DE3208638A1

DE3208638A1 - Lumineszenzdiode aus siliziumkarbid

Info

Publication number: DE3208638A1
Application number: DE19823208638
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr.Rer.Nat. Hoffmann; Dietmar Dr.-Ing. 8000 München Theis; Claus Dr. Phil. 8000 München Weyrich; Günther Dr.rer.nat. 8520 Erlangen Ziegler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-03-10
Filing date: 1982-03-10
Publication date: 1983-09-22
Also published as: JPS58166779A; DE3208638C2; US4531142A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA δ? Ρ 1 1 6 8 DE

Lumineszenzdiode aus Siliziumkarbid.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lumineszenzdiode, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 5- 1 angegeben ist.

Aus dem Stand der Technik ist ein Mesa-Aufbau einer Lumineszenzdiode aus Siliziumkarbid bekannt. Dieser Aufbau besteht aus einem zur Erzielung eines geringen Bahnwiderstands hochdotierten p-leitenden Substratkör- ' per aus Siliziumkarbid, auf dessen Oberfläche sich eine erste epitaktisch abgeschiedene Schicht aus Siliziumkarbid mit Aluminium-Dotierung und auf dieser Schicht eine zweite Schicht befindet, die mit Aluminium und Stickstoff dotiert ist und die dementsprechend η-leitend ist. ■Der eigentliche Mesa-Aufbau ist derart, daß der Mesa nicht nur durch die beiden Schichten, sondern auch noch durch einen wesentlichen Anteil des Substratkörpers gebildet ist, d.h. es sind Randbereiche des Substratkörpers entfernt, die die beiden genannten ebenfalls mesaförmigen Schichten umgeben. Auf der zweitobersten Schicht dieses Mesa-Aufbaues ist die eine Elektrode als ■ Stromzuführungskontakt angebracht. Die Gegenelektrode besteht in einer entsprechenden- Metallisierung derjenigen Rückseite des Substratkörpers, die - bezogen auf den Substratkörper - dem Mesa-Aufbau gegenüberliegend .ist..

Eine solche bekannte Siliziumkarbid-Lumineszenzdiode sendet blaues Licht aus, und zwar - gesehen aus der Richtung des Substratkörpers - in Richtung weg vom Substratkörper und seinem Kesa-Aufbau. Lumineszenzstrah-

Bts 1 BIa / 9.3.1982

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lung, die zwar in der Übergangsschicht erzeugt wird, jedoch in Richtung in das Substrat ausgesandt wird - und dies ist ein wesentlicher Anteil der insgesamt erzeugten Lumineszenzstrahlung - wird in dem hochdotierten SiIi- . ziumkarbid-Substratkörper weitgehend absorbiert.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aufbau für eine Siliziumkarbid-Lumineszenzdiode anzugeben, die eine höhere Lichtausbeute als vergleichbare Dioden des Standes der Technik hat.

Diese Aufgabe wird für eine Lumineszenzdiode nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. erfindungsgemäß mit Hilfe der Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. ·'

Bei der Erfindung ist die Verwendung eines elektrisch isolierenden bzw. niedrigdotierten Substratkörpers vorgesehen. Diese gemäß einem erfindungsgemäßen Merkmal vorgesehene Eigenschaft des Substratkörpers gewährleistet, daß aus dem Strahlungsemittierenden Übergang in den Substratkörper ausgesandte Lumineszenzstrahlung diesen ohne sehr wesentliche Absorption durchdringen kann. Es kann dabei als Weiterbildung durchaus eine Verspiegelung der Rückseite des Substratkörpers vorgesehen sein, die das durch den Substratkörper hindurch auf diese Fläche auftreffende Licht zurückreflektiert und damit das übrige in Richtung weg vom Substrat ausgestrahlte Lumineszenzlicht verstärkt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß sich die Ausbildung des Mesa-Aufbaues - abgesehen von der zweiten Schicht - nur auf einen Anteil der ersten (auf dem Substratkörper befindlichen) Schicht erstrecl-rt.

Damit wird erreicht, daß diese erste Schicht auf dem

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Substratkörper einen flächenmäßigen Ausläufer besitzt, auf dem sich die zugehörige zweite Gegenelektrode befindet. Wenigstens im Bereich der zweiten Elektrode und in vom Stromfluß durchsetzten Bereichen der ersten Schicht .muß diese erste Schicht über dem Substratkörper noch eine solche Dicke haben, daß der Reihenwiderstand für den Stromfluß durch die Diode hindurch keinen zu großen Wert annimmt.

Anstatt einen wie an sich bekannten Mese-Aufbau auch für die Erfindung vorzusehen, kann eine erfindungsgemäße Diode auch so aufgebaut sein, daß die zweite Schicht völlig oder nahezu völlig abgedeckt wird. Bei völliger Abdeckung ist ein seitlicher elektrischer Kontakt als Gegenelektrode an der ersten Schicht vorzusehen. Bei nur nahezu völliger Abdeckung weist die zweite Schicht eine lochartige oder eine am Rand dieser zweiten Schicht befindliche, bis auf die erste Schicht reichende Aussparung auf, die ausreichend groß ist, Platz für die dort auf der ersten Schicht anzubringende Gegenelektrode zu bieten.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden, anhand der Figuren gegebenen Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor.

Fig.1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung mit bevorzugtem Mesa-Aufbau;

Fig.2 zeigt lediglich schematisch einen alternativen Aufbau mit seitlich an der ersten Schicht angebrachter Gegenelektrode;

Fig.3 zeigt eine weitere -Alternative, nämlich mit einer Aussparung für die Gegenelektrode, d.h. bei nahezu völliger Bedeckung der ersten Schicht,'

Fig.4 zeigt eine Aufsicht einer Ausführungsform nach Fig.1, und

Fig.5 zeigt eine Aufsicht auf eine weitgehend der Fig.3 entsprechende Ausführungsform, bei der die Aussparung bis an den Rand der zweiten Schicht reicht.

Bei allen dargestellten Ausfuhrungsformen der Erfindung ist der erfindungsgemäß ausgewählte Substratkörper mit bezeichnet, Mit 2 ist die erste Schicht und mit 3 ist die zweite Schicht bezeichnet, zwischen denen sich der mit 4 bezeichnete Übergang befindet, in dem bzw. in dessen Nähe die Lumineszenzstrahlung dieser Diode erzeugt wird. Mit 5 ist die eine der beiden Elektroden zur Stromzuführung bezeichnet. Die zweite Elektrode, die hier auch als Gegenelektrode bezeichnet ist, ist bei den Ausführungsbeispielen der Fig.1 und 3 (und damit auch der Fig.4 und 5) mit 6 bezeichnet. Die beim Ausführungsbeispiel der Fig.2 am Rand der Schicht angebrachte Gegen- elektrode ist mit 6¹ bezeichnet.

Mit den wenigen mit 7 bezeichneten Pfeilen ist auf die von der erfindungsgemäßen Lumineszenzdiode weg vom Substratkörper der Diode ausgesandte Lumineszenzstrahlung hingewiesen, wie sie auch bei der für den Oberbegriff zugrunde gelegten bekannten Lumineszenzdiode auftritt und austritt. Kit den ebenfalls nur wenigen Pfeilen 8 ist auf die zwar ebenfalls im Bereich des Übergangs 4 erzeugte, jedoch in Richtung in den Substratlcörper aus-.gesandte Lumineszenzstrahlung hingewiesen, die beim Stand der Technik jedoch durch Absorption verlorengeht. Bei der Erfindung dagegen gelangt diese Strahlung 8 in für diese Strahlung transparentes Siliziumkarbid und kann als Strahlung 8' - wie dargestellt - aus dem Substratkörper 1 wieder austreten oder - bei Vorhandensein einer

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wie beim Ausführungsbeispiel der Fig.1 dargestellten reflektierenden rückseitigen Belegung 9 des Substratkörpers 1 - als Strahlung 8" wieder zurückreflektiert werden. Wie ersichtlich, verstärkt die zurückreflektierte Strahlung 8" die ausgesandte Strahlung 7.

Mit dem Bezugszeichen 10 ist auf den Mesa-Aufbau der spe- ~ ziellen Ausführungsform nach Fig.1 hingewiesen. Wie in der Fig.1 dargestellt, verläuft die Kontur bzw. die Oberfläche dieses Mesa-Aufbaues 10 zumindest dort, wo sich die Gegenelektrode 6 befindet, bis zum äußeren Rand der ganzen Anordnung. Für den Stromfluß zwischen den beiden Elektroden 5 und 6 ergibt sich ein Strompfad, der nicht auf Anteile des - im Falle der Erfindung elektrisch isolierenden - Substratkörpers 1 angewiesen ist. Insbesondere unterhalb der Elektrode 6 ist die Schicht 2 noch so dick, daß ihr Querschnitt keinen nennenswerten (zusätzlichen bzw. störenden) Serienwiderstand verursacht. Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daiB an Stellen neben bzw. abseits der Gegenelektrode 6 diese Kontur 10 des Mesa-Aufbaues auch bis auf bzw. bis in den Substratkörper reichen kann.

Die voranstehenden Ausführungen gelten sinngemäß auch für die Ausführungsbeispiele, der Fig.2 und 3. 3eim Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist seitliche Anbringung der Gegenelektrode 6' an der ersten Schicht vorgesehen. Technologisch einfacher ist es jedoch,· die Gegenelektrode 6 in einer Aussparung 31 der zweiten Schicht 3' anzubringen, wobei diese Aussparung 31 mindestens bis auf die Oberfläche der ersten Schicht 2' herabreicht.

Die Fig. A- zeigt eine Gegenelektrode 6, die einen technologischen Aufbau gleich der Elektrode 5 haben kann. Bei der Darstellung der Fig.5 ist eine Aussparung 51 gezeigt,

• ·

die bis zum Rand der Anordnung reicht und die Platz für eine Gegenelektrode 6 bietet, wie sie zu der Ausführungsforra nach den Fig.1 und 4 gezeigt und beschrieben ist.

3 Patentansprüche
5 Figuren

Claims

Patentansprüche;

1. Lumineszenzdiode mit einer auf einem Substratkörper befindlichen ersten, epitaktisch abgeschiedenen Schicht aus Siliziumkarbid-Halbleitermaterial des einen Leitungstyps, mit einer auf dieser ersten Schicht befindlichen zweiten, epitaktisch abgeschiedenen Schicht aus Siliziumkarbid-Halbleitermaterial des anderen Leitungstyps; und ' mit zwei Elektroden, von denen sich die eine Elektrode auf der zweiten Schicht befindet, wobei der Substratkörper aus Siliziumkarbid besteht,
•gekennzeichnet dadurch, daß das Siliziumkarbid des Substratkörpers (1) derart niedrig dotiert ist, daß dieser Substratkörper (1) für die am Übergang (4) zwischen der ersten Schicht (2) und der zweiten Schicht (3) bei Flußpolung erzeugte Lumineszenzstrahlung (8) weitgehend transparent ist; und dadurch,
daß die andere Elektrode (6) auf einem an sich freiliegenden Anteil der ersten Schicht (2) angebracht ist.

2. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die erste Schicht (2) zur Erzeugung ihres Leitungstyps mit Aluminium dotiert ist und daß die zweite Schicht (3) zur Erzeugung des anderen Leitungstyps mit Aluminium und mit Stickstoff dotiert ist, wobei das Maß der Stickstoff-Dotierung derart überwiegend ist, daß dieser andere entgegengesetzte Leitungstyp vorliegt.

3. Lumineszenzdiode gekennze ichnet durch eine Mesa-Struktur (Fig.1).