DE3129967A1

DE3129967A1 - Lichtaussendendes halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE3129967A1
Application number: DE19813129967
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Phys. 8150 Holzkirchen Späth; Walter Ing.(grad.) 8130 Starnberg Wegleiter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-07-29
Filing date: 1981-07-29
Publication date: 1983-02-17
Also published as: JPS5830172A; DE3129967C2; JPH0316793B2

Description

Lichtaussendes Halbleiterbauelement
Die Erfindung betrifft lichtaussendendes Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper eines Leitungstyps, in den wenigstens eine Zone des anderen, zum einen entgegengesetzten Leitungstyps eingebracht ist, mit einer Isolierschicht, die Bereiche der Oberfläche des Halbleiterkörpers abdeckt, in denen der pn-Übergang zwischen der Zone und dem Halbleiterkörper diese Oberfläche erreicht, und mit wenigstens einer Metallschicht, die Be reiche der Oberfläche der Zone in Fenstern der Isolierschicht kontaktiert Wenn Leuchtdioden monolithisch integriert werden und so eng benachbart nebeneinander liegen, kann ein sogenanntes "Übersprechen" auftreten, also eine gegenseitige unerwünschte Beeinflussung der Abstrahleigenschaften der einzelnen Leuchtdioden Dieses übersprechen behindert die Herstellung definierter Leuchtflecken. Auch kann gegebenenfalls Licht zwischen Leiterbahnen austreten9 die zu einzelnen Leuchtdioden führen Ein solcher Lichtaustritt beeinträchtigt ebenfalls die Herstellung von definierten Leuchtflecken Es wurde bereits daran gedacht, dünne metallische Schichten in den Bereichen zwischen den einzelnen Leiterbahnen aufzutragen, wodurch der Lichtaustritt zwischen diesen verhindert werden soll Zur Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen den Leiterbahnen ist es dann aber erforderlich, zuvor noch eine Isolierschicht, die beispielsweise eine Nitridschicht oder eine Oxidschicht sein kann, aufzubringen. Diese Isolierschicht verhindert einen Kurzschluß zwischen den Leiterbahnen und den metallischen Schichten und dient gleichzeitig als Antireflexschicht auf den emittierenden Flächen.
Metallische Schichten besitzen aber ein hohes Reflexionsvermögen, was den optischen Eindruck der integrierten Leuchtdioden insgesamt stören kann. Auch sind Kurzschlüsse möglich, die durch Löcher in der Isolierschicht erfolgen, die auf die Leiterbahnen aufgetragen ist. Diese Kurzschlüsse bedingen Ausbeuteverluste bei der Herstellung der integrierten Lêuchtdioden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein lichtaussendendes Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das monolithisch hergestellt werden kann und einen klar definierten Leuchtfleck ohne Lichtaustritt zwischen benachbarten Leiterbahnen besitzt.
Diese Aufgabe wird bei einem lichtaussendenden Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Metallschicht, dem freiliegenden Oberflächenbereich der Zone und den nicht mit der Metallschicht bedeckten Bereichen der Isolierschicht ein dünner Isolierfilin vorgesehen ist, und daß im Bereich der Metallschicht außerhalb des Fensters über dem Isolierfilm eine Halbleiterschicht angeordnet ist.
Für die Halbleiterschicht wird in vorteilhafter Weise eine Siliciumschicht verwendet. Diese Siliciumschicht ist relativ hochohmig, so daß geringe Querströme auftreten, wenn Löcher in der z. B. aus Al203 oder Si3N4 bestehenden Isolierschicht vorhanden sind. Zwischen benachbarten Leiterbahnen tritt kein Kurzschluß auf, da das Silicium mit diesen Leiterbahnen in möglicherweise bestehenden Löchern Schottky-Kontakte bildet, von denen immer einer in Sperrichtung gepolt ist. Die Sperrströme reichen nicht aus, um Leuchtdioden zum Leuchten zu bringen. Dies beruht darauf, daß bei den bestehenden geringen Potentialunterschieden zwischen den einzelnen Leiterbahnen durch die Siliciumschicht eine ausreichende Sperrfähigkeit gewährleistet ist.
Die Siliciumschicht verringert die Reflexion an der Oberfläche auf ca. 30 % gegenüber 90 % bei metallischen Oberflächen, bezogen auf die einfallende Strahlung. Wenn noch zusätzlich eine geeignete Vergütungsschicht auf die Siliciumschicht aufgetragen wird, dann kann die Reflexion der Oberfläche des Halbleiterkörpers für die emittierten Wellenlängen der Leuchtdioden praktisch zum Verschwinden gebracht werden.
Der Isolierfilm besteht in vorteilhafter Weise aus Siliciumnitrid, während für die Isolierschicht insbesondere Si 3N4 oder Al203 verwendbar ist. Der Isolierfilm ist etwa O,08 /um dick, während die aus Silicium bestehende Halbleiterschicht eine Schichtdicke von etwa 0,8 /um aufweist. Die Schichtdicke d des Isolierfilms errechnet sich aus d = #/(no4) mit a = Emissionswellenlänge und n = Brechungsindex des Isolierfilms, so daß sich für #= 660 nm und Si3N4 der erwähnte Wert ergibt.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung nän her erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch ein bestehendes lichtaussenjendes Halbleiterbauelement, Fig 2 eine Draufsicht auf das Halbleiterbauelement der Fig. 1 und Fig. 3 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement.
In den Figuren sind einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 sind in einem insbesondere aus Galliumarsenid bestehenden Substrat 1 zwei wannenförmige Zonen 3 und 4 vorgesehen, die entgegengesetzt zum Substrat 1 dotiert sind und mit diesem einen pn-ffbergang 11 bilden. Auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 bzw. der Zonen 3, 4 ist eine Isolierschicht 6 aufgetragen, die aus Si3N4 oder A1203 besteht und in die mittels des üblichen Fotolack- und Ätzverfahrens Fenster 13 eingebracht sind.
Durch diese Fenster 13 werden die Zonen 3, 4 durch Metallschichten 5 kontaktiert, die ihrerseits in Leiterbahnen 15 (vergleiche Fig. 2) übergehen. Auf dieser Metallschicht 5, den freiliegenden Bereichen der Zonen 3 und 4 und den freiliegenden Bereichen der Isolierschicht 6 befindet sich eine als Schutzfilm dienende Siliciumnitridschicht 7.
Wenn eine Leuchtdiode mit einem derartigen Aufbau mit Spannung beaufschlagt, so tritt Licht über die dünne Siliciumnitridschicht oberhalb der Zonen 3, 4 aus, wie dies durch Wellenpfeile 16, 17 angedeutet ist. Es hat sich aber gezeigt, daß bei enger Nachbarschaft der Zonen 3, 4 auch über die dazwischenliegende Isolierschicht 6 ein Lichtaustritt erfolgen kann, wie dies durch Pfeile 18 angedeutet ist. Zur Verhinderung dieses unerwünschten Lichtaustritts kann in diesem Bereich eine Metallschicht aufgetragen werden. Diese erhöht Jedoch die Reflexion der Oberfläche der gesamten Anordnung und führt außerdem zu Querströmen, wenn Löcher in der Siliciumnitridschicht 7 vorhanden sind. In Fig. 2 sind so beispielsweise Löcher 20, 21, 22 und 23 gezeigt. Wird eine Metallschicht auf die Anordnung der Fig. 1 aufgedampft, dann tritt über die Löcher 21 und 23 ein Kurzschluß zwischen den beiden Leiterbahnen 15 auf. Außerdem leuchten bei An steuerung einer der Dioden beide Dioden.
Fig. 2 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung9 bei der anstelle einer metallischen Belegung eine etwa 0,5 bis 1,0 jum dicke Siliciumschicht 10 im Bereich oberhalb der Isolierschicht 6 zwischen den Zonen 3 und 4 aufgetragen wird. Diese Siliciumschicht 10 aus Si3N4 oder Al203 hat ein wesentlich geringeres Reflexionsvermögen als eine Metallschicht und verhindert ausreichend Sperrströme zwischen den einzelnen Metallschichten, da bei möglicherweise in der Siliciumnitridschicht 7 vor handenen Löchern immer eine Verbindungsstelle zwischen der Siliciumschicht 10 und den Metallschichten 5 als Schottky-Kontakt wirkt, der in Sperrichtung vorgespannt ist.
3 Figuren 12 Patentansprüche Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Lichtaussendendes Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper (1) eines Leitungstyps, in den wenigstens eine Zone (3s 4) des anderen9 zum einen entgegengesetzten Leitungstyps eingebracht ist, mit einer Isolierschicht (6), die Bereiche der Oberfläche des Halb leiterkörpers (1) abdeckt9 in denen der pn-übergang (11) zwischen der Zone (3, 4) und dem Halbleiterkörper (1) diese Oberfläche erreicht, und mit wenigstens einer Metallschicht (5), die Bereiche der Oberfläche der Zone (3, 4) in Fenstern (13) der Isolierschicht (6) kontaktiert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß auf der Metallschicht (5), dem freiliegenden Ober flächenbereich der Zone (3, 4) und den nicht mit der Metallschicht (5) bedeckten Bereichen der Isolierschicht (6) ein dünner Isolierfilm (7) vorgesehen ist, und daß im Bereich der Metallschicht (5) außerhalb des Fensters über dem Isolierfilm (7) eine Halbleiterschicht (10) angeordnet ist 2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolierfilm (7) mit einer solchen Dicke versehen ist, daß er als Antireflexbelag wirkt 3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolierfilm (7) aus Siliciumnitrid besteht 4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t 7 daß die Halbleiterschicht (10) aus Silicium besteht 5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Halbleiterschicht (10) den Bereich über der Isolierschicht (6) zwischen zwei benachbarten Zonen (3, 4) überdeckt.

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t , daß die Isolierschicht (6) aus Siliciumdioxid besteht.

7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dicke des Isolierfilms (7) so gewählt ist, daß dieser als Vergütungsfilm wirkt.

8. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Isolierfilm (7) etwa 0,08 /um dick ist.

9. Salbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Halbleiterschicht (10) 0,5 bis 1,0 /um dick ist.

10. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Halbleiterschicht (10) in gegebenenfalls im Isolierfilm (7) vorhandenen Löchern mit der Metallschicht (5) Schottky-Kontakte bildet.

11. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Zone (3, 4) durch Diffusion hergestellt ist.

12. Integrierte Leuchtdiodenanordnung, bestehend aus Halbleiterbauelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 11.