DE2949245A1

DE2949245A1 - Lichtemittierende diode

Info

Publication number: DE2949245A1
Application number: DE19792949245
Authority: DE
Inventors: Gunther Dr. 7100 Heilbronn Fenner; Klaus Dr. 7101 Untergruppenbach Gillessen; Werner Dr. 7101 Flein Schairer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1979-12-07
Filing date: 1979-12-07
Publication date: 1981-06-11

Description

Lichtemittierende Diode
Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Diode, deren mit dem Halbleiterkörper den pn-Übergang bildende Halbleiterzone durch eine Elektrode kontaktiert ist.
Lichtemittierende Dioden (LED's) bestehen heute im allgemeinen aus einem Halbleitergrundkörper (Substrat) mit einer epitaktischen Schicht, in die eine Halbleiterzone eingebracht ist, die mit der epitaktischen Schicht einen pn-Übergang bildet. Das Substrat hat den gleichen Leitungstyp wie die epitaktische Schicht, so daß an der Unterseite des Substrats ein Kontakt zur Kontaktierung der epitaktischen Schicht angebracht werden kann. Die in die epitaktische Schicht eingebrachte Halbleiterzone, die den entgegengesetzten Leitungstyp wie die epitaktische Schicht aufweist, wird von der Oberfläche der epitaktischen Schicht aus durch eine Elektrode kontaktiert, die auf die Oberfläche der Halbleiterzone aufgebracht wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß diese bekannte Dioden struktur Nachteile im Betriebszustand sowie auch bei ihrer Herstellung aufweist. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine lichtemittierende Halbleiterdiode anzugeben, die diese Nachteile nicht aufweist. Diese Aufgabe wird bei einer lichtemittierenden Diode der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Elektrode zur Kontaktierung des Halbleiterkörpers auf derselben Seite wie die Elektrode zur Kontaktierung der Halbleiterzone angeordnet ist.
Der Halbleiterkörper der Diode besteht im allgemeinen aus einem Halbleitergrundkörper als Substrat mit einer epitaktischen Schicht, die denselben Leitungstyp wie der Halbleitergrundkörper aufweist und den eigentlichen Halbleiterbereich für die Diode bildet. Anstelle eines Halbleitergrundkörpers mit epitaktischer Schicht kann jedoch auch ein Halbleiterkörper ohne epitaktische Schicht verwendet werden.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß eine Verringerung der Dicke des Halbleiterkörpers zur Vergrößerung der Lichtausbeute nach dem Anbringen der Elektroden erfolgen kann, so daß bei einer Reihe von Verfahrensschritten keine Bruchgefahr der Halbleiterscheibe mehr besteht. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das von der Diode erzeugte Licht ungehindert auf der den Elektroden gegenüberliegenden Seite aus dem Halbleiterkörper austreten kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind diejenigen Teile der beiden Elektroden, die einander benachbart sind, durch eine Isolierschicht bedeckt, die sich von der einen Elektrode zur anderen Elektrode erstreckt. Die Isolier- schicht wird so angebracht und ist so ausgebildet, daß Kurzschlüsse zwischen den beiden Elektroden beim Aufbau vermieden werden. Auf den Elektroden muß natürlich diejenige Fläche von der Isolierschicht unbedeckt bleiben, die zur Kontaktierung benötigt wird.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist am Rand des Halbleiterkörpers eine Halbleiterzone vorhanden, die den entgegengesetzten Leitungstyp wie der Halbleiterkörper aufweist und die derart ausgebildet ist, daß sie beim Aufbringen von Lot auf die Elektroden eine Berührung des Lotmaterials mit Halbleitermaterial vom Leitungstyp des Halbleiterkörpers, insbesondere auf der Seitenfläche des Halbleiterkörpers, verhindert.
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt eine lichtemittierende Diode, deren Halbleiterkörper aus einem Halbleitersubstrat 1 und einer darauf aufgebrachten epitaktischen Schicht 2 besteht. Das Halbleitersubstrat 1 und die epitaktische Schicht 2 haben den gleichen Leitungstyp. Das Halbleitersubstrat 1 besteht beispielsweise aus GaP. Auf diesem Substrat wird beispielsweise eine n-leitende GaAs1 xPx-Schicht epitaktisch abgeschieden (x = 0,6 für orange, 0,85 für gelbe und 1 für grüne LED's).
Nach der Figur 1 ist in die epitaktische Schicht 2 eine Halbleiterzone 3 eingebracht, die den entgegengesetzten Leitungstyp wie die epitaktische Schicht 2 aufweist und deshalb mit der epitaktischen Schicht 2 einen pn-Übergang 4 bildet. Im Auführungsbeispiel der Figur 1 hat die Halbleiterzone 3 beispielsweise den p-Leitungstyp.
Die Halbleiterzone 3 wird beispielsweise durch Diffusion, Ionenimplantation oder durch Epitaxie hergestellt. Zu diesem Zweck wird z. B. auf die epitaktische Schicht 2 eine Isolierschicht 5 aufgebracht, die als Diffusions-bzw. Implantationsmaske sowie zum Schutz des pn-Überganges dient. Diese Isolierschicht 5 wird mit einem Fenster versehen, durch das die Halbleiterzone 3 in die epitaktische Schicht 2 eingebracht wird. Die Isolierschicht 5 besteht beispielsweise aus Si3N4. Als Störstellenmaterial zur Herstellung der Halbleiterzone 3 eignet sich beispielsweise Zn.
Die Halbleiterzone 3 wird durch die Elektrode 6 und die epitaktische Schicht 2 durch die Elektrode 7 kontaktiert.
Das Kontaktierungsfenster für die Elektrode 7 wird nach der Herstellung der Halbleiterzone 3 hergestellt, um zu verhindern, daß bei der Herstellung der Halbleiterzone 3 im Bereich vor der Elektrode 7 Störstellenmaterial in die epitaktische Schicht eindringt, welches den entgegengesetzten Leitungstyp erzeugt wie das in der Epitaxieschicht vorhandene Störstellenmaterial. Die Herstellung der Elektroden 6 und 7 erfolgt beispielsweise durch Aufbringen, Einlegieren und Strukturieren einer Metallschicht. Die Metallschicht wird vorzugsweise aufgedampft.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist bei der Diode der Figur 1 eine Isolierschicht 8 vorhanden, die sich von der Elektrode 6 zur Elektrode 7 erstreckt und derart ausgebildet ist, daß sie einen Kurzschluß durch Lot oder Klebstoff zwischen den beiden Elektroden 6 und 7 verhindert. Die Isolierschicht 8 darf natürlich nicht die gesamte Fläche der Elektroden bedecken, sondern sie muß genügend Elektrodenoberfläche für die Kontaktierung unbedeckt lassen. Die Isolierschicht 8 besteht beispielsweise aus SiO2 oder aus Si3N4.
Die Figur 1a zeigt die Diode im Querschnitt, die Figur 1b dagegen in Draufsicht. Die Figur 2 zeigt die Diode in perspektivischer Darstellung.
Die Anordnung der Figuren 1 und 2 mit den beiden Elektroden auf der einen Hauptfläche des Halbleiterkörpers hat den Vorteil, daß die Verringerung der Dicke des Halbleiterkörpers im letzten Arbeitsgang oder in einem der letzten Arbeitsgänge durchgeführt werden kann. Dadurch wird die Bruchgefahr verringert.
Der weitere Aufbau der Diode der Figuren 1 und 2 erfolgt beispielsweise in der aus der Figur 3 ersichtlichen Weise. Nach der Figur 3 wird die Diode der Figur 1 mit ihrer Kontaktseite nach unten auf einen Träger 9 aufgebracht, der mit den Leitbahnen 10 und 11 zur Kontaktierung der Elektrode 6 bzw. der Elektrode 7 versehen ist. Die Elektroden 6 und 7 werden mittels eines leitfähigen Klebers oder Lot 12 mit je einer Leitbahn verbunden. Durch die Verbindung der Elektroden mit den zugehörigen Leitbahnen ist die Diode der Figur 3 gleichzeitig mechanisch befestigt und elektrisch kontaktiert.
Die Figur 4 zeigt die Diode der Figur 3 vor dem Aufbringen auf den Träger 9 in perspektivischer Darstellung.
Die Flip-Chip-Kontaktierung der Figuren 3 und 4 hat gegenüber der Drahtkontaktierung den Vorteil, daß nicht wie bei der Drahtkontaktierung ein Draht abreißen kann.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das von der Diode erzeugte Licht durch das Substrat 1 austreten kann.
Für den Fall, daß eine besondere niederohmige Kontaktierung der epitaktischen Schicht erforderlich ist, empfiehlt es sich, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung gegen Schluß der Epitaxie als letzten Bereich eine dünne hochdotierte Schicht aufwachsen zu lassen, die wesentlich niederohmiger als der übrige Teil der Epitaxieschicht ist. Dieser niederohmige Teil der Epitaxieschicht hat beispielsweise eine Dicke von 1 bis 2 #m. Da die Halbleiterzone 3, die im allgemeinen durch Diffusion hergestellt wird, eine Tiefe von beispielsweise 5 bis 10 Fm hat, werden die Verhältnisse am pn-Übergang bzw. die dortige Dotierung durch die niederohmige Oberflächenschicht praktisch nicht beeinträchtigt.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird zur Vermeidung von Kurzschlüssen bei der Montage anstelle der üblichen quadratischen Querschnittsform des Halbleiterkörpers (Chipform) eine solche Form (Rechteckform) gewählt, daß bei ihr die Erstreckung in Richtung der Verbindungslinie zwischen den beiden Elektroden größer ist als in der dazu senkrechten Richtung. Eine derartige Ausführungsform zeigt die Figur 5, bei der der Halbleiterkörper einen rechteckigen Querschnitt aufweist, und zwar derart, daß die Rechtecksseite (13), die parallel zur Verbindungslinie der beiden Elektroden verläuft, länger ist als die dazu senkrechte Rechtecksseite 14.
Die Figur 6 zeigt eine weitere Weiterbildung der Erfindung im Querschnitt (Figur 6a) sowie in der Draufsicht (Figur 6b). Diese Weiterbildung der Erfindung besteht gemäß der Figur 6 darin, daß am Rand des Halbleiterkörpers eine Halbleiterzone 15 vorhanden ist, deren Leitungstyp dem des Halbleiterkörpers bzw. der epitaktischen Schicht 2 entgegengesetzt ist und die sowohl an die Hauptfläche (obere Hauptfläche) des Halbleiterkörpers als auch an die Seitenfläche des Halbleiterkörpers grenzt.
Die Halbleiterzone 15 hat die Aufgabe, bei Anwendung der Flip-Chip-Technik, bei der die Diode durch die Leitbahnen eines Trägers kontaktiert wird, zu verhindern, daß das Verbindungsmittel 12 (Kleber oder Lot) für die Verbindung der Elektroden mit den Leitbahnen einen unerwünschten Kurzschluß herbeiführt. Dies wäre bei der Anordnung der Figur 6 dann der Fall, wenn die zusätzliche Zone 15 nicht vorhanden wäre und wenn das Verbindungsmittel 12 über die Isolierschicht 5 hinaus zur Seitenfläche des Halbleiterkörpers laufen würde. Bei der Anordnung der Figur 6 läuft zwar das Verbindungsmittel 12 über die obere Hauptfläche hinaus zur Seitenfläche, doch verhindert die bei der Anordnung der Figur 6 vorhandene Halbleiterzone 15 einen Kurzschluß zwischen der Halbleiterzone 3 und der epitaktischen Schicht 2.
Die Halbleiterzone 15 erstreckt sich seitlich unter die Isolierschicht 5 und so tief in den Halbleiterkörper bzw.
die epitaktische Schicht, daß das Verbindungsmittel 12 auf der Seitenfläche stets nur die Halbleiterzone 15 berührt und keine Berührung mit der epitaktischen Schicht 2 bzw. mit Halbleitermaterial vom Leitungstyp des Halbleiterkörpers hat. Ein Kurzschluß kann allerdings nur an dem Rand auftreten, dem die Halbleiterzone 3 bzw. deren Elektrode 6 benachbart ist. Da die Elektrode 7 ohnehin die epitaktische Schicht kontaktiert, ist es dagegen belanglos, ob an diesem Rand noch eine zusätzliche Berührung der epitaktischen Schicht durch das Verbindungsmittel 12 erfolgt. Im allgemeinen wird man jedoch die Randzone 15 vom Leitungstyp der Halbleiterzone 3, wie in der Figur 6 dargestellt, allseitig vorsehen.
Die von der Diode erzeugte Strahlung soll von der Elektrode 6 möglichst gut reflektiert werden. Erfüllt das Elektrodenmaterial diese Bedingung nicht, so kontaktiert die Elektrode 6 gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nicht die gesamte Oberfläche der Halbleiterzone 3, sondern nur einen Teil dieser Oberfläche, und zwar nur soviel, wie -für eine niederohmige Kontaktierung der Halbleiterzone 3 erforderlich ist. Diese Bedingung erfüllt beispielsweise gemäß der Figur 7 eine Elektrode 6 mit Kammstruktur.
Zwischen den Zinken der kammförmigen Elektrode befindet sich eine Metallschicht 16, die bessere Reflektionseigenschaften besitzt als die Elektrode 6.
Die Figur 8 zeigt eine andere Weiterbildung der Erfindung, die zur Erniedrigung des Kontaktwiderstandes eine dünne Oberflächenzone höherer Dotierung 17 zumindest im Bereich der Elektrode 7 aufweist. Der einfacheren Herstellung wegen erstreckt sich die Oberflächenzone 17 im allgemeinen über die gesamte Fläche des Halbleiterkörpers. Die Dicke der Oberflächenzone 17 ist wesentlich geringer als die Tiefe des pn-Übergangs 4, so daß die Zone 17 bei einer Erstreckung über die gesamte Oberfläche auf den Lichterzeugungsprozeß keinen Einfluß hat.
Die Figur 9 zeigt eine Diode, bei der auf den Elektroden 6 und 7 aus Metall, z. B. Gold, bestehende Erhöhungen 18 und 19 angebracht sind. Diese Erhöhungen dienen als Kontaktverstärkung für den Fall, daß die Diode nach bekannten Verfahren auf einen Träger aufgelötet wird.
Die Figur 10 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der pn-Übergang 4 der Diode nicht wie bei den anderen Ausführungsbeispielen zur einen Hauptfläche des Halbleiterkörpers verläuft, sondern bei der der pn-Übergang 4 in einem auf dem Halbleiterkörper befindlichen Mesaberg 20 angeordnet ist. Alle anderen Merkmale der vorhergehenden Ausführungsformen gelten sinngemäß auch für die Ausführungsform der Figur 10.

Claims

Patentansprüche e Lichtemittierende Diode, deren mit dem Halbleiterkörper den pn-Übergang bildende Halbleiterzone durch eine Elektrode kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode zur Kontaktierung des Halbleiterkörpers auf derselben Seite wie die Elektrode zur Kontaktierung der Halbleiterzone angeordnet ist.
2) Diode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus einem Halbleitergrundkörper und einer auf den Grundkörper aufgebrachten epitaktischen Schicht vom Leitungstyp des Halbleiterkörpers besteht.
3) Diode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der pn-Übergang zur einen Hauptfläche des Halbleiterkörpers verläuft oder deren pn-Übergang in einem auf dem Halbleiterkörper befindlichen Mesaberg angeordnet ist.
4) Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht vorwiegend durch die den Elektroden gegenüberliegende Seite des Halbleiterkörpers austritt.
5) Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Kurzschlüssen eine Isolierschicht vorgesehen ist, die sich von einer Elektrode zur anderen Elektrode erstreckt und Teile der Elektroden bedeckt.
6) Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Rand des Halbleiterkörpers eine Halbleiterzone vorhanden ist, die den entgegengesetzten Leitungstyp wie der Halbleiterkörper aufweist und die derart ausgebildet ist, daß sie beim Aufbringen von Lot auf die Elektroden eine Berührung des Lotmaterials mit Halbleitermaterial vom Leitungstyp des Halbleiterkörpers, insbesondere auf der Seitenfläche des Halbleiterkörpers, verhindert.
7) Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper in Richtung der Verbindungslinie der beiden Elektroden eine längere Ausdehnung hat als senkrecht zu dieser Verbindungslinie.
8) Diode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper einen rechteckförmigen Querschnitt hat und daß die Rechtecksseite in Richtung der Verbindungslinie der beiden Elektroden länger als die andere Rechtecksseite ist.
9) Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode zur Kontaktierung der Halbleiterzone nur einen Teil der Oberfläche dieser Halbleiterzone bedeckt.
10) Diode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Teil der Oberfläche der Halbleiterzone, der nicht von der Elektrode bedeckt ist, von einer Metallschicht bedeckt ist, die bessere Reflektionseigenschaften aufweist als das Elektrodenmaterial.
11) Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode zur Kontaktierung der Halbleiterzone kammförmig ausgebildet ist.
12) Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des der Oberfläche des Halbleiterkörpers benachbarten Halbleiterkörpers höher dotiert ist als der der Halbleiterzone unmittelbar benachbarte Teil.
13) Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mit aus Metall bestehenden Erhöhungen versehen sind.