DE2716205C3

DE2716205C3 - Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2716205C3
Application number: DE2716205A
Authority: DE
Inventors: Shohei Takatsuki Fujiwara; 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: 1981-12-17
Also published as: DE2716205A1; FR2348541B1; DE2716205B2; JPS52124885A; FR2348541A1; GB1553783A; CA1074427A

Description

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

Eine solche Elektrolumineszcnzanzeigevorrichtung 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. Dis einzelnen mesaförmigen Vorspriinge entsprechen in ihrer Form je einem von sieben Anzeigesegmenten einer 7-Segment-Anzeigevorrichtung. Die in den mesaförmigen 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. In Randbereichen des Halbleiterkörpers ist die obere der beiden epitaktischen 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 Oberflächenniveau, 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 ,st es, die Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung so auszugestalten, daß alle Kontaktflächen des Halbleiterkörpers in einer Ebene angeordnet sind.

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 Vorsprünge 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

jo versehene Isolierplatte — die die Durchbruchspannung überschreitende Sperrspannung zwischen derjenigen Leiterbahn auf der Isolierplatte, weiche 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

Fig. 1 eine Seitenschnittansicht des Ausführungsbeispiels,

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

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

Fig.4 eine Ansicht der Isolierplatte des in Fig. I gezeigten Ausführungsbeispiels.
Gemäß Fig. I enthält die Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung ein Einkristall-Halbleitersubstrat 1 einer Ill-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 (lli)-Fläche des GaP-Einkristalls wird als Hauptfläche verwendet. Auf der(lll)-Hauptfläche des Substrats 1 ist durch eine bekannte Flüssigphasen-Epitaxie-Züchtungsmethode eine p-leitende GaP-Schicht 2 mit einer Dicke von etwa 20 μίτι gebildet. Zwischen dem n-leitenden Substrat 1 und der p-leitenden Zone 2 besteht ein

5ö p-n-Übergäng, 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 n-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 Plateauflächen 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 ι 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 beschrie- in bene 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-Übergangs 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, ^eht 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 111-V-Verbindung einer ersten Leitfähigkeitsart, beispielsweise ein η-leitendes GaP-Einkristallsubstrat Γ, mit einer Dicke von 0,2 bis 0,3 mm verwendet. Eine (lll)-Fläche des Einkristalls wird als Hauptfläche verwendet. Als Donatordotierstoff befindet sich im Substrat 5 mit einer Konzentration von 3 bis 8χ 10¹⁷ 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 30μπι, erzeugt und zwar beispielsweise durch eine bekannte Flüssigphasen-Epitaxiezür'itungsmethode. Als Donatordotierstoff für die Epitaxieschicht 110 wird für Rotstrahlung Te in einer Konzentration von 8 bis 1Ox 10¹⁷ Atomen/cm' und werden für Grünstrahlung /Vin einer Konzentration von 1—2x10" Atomen/cm³ und Te in einer Konzentration von 8—1Ox 10¹⁶ Atomen/cm³ verwendet. Die n-leitende Epitaxieschicht ί 10 bildet im Schnittbild der Fig. 1 <5 einen Teil des η-leitenden Einkristallsubstrats 1.

Gemäß Fig. 2b) wird auf der Oberfläche der Epitaxieschicht 110 eine weitere dünne Epitaxieschicht 2 einer zweiten, d. h. zu.' Leitfähigkeitsart der dünnen Epitaxieschicht 110 entgegengesetzten Leitfähigkeitsart erzeugt, beispielsweise eine p-leitende GaP-Schicht mit einer Dicke von etwa 20 bis 30 μπι, die beispielsweise durch einen weiteren Flüssigphasen-Epitaxie-Züchtungsschritt erzeugt wird. Als Akzeptordotierstoff für die p-leitende Epitaxieschicht 2 werden lür Rotstrahlung Paare von Zn und O in einer Konzentration von 1 — 2 χ 10¹⁷ Atomen/cm³ verwendet. Im Fall von Grjnstrahlung werden Zn in einer Konzentration von I — 2 χ 10¹⁸ Atomen/cm³ und N in einer Konzentration von 1—2 χ 10" Atomen/cm³ verwendet. Zwischen der η-leitenden Epitaxieschicht 110 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 Elektrodenformungsmethode 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 Metallelektroden 9 und 9' als Ätzmasken gemäß F i g. 2d) mesa-förmig geätzt Als Ätzmittel für die Mesa-Ätzung ist heiße und hochkonzentrierte Phosphorsäure mit einer Temperatur von 130 bis 200^CC 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 -;;t einer Geschwindigkeit von 12 μΐη/Minute voüzoger., i'nd es wird eine mesa-förmig geätzte Oberfläche gebildet, die einen Winkel von etw^ 50° gegenüber der (lll)-Hauptfläche aufweist. Dieser Winkel von 50° ist geeignet iür eine Totalreflexion des am p-n-Übergang emittierten Lichtes in Richtung der Fläche 101 nach außen. Die Scheibe wird dann dadurch elektrisch und mechanisch angeschlossen, daß die Metallelektroden 9 und 9' auf die Leiterbahnen 11 und 12 der Isohtorplatte 8 aus Keramik aufgelötet werden, wie es F i g. 1 zeigt.

Schließlich wird eine elektrische Behandlung vorgenommen, um den p-n-Übergang 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 Sperrdurchbruchsspannungdes p-n-Übergangs übersteigt Beispielsweise wird bei einer rot strahlenden Vorrichtung gemäß F i g. 1 eine Sperrspannung von 10 bis 12 V angelegt, wobei die pi-sitive 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 Durchbnichs eine Spannung von 30 bis 40 V angelegt.

Wie die Fig.3 und 4 zeigen, können die mesa-förmigen Vorsprünge 7 in Form einer Sieben-Segment-Ziffernanzeige angeordnet sein. Dabei zeigt F i g. 3 den Halbleiterkörper mit sieben Zifferanzeigesegmenten 7, mit rinem 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 ^!n Fig.4 gezeigten Isolatorplatte 8 verbunden.

Anstelle des erahnten GaP-Kristalls können Kristalle aus GaAsP oder GaN gleichermaßen verwendet werden. GaAs mit der (tOO)-Hauptfläche kann unter Benutzung eines Ätzmittels aus NaOH und H₂Oj 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 Oberflächenteil mehrere, der Anzeige dienende, mesaförmige Vorsprünge aufweist, die jeweils einen pn-übergang 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 Durchbruchspamnijng überschreitenden Sperrspannung beseitigt wurde.

2. Verfahren zur Herstellung einer Elektrolumineszenzanzeigevorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Durchbruch der pn-Sperrschicht durch Anlegen der Durchbnichspannung zwischen der entsprechenden Leiterbahn und einer mit dem Halbleiterkörper in Berührung gebrachten Nadelelektrode herbeigeführt wird.

3. Verfahren zur Herstellung einer Elcktrolumineszenzanzeigevorrichtung nach Anspruch I₁ bei dem auf e..,em einkristallinen Halbleitersubstrat einer ersten LeitfähigJ-.eitsar; jine Schicht einer zur ersten Leitfähigkeitsart entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitsart epitaktisch ni.' -.!ergeschlagen wird, bei dem mehrere Metallelektroden auf der Epitaxieschicht gebildet werden und bei dem mesaförmige Vorsprünge erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallelektroden als Ätzmasken für die Ätzung der mesaförmigen Vorsprünge verwendet werden.