DE3905418A1

DE3905418A1 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE3905418A1
Application number: DE3905418A
Authority: DE
Inventors: Ursula Dipl Ing Liebeck
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1989-02-22
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1990-08-23
Also published as: DE3905418C2

Description

Halbleiter-Bauelemente werden an ihren einander gegen überliegenden großflächigen Oberflächenseiten mit meist metallischen Kontakten versehen, um eine externe Beein flussung des Bauelements, beispielsweise durch Anlegen einer Spannung, zu ermöglichen. Auf der Oberfläche des Bauelements werden zur Kontaktierung Elektroden, bei spielsweise aus Gold, aufgedampft und mittels Bonddräh ten zu externen Anschlußelementen weitergeführt; als Kontaktmaterialien können aber auch Legierungen vorge sehen werden.

Ein großes Problem derartiger Elektroden ist, daß durch die sogenannte Ionenmigration Ionen des Elektrodenmate rials, beispielsweise Gold-Ionen, in den Halbleiterkör per wandern. Dieser Effekt ist bei Anlegen eines äußeren Felds, das beispielsweise zum Betrieb des Bauelements erforderlich ist, besonders stark ausgeprägt.

Die kontinuierliche Abwanderung der Fremdionen des Elek trodenmaterials in den Halbleiterkörper bewirkt eine Verunreinigung des Halbleitermaterials mit unerwünschten Störstellen; es treten dadurch Alterungs- bzw. Degrada tionseffekte auf, die die Qualität bzw. Funktion des Bauelements negativ beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nach teile zu vermeiden und ein Halbleiter-Bauelement anzu geben, bei dem die Ionenmigration von den Elektroden in den Halbleiterkörper weitgehend verhindert werden kann.

Dies wird bei einem Halbleiter-Bauelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch erreicht, daß beabstandet von der Hauptelektrode mindestens eine zu sätzliche Hilfselektrode angebracht ist, die für die Beaufschlagung mit einer Spannung vorgesehen ist, die eine zur Hauptelektrode entgegengesetzte Polarität be sitzt.

Die Hilfselektrode kann dabei entweder auf der Ober fläche des Bauelements oder im Innern des Halbleiter körpers angebracht werden.

Vorzugsweise besteht die Hilfselektrode aus dem gleichen Material wie die Hauptelektrode.

Durch Anlegen einer Spannung an die Hilfselektrode(n) wird ein Hilfsfeld zwischen Hauptelektrode und Hilfs elektrode(n) im Oberflächenbereich des Bauelements er zeugt, das die durch Ionenmigration aus der Hauptelek trode austretenden Ionen in Richtung Hilfselektrode(n) leitet, wo sie abgesaugt werden. Damit wird vermieden, daß die unerwünschten Fremd-Ionen des Elektrodenmate rials tiefer ins Innere des Halbleiterkörpers eintreten. Die angelegte Spannung an die Hilfselektrode(n) und da mit die Feldstärke des Hilfsfelds darf dabei nicht so groß werden, daß der Betrieb des Bauelements durch die dadurch erzeugten Ströme beeinträchtigt wird. Deshalb wird das Hilfsfeld beispielsweise dann angelegt, wenn das Bauelement gerade nicht im Betrieb ist; eine andere Möglichkeit besteht darin, die Spannung an die Hilfs elektrode(n) nur in einem bestimmten zeitlichen Abstand, d. h. pulsförmig anzulegen. Ist das Bauelement in inte grierten Schaltungen eingesetzt, ist auch denkbar, daß der Entladestrom von Kondensatoren beim Abschalten der integrierten Schaltung zur Erzeugung des Hilfsfelds ver wendet wird.

Der Durchmesser der Hilfselektrode(n) wird in Abhängig keit der Größe der Hauptelektrode gewählt. Je nach Bau element sind die Hilfselektroden gleich groß oder klei ner als die Hauptelektrode.

Der Abstand der Hilfselektrode(n) von der Hauptelektrode wird dabei so gewählt, daß die Feldstärke ausreicht, die Fremd-Ionen zu beeinflussen.

Die Erfindung soll nachstehend noch anhand von Ausfüh rungsbeispielen beschrieben werden.

Dabei ist in Fig. 1 ein Bauelement dargestellt, das in Sperr-Richtung gepolt ist, in Fig. 2 ein Bauelement, das in Durchlaß-Richtung gepolt ist.

Die Fig. 1 zeigt eine Kapazitätsdiode, bei der auf einer N-leitenden Halbleiterschicht 1 eine P-leitende Halbleiterschicht 2 aufgebracht ist. Die Rückseite des Bauelements ist durch den Rückseitenkontakt 3, die Ober fläche mittels der Hauptelektrode 4 kontaktiert. Die Hauptelektrode 4 wird an den negativen Pol, der Rück seitenkontakt 3 an den positiven Pol einer Spannungs quelle angeschlossen, so daß eine als Kondensator wirk same ladungsträgerarme Schicht 6 in der Nähe des PN- Übergangs 5 entsteht.

Auf der Oberfläche des Bauelements sind lateral zur Hauptelektrode 4 zwei weitere Hilfselektroden 7 ange bracht, die kleiner als die Hauptelektrode 4 sind und beispielsweise bei einem Durchmesser der Hauptelektro de 4 von 100 µm einen Durchmesser von 50 µm besitzen. Wie die Hauptelektrode 4, bestehen auch die Hilfselek troden 7 aus Gold und sind mittels Bonddrähten 8 an die Versorgungsspannung angeschlossen; beide Hilfselektroden besitzen dabei positive Polarität.

Um eine Ionenmigration in die P-Schicht bzw. in die Kapazitätszone 6 zu vermeiden, wird nun pulsförmig, beispielsweise alle 1000 s, an die Hilfselektroden 7 eine Gleichspannung angelegt; durch das daraus resul tierende elektrische Feld werden die aus der Hauptelek trode 4 austretenden Ionen entlang der Oberfläche der P-Schicht 2 in Richtung Hilfselektroden 7 geleitet. Bei einer Versorgungs- bzw. Betriebsspannung der Kapazitäts diode von 20 V wird beispielsweise eine Spannung von 0,1 bis 1 V an die Hilfselektroden angelegt.

Bei einer Breite des Bauelements von beispielsweise 300 µm beträgt der Abstand zwischen Hauptelektrode 4 und Hilfselektrode 7 beispielsweise 20 µm.

Die Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht ein Bau element, beispielsweise eine Leuchtdiode, bei der auf einer P-leitenden Halbleiterschicht 1 eine N-leitende Halbleiterschicht 2 aufgebracht wird. Anschließend wird die Hilfselektrode 7 a, die eine kammförmige Struktur be sitzt, auf die Oberfläche der N-leitenden Schicht 2 beispielsweise aufgedampft und mittels einer weiteren, dünnen N-leitenden Schicht 2 a bedeckt. Diese N-leitende Oberflächenschicht 2 a wird mittels der Elektrode 4, die P-leitende Schicht 1 mittels der Elektrode 3 kontak tiert. Die Elektrode 4 wird an den negativen Pol, die Elektrode 3 an den positiven Pol einer Spannungsquelle angeschlossen, so daß die Leuchtdiode in Durchlaßrich tung gepolt ist. Die Hilfselektrode 7 a ist mittels der Zuleitung 8 a an den positiven Pol einer Spannungsquelle angeschlossen.

Die Dicke der Halbleiterschicht 2 a wird so gewählt, daß sie beispielsweise 10% des Abstands zwischen den beiden Hauptelektroden 8 beträgt.

Wenn nun das Bauelement gerade nicht in Betrieb ist, wird kurzzeitig an die Hilfselektrode 7 a eine positive Spannung angelegt, wodurch die durch Ionenmigration aus der Elektrode 4 in den Halbleiterkörper einwandernden Fremd-Ionen nach Durchlaufen der dünnen Oberflächen schicht 2 a von der Hilfselektrode 7 a abgesaugt werden. Bei einer Versorgungsspannung der Leuchtdiode von 1,5 V wird beispielsweise eine Spannung von 0,1 bis 1,5 V wäh rend einer Zeitdauer von 1 ms an die Hilfselektroden angelegt. Bei einer Höhe der Leuchtdiode von beispiels weise 300 µm ist die Hilfselektrode beispielsweise 30 µm unterhalb der Oberfläche angeordnet.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Verhinderung der Ionenmigration läßt sich bei allen Halbleiter-Bauele menten einsetzen.

Vorzugsweise werden jedoch solche Bauelemente mit Hilfs elektroden versehen, bei denen eine vorzeitige Degrada tion aus Kostengründen vermieden werden soll bzw. solche Bauelemente, bei denen eine besondere Konstanz der Bau elemente-Eigenschaften verlangt wird. Als Beispiele hierzu lassen sich integrierte Schaltungen oder Fre quenzgeber anführen.

Claims

1. Halbleiter-Bauelement mit wenigstens einer Hauptelek trode (4) auf der Oberfläche und einem Rückseitenkontakt (3) auf der gegenüberliegenden Seite des Bauelements, dadurch gekennzeichnet, daß beabstandet von der Haupt elektrode (4) mindestens eine zusätzliche Hilfselektrode (7, 7 a) angebracht ist, die für die Beaufschlagung mit einer Spannung vorgesehen ist, welche eine zur Hauptelek trode (4) entgegengesetzte Polarität besitzt.

2. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hilfselektrode (7) auf der Ober fläche des Bauelements angeordnet ist (Fig. 1).

3. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß sich die Hilfselektrode (7) ringförmig um die Hauptelektrode (4) erstreckt.

4. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hilfselektrode (7 a) durch eine Oberflächen-Halbleiterschicht (2 a) von der Hauptelek trode (4) getrennt ist (Fig. 2).

5. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hilfselektrode (7 a) kammförmig ausgebildet ist.

6. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (7, 7 a) aus dem gleichen Material wie die Hauptelektrode (4) besteht.

7. Verfahren zum Betrieb eines Halbleiter-Bauelements nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anlegen einer Gleichspannung an die Hilfselektrode(n) (7, 7 a) ein Hilfsfeld mit einer solchen Stärke erzeugt wird, daß aus der Hauptelektrode (4) austretende Ionen (9) zur Hilfselektrode (7, 7 a) hin beschleunigt werden, ohne daß das zwischen Hauptelektrode (4) und Rückseiten kontakt (3) wirkende elektrische Feld beeinträchtigt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsfeld entweder kontinuierlich oder nur zu bestimmten Zeitpunkten erzeugt wird.

9. Verwendung einer Anordnung nach Anspruch 1 bis 6 zur Vermeidung der Ionenmigration bei Halbleiter-Bauelemen ten von der Hauptelektrode (4) ins Innere des Halblei terkörpers (2, 6, 1).