DE3208638C2 - - Google Patents
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- H01L33/0008—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lumineszenzdiode,
wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 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 Bahnwiderstandes hochdotierten,
p-leitenden Substratkörper aus Siliziumkarbid, auf
dessen Oberseite 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 n-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 obersten Schicht dieses Mesa-Aufbaus ist die
eine Elektrode als Stromzuführungskontakt angebracht. Die
Gegenelektrode besteht in einer entsprechenden Metallisierung
der Rückseite des Substratkörpers
[siehe z. B. Solid State Electronics 21, 1129-1132 (1978)].
Eine solche bekannte Siliziumkarbid-Lumineszenzdiode sendet
blaues Licht aus, und zwar in Richtung des
Mesa-Aufbaus. Lumineszenzstrahlung,
die zwar in der Übergangsschicht erzeugt wird, jedoch
in Richtung zu dem Substrat ausgesandt wird - und
dies ist ein wesentlicher Anteil der insgesamt erzeugten
Lumineszenzstrahlung -, wird in dem hochdotierten Siliziumkarbid-
Substratkörper weitgehend absorbiert.
Es ist 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 der Anspruchs 1 gelöst.
Bei der Erfindung sit die Verwendung eines elektrisch
isoliertenden bzw. niedrigdotierten Substratkörpers vorgesehen.
Diese Eigenschaft des Substratkörpers gewährleistet,
daß aus dem strahlungsemittierenden Übergang zu dem Substratkörper
ausgesandte Lumineszenzstrahlung diesen ohne
wesentliche Absorption durchdringen kann. Anstatt, wie bei
der bekannten Siliziumkarbid-Lumineszenzdiode, den Substratkörper
als Stromzuführung zu benutzen, ist bei der Erfindung
eine direkte Kontaktierung beider Schichten des pn-Überganges
vorgesehen, wie dies in anderem Zusammenhang für eine
Lumineszenzdiode mit Saphir als Material des Substratkörpers
bekannt ist (US-PS 41 53 905).
Es kann als Weiterbildung auch 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.
Die Lumineszenzdiode kann einen Mesa-Aufbau aufweisen,
der sich - abgesehen
von der zweiten Schicht - nur auf einen Anteil der ersten
(auf dem Substratkörper befindlichen) Schicht erstreckt.
Damit wird erreicht, daß diese erste Schicht auf dem
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 Mesa-Aufbau für
die Lumineszenzdiode vorzusehen, kann diese
auch so aufgebaut sei, 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
einem 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 Ausführungsformen der Erfindung
ist der erfindungsgemäß ausgewählte Halbleiter-Substratkörper mit 1
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 Gegenelektrode
ist ebenfalls mit 6 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. Mit den ebenfalls nur wenigen Pfeilen 8
ist auf die zwar ebenfalls im Bereich des Übergangs 4
erzeugte, jedoch in Richtung in den Substratkörper ausgesandte
Lumineszenzstrahlung hingewiesen, die beim Stand
der Technik 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
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 speziellen
Ausführungsform nach Fig. 1 hingewiesen. Wie in
der Fig. 1 dargestellt, verläuft die Kontur bzw. die Oberfläche
dieses Mesa-Aufbaus 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, daß
an Stellen neben bzw. abseits der Gegenelektrode 6 diese
Kontur 10 des Mesa-Aufbaus auch bis auf bzw. bis in den
Substratkörper reichen kann.
Die voranstehenden Ausführungen gelten sinngemäß auch
für die Ausführungsbeispiele der Fig. 2 und 3. Beim 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. 4 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 sei zu der Ausführungsform
nach den Fig. 1 und 4 gezeigt und beschrieben ist.
Claims (2)
1. Lumineszenzdiode mit einer auf einem Siliziumkarbid-Halbleiterkörper
befindlichen ersten, epitaktisch abgeschiedenen
Schicht aus Siliziumkarbid-Halbleitermaterial des einen
Leitungstpys, mit einer auf dieser ersten Schicht befindlichen
zweiten, epitaktisch abgeschiedenen Schicht aus Siliziumkarbid-
Halbleitermaterial des anderen Leitungstpys, und mit
zwei Elektroden, von denen sich die eine Elektrode auf der
zweiten Schicht befindet,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Siliziumkarbid des Halbleiterkörpers (1) derart niedrig dotiert ist, daß der Halbleiterkörper (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
daß die andere Elektrode (6) auf einem freiliegenden Teil der ersten Schicht (2) angebracht ist.
daß das Siliziumkarbid des Halbleiterkörpers (1) derart niedrig dotiert ist, daß der Halbleiterkörper (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
daß die andere Elektrode (6) auf einem freiliegenden Teil der ersten Schicht (2) angebracht ist.
2. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rückseite ds Halbleiterkörpers (1) zur Rückreflexion
der am Übergang erzeugten Lumineszenzstrahlung verspiegelt
ist.
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