DE2716205B2

DE2716205B2 - Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2716205B2
Application number: DE2716205A
Authority: DE
Inventors: Shohei Takatsuki Fujiwara; Morio Takatsuki Inoue; Tamotsu Suita Uragaki; Haruyoshi Itami Yamanaka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1976-04-12
Filing date: 1977-04-12
Publication date: 1981-03-19
Also published as: GB1553783A; FR2348541A1; FR2348541B1; JPS52124885A; DE2716205A1; DE2716205C3; CA1074427A

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und Verfahren zu deren Herstellung.

Eine solche Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung ist aus der US-PS 39 00 864 bekannt Diese enthält als Halbleiterkörper ein Halbleitersubstrat mit zwei übereinanderliegenden epitaktischen Schichten von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp; durch Einschneiden von Rillen entstehen mesaförmige Vorsprünge. Die einzelnen mesaförmigen Vorsprünge entsprechen in ihrer Form je einem von sieben Anzeigesegmenten einer 7-Segment-Anzeigevorrichtung. Die in den mesaförmigeti Vorsprüngen liegenden pn-Übergänge sind zur Lichtemission fähig. Die Plateauflächen der mesaförmigen Vorsprünge stehen mit den entsprechenden Leiterbahnen auf der Isolierplatte leitend in Verbindung. Damit sind die einen Seiten der pn-Übergänge elektrisch angeschlossen, tn Randbereichen des HaIbleiterkörpers ist die obere der beiden epitak ischen Schichten abgetragen und eine Kontaktmetallisierung auf die Oberfläche der freigelegten epitaktischen Schicht niedergeschlagen, über welche eine elektrische Verbindung zu den anderen Seiten der pn-Übergänge in den mesaförmigen Vorsprüngen hergestellt werden kann. Zur Freilegung der von der zweiten epitaktischen Schicht bedeckten ersten epitaktischen Schicht zum Zweck der Kontaktierung ist ein zusätzlicher Maskenschritt erforderlich. Die mit Kontaktmetallisierungsschichten zu versehenen Oberflächenteile des Halbleiterkörpers liegen auf unterschiedlichem Oberfläohenniveau, was beim Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den Metallkontakten auf dem Halbleiterkörper und den Leiterbahnen auf der Isolierplatte zu

ίο Problemen führen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung so auszugestalten, daß alle Kontaktflächen des Halbleiterkörpers in einer Ebene angeordnet sind.

ii Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung sind in den Patentansprüchen 2 und 3 angegeben.

Mit besonders großer Sicherheit lassen sich in einer Ebene befindliche Kontaktflächen erhalten, wenn man das Verfahren nach Patentanspruch 3 anwendet und die Metallelektroden als Ätzmasken für die Ätzung der mesaförmigen Vorspränge verwendet

Die pn-Sperrschicht des als Kontakt dienenden mesaförmigen Vorsprungs kann man gemäß dem Verfahren nach Patentanspruch 2 in vorteilhafter Weise dadurch beseitigen, daß man — nach dem Aufbringen des Halbleiterkörpers auf die mit den Leiterbahnen versehene Isolierplatte — die die Durchbruchspannung überschreitende Sperrspannung zwischen derjenigen Leiterbahn auf der Isolierplatte, welche mit dem als Kontakt vorgesehenen mesaförmigen Vorsprung kontaktiert ist, und dem Halbleiterkörper dadurch anlegt,

daß man eine Nadelelektrode mit dem Halbleiterkörper in Berührung bringt

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Seitenschnittansicht «Jes Ausführungsbeispiels,

Fig.2a bis 2d schematische Seitenschnittansichten zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens für das Ausführungsbeispiel gemäß Fi g. 1,

Fig.3 eine Ansicht des Halbleiterkörpers des in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels und

F i g. 4 eine Ansicht der Isolierplatte des in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
Gemäß F i g. 1 enthält die Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung ein Einkristall-Halbleitersubstrat 1 einer lll-V-Verbindung. Beispielsweise handelt es sich bei dem Substrat 1 um einen η-leitenden GaP-Einkristall mit einer Dicke von 0,2 mm bis 03 mm. Eine (111)-Fläche des GaP-Einkristalls wird als Hauptfläche verwendet. Auf der (111)-Hauptfläche des Substrats 1 ist durch eine bekannte Flüssigphasen-Epitaxie-Züchtungsmethode eine p-leitende GaP-Schicht 2 mit einer Dicke von etwa 20μπι gebildet Zwischen dem n-leitenden Substrat 1 und der p-leitenden Zone 2 besteht ein

p*n*Übergang, auch p-n-Sperrschicht genannt. Auf dem Substrat 1 sind dann wenigstens zwei mesa-förmig geätzte Vorsprünge 7 und 6 gebildet. Jeder der mesa-förmig geätzten Vorsprünge 7 weist einen p-n-Übergang 102 zwischen der η-leitenden Zone 1 und der p-leitenden Zone 2 auf. Der weitere mesa-förmig geätzte Vorsprung 6 weist keine p-n-Sperrschicht zwischen der η-leitenden Zone 1 und der p-leitenden Zone 2' auf. Der Vorsprung 6 bildet einen ohmschen

Kontakt für die η-leitende Zone 1. Auf allen Plateauflächfn der mesa-förmigen Vorsprünge 7 und 6 sind Elektroden 9, 9' erzeugt Diese Elektroden sind sowohl mechanisch als auch elektrisch, beispielsweise durch Lotschichten 10 und 10', mit Leiterbahnen 11 und 12 verbunden, bei denen es sich beispielsweise um eine Au-platierte Cu-Schicht handelt, die auf einer Isolatorplatte 8, beispielsweise aus Keramik wie Aluminiumoxid, gebildet ist

Zur Anzeige mittels Lichtemission wird die beschriebene Vorrichtung mit einer Gleichspannungsquelle verbunden, wobei nach Wahl einer oder mehrere der Leiterbahnen 11 mit einem positiven Anschluß und die Leiterbahn 12 mit einem negativen Anschluß der Spannungsquelle verbunden sind. Wenn die Gleichspannung in Durchlaßrichtung für den p-n-Übergang 102 angelegt wird, wird in Nachbarschaft des p-n-Obergangs 102 Licht emittiert, das mittels Totalreflexionen durch die mesa-förmig geätzten Schrägwände durch die Fläche 101 nach außen geleitet wird. Da die Fläche 101 kein Hindernis, wie Elektroden, aufweist, geht nichts von dem emittierten Licht infolge Abschirmung durch eine Elektrode verloren.

Ein Verfahren zur Herstellung der vorbeschriebenen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der F i g. 2a) bis 2d) erläutert

Als Ausgangsbasis wird ein Einkristall-Halbleitersubstrat einer III-V-Verbindung einer ersten Leitfähigkeitsart beispielsweise ein η-leitendes GaP-Einkristallsubstrat Γ. mit einer Dicke von 0,2 bis 03 mm verwendet Eine (lll)-Fläche des Einkristalls wird als Hauptfläche verwendet Als Donatordotierstoff befindet sich im Substrat S mit einer Konzentration von 3 bis 8χ IQ¹⁷ Atomen/cm³. Dann wird gemäß Fig.2a) eine dünne Epitaxieschicht 110 desselben Halbleiters und der ersten Leitfähigkeitsart, beispielsweise η-leitendes GaP mit einer Dicke von etwa 20 bis 30 \μη, erzeugt, und zwar beispielsweise durch eine bekannte Flüssigphasen-Epitaxiezüchtungsmethode. Als Donatordotierstoff für die Epitaxieschicht 110 wird für Rotstrahlung Te in einer Konzentration von 8 bis 1Ox 10¹⁷ Atomen/cm³ und werden für Grünstrahlung Nm einer Konzentration von

1 —2 χ 10' ι Atomen/cm³ und Te in einer Konzentration von 8—1Ox 10¹⁶ Atomen/cm³ verwendet Die n-Ieitende Epitaxieschicht UO bildet im Schnittbild der Fig. 1 einen Teil des η-leitenden Einkristallsubstrats 1.

Gemäß Fig.2b) wird auf der Oberfläche der Epitaxieschicht HO eine weitere dünne Epitaxieschicht

2 einer zweiten, d. h. zur Leitfähigkeitsart der dünnen Epitaxieschicht HO entgegengesetzten Leitfähigkeitsart erzeugt, beispielsweise eine p-leitende GaP-Schicht mit einer Dicke von etwa 20 bis 30 μπι, die beispielsweise durch einen weiteren FIüssigphasen-Epitaxie-Züchtungsschritt erzeugt wird. Als Akzeptordotierstoff für die p-leitende Epitaxieschicht 2 werden für Rotstrahlung Paare von Zn und O in einer Konzentration von 1—2 χ 10" Atomen/cm³ verwendet Im Fall von Grünstrahlung werden Zn in einer Konzentration von 1—2 χ 10" Atomen/cm³ und N in einer Konzentration von 1—2 χ 10" Atomen/cm³ verwendet Zwischen der η-leitenden Epitaxieschicht HO und der p-leitenden Epitaxieschicht 2 ist ein p-n-Übergang gebildet.

Dann werden gemäß F i g. 2c) mittels einer bekannten Metalldampf-Niederschlagsmethode und einer bekannten Elektrudenformur.gsmethode wenigstens zwei Metallelektroden 9 und 9' mit einem speziellen Muster auf der Oberfläche der zweiten Epitaxieschicht 2 gebildet Beispielsweise ist Au, das eine geringe Menge (beispielsweise 1 Prozent) Be enthält, für die Metallelektroden 9 und 9' geeignet
Als nächstes wird die Scheibe unter Verwendung der

ίο Metalleiektroden 9 und 9' als Ätzmasken gemäß Fig.2d) mesa-förmig geätzt Als Ätzmittel für die Mesa-Ätzung ist heiße und hochkonzentrierte Phosphorsäure mit einer Temperatur von 130 bis 200° C und einer Konzentration von 70 bis 95 Volumenprozent geeignet wobei eine Temperatur von 150 bis 180° C und eine Konzentration von etwa 90 Volumenprozent zu bevorzugen sind. Bei Verwendung des genannten Ätzmittels für die Ätzung der (111)-Hauptfläche des GaP-Einkristalls wird die Ätzung mit einer Geschwindigkeit vgj/ 12 um/Minute vollzogen, und es wird eine mesa-förmig geätzte Oberfläche ^öildet die einen Winkel von etwa 50° gegenüber der (11 ,)-Hauptf!äche aufweist Dieser Winkel von 50° ist geeignet für eine Totalreflexion des am p-n-Übergang emittierten L'chtes in Richtung der Fläche 101 nach außea Die Scheibe wird denn dadurch elektrisch und mechanisch angeschlossen, daß die Metallelektroden 9 und 9' auf die Leiterbahnen H und 12 der Isolatorplatte 8 aus Keramik aufgelötet werden, wie es Fig. 1 zeigt

Schließlich wird eine elektrische Behandlung vorgenommen, um den p-n-Obergang im mesa-förmig geätzten Vorsprung 6 zum Durchbruch zu bringen, wodurch der p-n-Obergang in eine ohmisch kontaktierende Verbindungsfläche umgewandelt wird. Die Behandlung geht so vor sich, daß eine Sperrgleichspannung angelegt wird, welche die Sperrdurchbruchsspannung des p-n-Obergangs übersteigt Beispielsweise wird bei einer rot strahlenden Vorrichtung gemäß F i g. 1 eine Sperrspannung von 10 bis 12 V angelegt, wobei die positive Polarität an die Leiterbahn 12 und die negative Polarität an das Substrat 1 angelegt wird, beispielsweise durch Berühren mit einer Nadel, die mit dem negativen Anschluß der Quelle verbunden ist; dadurch wird der p-n-Übergang im Vorsprung 6 zum Durchbruch gebracht Im Falle einer grün strahlenden Vorrichtung wird zur Herbeiführung des Durchbruchs eine Spannung von 30 bis 40 V angelegt

Wie die F i g. 3 und 4 zeigen, können die mesa-förmigen Vorsprünge 7 in Form einer Sieben-Segment-Ziffernanzeige angeordnet sein. Dabei zeigt Fig.3 den Halbleiterkörper mit sieben Zifferanzeigesegmenten 7, mit einem Punktanzeigesegment T und einem ohmisch kontaktierenden Vorsprung 6. Die in F i g. 3 gezeigten Elektroden 9 und 9' auf den mesa-förmig geätzten Vorsprüngen 7, T und 6 sind mit den Leiterbahnen 11 bzw. 12 der in 7ig.4 gezeigten Isolatorplatte 8 verbunden.

Anstelle des erwähnten GaP-Kristalls können Kristalle aus GaAsP oder GaN gleichermaßen verwendet werden. GaAs mti der (lOO)-Hauptfläche kann unter Benutzung eines Ätzmittels aus NaOH und
ebenfalls verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung, bestehend aus einer mit Leiterbahnen versehenen Isolatorplatte und aus einem Halbleiterkörper, der in einem Oberflachenteil mehrere, der Anzeige dienende, mesaförmige Vorsprünge aufweist, die jeweils einen pn-Obergang haben, deren eine Seiten über die jeweiligen, in einer Ebene liegenden Plateauflächen der mesaförmigen Vorsprünge mit den dazugehörigen Leiterbahnen in Verbindung stehen, während deren andere Seiten über einen gemeinsamen Kontakt im Oberflächenteil mit der entsprechenden Leiterbahn verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt ebenfalls aus einem mesaförmigen, an seiner Plateaufläche kontaktierten Vorsprung (6, 2') besteht, dessen pn-Sperrschicht durch Anlegen einer die Durchbruchspannung überschreitenden Sperrspannung beseitigtwarde.

2. Verfahren zur Herstellung einer Eiektroiumineszenzanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchbruch der pn-Sperrschicht durch Anlegen der Durchbruchspannung zwischen der entsprechenden Leiterbahn und einer mit dem Halbleiterkörper in Berührung gebrachten Nadelelektrode herbeigeführt wird.

3. Verfahren zur Herstellung einer Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei dem auf einem einkristallinen Halbleitersubstrat einer erster Leitfähigkeitsart eine Schicht einer zur ersten Leitfähigkeitsart entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitsart epitaktisch niedergeschlagen wird, bei dem mehrere Metalfeiektroden auf der Epitaxieschicht gebildet werden und bd dem mesaförmige Vorsprünge erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelektroden als Ätzmasken für die Ätzung der mesaförmigen Vorsprünge verwendet werden.