DE2716205B2 - Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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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
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
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.
ebenfalls verwendet werden.
Claims (3)
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.
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
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