht zehnmal niedriger als der des Dotierungsgebietes ist und z.B. 2 SL· beträgt, wird eine besonders homogene Stromverteilung und Strahlungsemission über das Dotierungsgebiet erhalten.
Niedrige Quadratwiderstände werden insbesondere erhalten, wenn der Zinngehalt der Indiumoxidschicht, in dem Gewichtsverhältnis von Zinn zu Indium ausgedrückt, zwischen 0,01 und 0,05 und vorzugsweise zwischen 0,015 und 0,035 liegt.
Die Durchlässigkeit derartiger Schichten mit z.B. einem Quadratwiderstand von 2,hSl beträgt
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der elektrolumineszieren-.en Halbleiteranordnung nach der Erfindung ist der.Halbleiterkörper mit einer gegen Dotierung maskierenden Schicht versehen, in der sich eine Öffnung befindet, die das Dotierungsgebiet praktisch frei, lässt, während der Stromleiter auf dem Dotierungsgebiet aus der mit Zinn dotierten Indiumoxidschicht besteht und der Stromleiter auf der Maskierungsschicht ausser der Indiumoxidschicht
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einen auf der Indiumoxidschicht liegenden metallischen Kontakt umfasst.
Bei dieser Ausfülirungsform wird die Oberfläche des Dotierungsgebietes in der Öffnung maximal für Strahlungsemission benutzt und braucht für die Anbringung eines metallischen Kontakts kein genauer Ausrichtschritt durchgeführt zu werden, wie dies der Fall ist, wenn ein solcher Kontakt in der öffnung angebracht wird;
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der elektrolumineszierenden Halbleiteranordnung nach der Erfindung erstreckt sich das Dotierungsgebiet auf einer Seite des Halbleiterkörpers entlang der ganzen Oberfläche und ist die Indiumoxidschicht örtlich mit einem metallischen Kontakt versehen.
In diesem Falle braucht für die Bildung des Dotierungsgebietes keine Maskierungsschicht verwendet zu werden, wodurch die Herstellung vereinfacht wird.
Vorzugsweise befindet sich zwischen der Indiumoxidschicht und dem metallischen Kontakt eine Wismutoxidschicht.
Durch das Vorhandensein der Wismutoxidschicht wird eine besonders gute Haftung zwischen der Indium— oxidschicht und dem metallischen Kontakt erhalten.
Die Wismutoxidschicht kann dünn sein und
vorzugsweise eine Dicke von weniger als 500 A auf-
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weisen und übt keinen' nachteiligen Einfluss auf den Widerstand des Halbleiterkontakts aus.
Bei Anwendung einer Wismutoxidschicht ist es nicht erforderlich, zum Erhalten des metallischen Kontakts eine Metallschicht aufzudampfen und darin z.B. durch eine Photoätzbehandlung ein Muster anzubringen, sondern ist vorzugsweise die Wismutoxidschicht durch Thermokompression mit einem metallischen Kontakt aus Gold versehen.
Das Dotierungsgebiet kann auf übliche Weise, z.B. durch Diffusion, Ionenimplantation oder Epitaxie, erhalten werden.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer lumineszierenden Halbleiteranordnung nach der Erfindung wird die Indiumoxidschicht vorzugsweise unter herabgesetztem Sauerstoffdruck aus getrennten Indium- und Zinnquellen auf das Dotierungsgebiet aufgedampft.
Vorzugsweise wird die Indiumoxidschicht mit einer Wismutoxidschicht versehen, die durch Thermokompression mit einem Golddraht kontaktiert wird.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch einen Teil einer ersten Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung, und
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Fig. 2 schematisch, einen Schnitt durch einen Teil einer zweiten Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung.
In der Zeichnung ist von einer elektrolumineszierenden Halbleiteranordnung ein einkristalliner Halbleiterkörper 1 aus einer III-V-Verbindung dargestellt. Der Halbleiterkörper 1 enthält ein Dotierungsgebiet 2, das mit dem an das Gebiet grenzenden Material 3 des Halbleiterkörpers 1 einen elektroluraineszierenden pn-übergang 4 bildet und mit einem Stromleiter 5,8 versehen ist.
Nach der Erfindung enthält der Stromleiter 5,8 auf dem Dotierungsgebiet 2.eine mit Zinn dotierte Indiumoxidschicht 5·
Der Halbleiterkörper 1 besteht z.B. aus Galliumais en idphosphid (GaAs1 P ) mit einer Atomfraktion χ gleich etwa 0,4 vom n-Leitfähigkeitstyp, welcher Körper ein mit Zink dotiertes Gebiet 2 vom p-Leitfähigkeitstyp enthält. Der Quadratswiderstand des Dotierungsgebietes 2 beträgt etwa 30 Ji. und der der mit Zinn dotierten Indiumoxidschicht 5 2,4 Ω .
Das Gewichtsverhältnis von Zinn zu Indium in der Indiumoxidschicht" 5 beträgt 0,025.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausfülirungsform ist der Halbleiterkörper 1 mit einer gegen Dotierung maskierenden Schicht 6 aus Siliciumoxid oder Silicium-
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nitrid versehen, in der sich eine Öffnung 7 befindet. Die öffnung 7 lässt das Dotierungsgebiet 2 praktisch frei. Auf dein freiliegenden Dotierungsgebiet besteht der Stromleiter nur aus der mit Zinn dotierten Indiumoxidschicht, während auf der Maskierungsschicht 7 der Stromleiter 5»8 ausser der Indiumoxidschicht 5 einen sich auf der Indiumoxidschicht befindenden metallischen Kontakt 8 umfasst.
In der Ausführungsform nach Fig. 2 erstreckt sich das Dotierungsgebiet 2 auf einer Seite des Halbleiterkörpers 1 entlang der ganzen Oberfläche und ist die Indiumoxidschicht 5 örtlich mit dem metallischen Kontakt 8 versehen.
In beiden beschriebenen Beispielen kann sich zwischen der Indiumoxidschicht 5 und dem metallischen Kontakt 8 eine in der Zeichnung nicht dargestellte
ο Wismutoxidschicht mit einer Dicke von z.B. 100 A
befinden.
Der metallische Kontakt 8 kann durch Thermokompression auf der Wismutoxidschicht gebildet werden.
Das Dotierungsgebiet 2 kann mit Hilfe einer Maskierungsschicht 6 auf übliche Weise durch Diffusion oder Ionenimplantation oder auch ohne Maskierungsschicht mit Hilfe von Epitaxie aus der Flüssigkeitsoder der Dampfphase gebildet werden.
Die Indiumoxidschicht wird vorzugsweise
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durch Aufdampfen unter herabgesetztem Sauerstoffdruck,
-k
Z0B. 5-10 mm Quecksilbersäule, aus getrennten Indium- und Zinnquellen aufgebracht. Die Indiumoxidschicht weist eine Dicke von z.B. 1 /um, einen spezifischen Widerstand von 2,4 . 10 XX .cm und eine Durchlässigkeit von mehr als 95 $ auf.
In der Indiumoxidschicht 5 auf der Maskierungsschicht 6 kann durch Photoätzen ein Muster von Leiterbahnen gebildet-werden. Die Wismutoxidschicht kann auf der ganzen Oberfläche angebracht und vorzugsweise durch Thermokompression mit einem Golddraht 9 kontaktiert werden.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die obenbeschriebenen Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern dass im Rahmen der Erfindung für den Fachmann viele Abwandlungen möglich sindo
Die elektrolumineszierende Halbleiteranordnung nach der Erfindung kann eine oder mehrere gegebenenfalls integrierte Dioden enthalten.
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Claims (1)

  1. PHN 7582
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    Patentansprüche:
    (1.j Elektrolumineszierende Halbleiteranordnung mit einem einkristallinen Halbleiterkörper aus einer III-V-Verbindung mit mindestens einem Dotierungsgebiet, das mit dem an das Gebiet grenzenden Material des Halbleiterkörpers einen elektrolumineszierenden pn-Ubergang bildet und mit einem Stromleiter versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromleiter auf dem Dotierungsgebiet eine mit Zinn dotierte Indiumoxidschicht enthält.
    2. Elektrolumineszierende Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Quadratwiderstand der Indiumoxidschicht mindestens dreimal niedriger als der des Dotierungsgebietes ist.
    3. Elektrolumineszierende Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Quadratwiderstand der Indiumoxidschicht zehnmal niedriger als der des Dotierungsgebietes ist.
    h. Elektrolumineszierende Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Zinngehalt der Indiumoxidschicht, in dem Gewichtsverhältnis von Zinn zu Indium ausgedrückt, zwischen 0,01 und 0,05 liegt.
    5· Elektrolumineszierende Halbleiteranordnung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, dass der Zinngehalt zwischen 0,015 und 0,035 liegt.
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    6. Elektrolumineszierende Halbleiteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper mit einer gegen Dotierung maskierenden Schicht versehen ist, in der sich eine Öffnung befindet, die das Dotierungsgebiet praktisch frei lässt; dass der Stromleiter auf dem Dotierungsgebiet aus der mit Zinn dotierten Indiumoxidschicht besteht, und dass der Stromleiter auf der Maskierungsschicht ausser der Indiumoxidschicht einen sich auf der Indiumoxidschicht befindenden metallischen Kontakt umfasst.
    7· Elektrolumineszierende Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, dass sich das Dotierungsgebiet auf einer Seite des Halbleiterkörpers entlang der ganzen Oberfläche erstreckt, und dass die Indiumoxidschicht örtlich mit einem metallischen Kontakt versehen ist. 8. Elektrolumineszierende Halbleiteranordnung nach Anspruch 6 oder 7> dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Indiumoxidschicht und dem metallischen Kontakt eine Wismutoxidschicht befindet. 9· Elektrolumineszierende Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
    Wismutoxidschicht dünner als 5OO A ist.
    10. Elektrolumineszierende Halbleiteranordnung nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, dass
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    PHN 7582
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    die Wismutoxidschicht durch Thermokompression mit einem metallischen Kontakt aus Gold versehen ist.
    11. . Verfahren zur Herstellung einer elektrolumineszierenden Halbleiteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Indiumoxidschicht aus getrennten Indium- und Zinnquellen unter herabgesetztem Sauerstoffdruck auf das Dotierungsgebiet aufgedampft wird.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Indiumoxidschicht mit einer Vismutoxidschicht versehen wird, die durch Thermokompression mit einem Golddraht kontaktiert wird.
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    Leer seife
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