DE4205526A1 - Halbleiteranordnung fuer eine infrarotdiode - Google Patents
Halbleiteranordnung fuer eine infrarotdiodeInfo
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Description
Infrarotdioden (IR-Dioden) werden als relativ kleine, langlebige
und preisgünstige Halbleiterbauelemente in vielen Bereichen des
täglichen Lebens eingesetzt - beispielsweise zur Fernsteuerung,
zur Datenübertragung, in Lichtschranken oder in opto-elektronischen
Koppelanordnungen. Beim Anlegen einer Spannung an das Bau
element wird je nach verwendetem Halbleitermaterial Strahlung von
unterschiedlicher Wellenlänge emittiert; durch die Verwendung von
Verbindungshalbleitermaterial kann der Wellenlängenbereich der IR-
Dioden in weiten Grenzen variiert werden (beispielsweise für die
am häufigsten eingesetzten Gallium-Arsenid-Dioden bzw. Gallium-
Aluminium-Arsenid-Dioden zwischen 800 und 1000 nm).
Halbleiteranordnungen von IR-Dioden aus Verbindungshalbleitermate
rial werden üblicherweise mittels der Flüssigphasenepitaxie (LPE)
hergestellt, wobei eine die Verbindungshalbleitermaterialien (bei
spielsweise Gallium, Arsen und Silizium bzw. Gallium, Aluminium,
Arsen und Silizium) enthaltende Schmelze mit dem entsprechenden
Substrat (beispielsweise aus Gallium-Arsenid) in Kontakt gebracht
und abgekühlt wird. Zur Bildung des PN-Übergangs wird im allgemei
nen ein amphoteres Material als Dotierstoff eingesetzt (beispiels
weise Silizium): bei Temperaturen oberhalb eines Umschlagpunkts
wirkt der Dotierstoff als Donator und führt zur N-Leitung des ab
geschiedenen Materials, bei Temperaturen unterhalb des Umschlag
punkts wirkt der Dotierstoff dagegen als Akzeptor und führt zur P-
Leitung des abgeschiedenen Materials. Falls der Epitaxieprozeß
oberhalb des Umschlagpunkts begonnen und unterhalb des Umschlag
punkts beendet wird, kann demzufolge mit einem einzigen Prozeß zu
nächst eine N-leitende Halbleiterschicht und anschließend eine P-
leitende Halbleiterschicht aus dem gleichen Verbindungshalbleiter
material hergestellt werden.
Beim Einsatz der IR-Dioden ist man einerseits an einer Erhöhung
der Leistung und einer Verbesserung des Wirkungsgrads interes
siert; für Anwendungszwecke ist jedoch auch andererseits der Se
rienwiderstand der IR-Dioden eine entscheidende Größe. Dieser auf
grund des nicht-idealen PN-Übergangs bedingte Serienwiderstand er
höht die Vorwärtsspannung der IR-Dioden; beispielsweise weist eine
GaAlAs-Diode mit der Zusammensetzung Ga0.92Al0.08As : Si (Wellen
länge 880 nm) eine Vorwärtsspannung von 3,5 V bei einer Strom
stärke von 1,5 A auf, Dioden mit einem idealen PN-Übergang dagegen
eine Vorwärtsspannung von nur etwa 1,4 V - die Differenz von 2,1 V
fällt am Serienwiderstand ab, der in diesem Beispiel 1,4 n be
trägt. Man ist daher bestrebt - insbesondere für den Einsatz von
IR-Dioden in batteriebetriebenen Geräten (beispielsweise damit IR-
Dioden mit Stromstärken im Ampere-Bereich aus einer 3 V-Batterie
betrieben werden können) - immer niedrigere Serienwiderstände zu
erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiteranordnung
für eine IR-Diode entsprechend dem Oberbegriff der nebengeordneten
Patentansprüche 1 und 2 anzugeben, durch die der Serienwiderstand
reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzei
chen der Patentansprüche 1 und 2 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein erheblicher
Anteil des Serienwiderstands vom Bahnwiderstand der P-dotierten
Schicht herrührt. Der Serienwiderstand kann daher deutlich verrin
gert werden, wenn die P-dotierte Halbleiterschicht oder zumindest
ein Bereich der P-dotierten Halbleiterschicht eine hohe Ladungs
trägerkonzentration aufweisen würde; dies ist aber - bedingt durch
den Charakter des amphoteren Dotierstoffs - nicht möglich. Bei der
Halbleiteranordnung der Erfindung wird daher angrenzend an die den
PN-Übergang bildende P-dotierte Halbleiterschicht eine weitere P-
dotierte Halbleiterschicht aufgebracht und mit einem Dotierstoff
versehen, der eine höhere Ladungsträgerkonzentration ermöglicht;
ein Teilbereich der ursprünglichen P-dotierten Halbleiterschicht
wird somit quasi durch eine andere Halbleiterschicht ersetzt.
Die Schichtdicken der Halbleiteranordnung werden so gewählt, daß
die weitere P-dotierte Halbleiterschicht möglichst groß wird -
vorzugsweise dicker als die erste P-dotierte Halbleiterschicht;
die gesamte Schichtdicke der beiden P-dotierten Halbleiterschich
ten sollte aber nicht größer als die einer einheitlich dotierten
P-Halbleiterschicht sein.
Die Dotierungskonzentration in der Halbleiteranordnung wird so ge
wählt, daß die weitere P-dotierte Halbleiterschicht eine möglichst
hohe Ladungsträgerkonzentration aufweist; als Dotierstoff der wei
teren P-dotierten Halbleiterschicht können sämtliche als Akzepto
ren wirkende Elemente eingesetzt werden, beispielsweise Germanium,
Zink, Magnesium oder Beryllium.
Die Erfindung soll weiterhin anhand des in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispiels einer Silizium-dotierten Gallium-Aluminium-
Arsenid- IR-Diode beschrieben werden.
Beim Herstellungsprozeß der Halbleiteranordnung 1 der IR-Diode
wird unter Zuhilfenahme eines entsprechenden Temperaturprogramms
des Epitaxieprozesses aus einer die Elemente Gallium, Aluminium,
Arsen und Silizium enthaltenden ersten Schmelze auf das (GaAs-)
Substrat 2 zunächst eine N-leitende Halbleiterschicht 3 und dann
zur Bildung des PN-Übergangs 6 eine P-leitende Schicht 4 abge
schieden. Anschließend wird das Substrat 2 mit den Halbleiter
schichten 3 und 4 von der ersten Schmelze getrennt, und mit einer
die Elemente Gallium, Aluminium, Arsen und Germanium enthaltenden
zweiten Schmelze in Kontakt gebracht; aus dieser zweiten Schmelze
wird angrenzend an die erste P-leitende Halbleiterschicht 4 nur
die weitere P-leitende Halbleiterschicht 5 abgeschieden. Das Sub
strat 2 wird nach der Herstellung der Schichtenfolge der Halblei
teranordnung 1 zur Verbesserung der Strahlungsauskopplung wieder
entfernt - beispielsweise mit einem selektiven Ätzprozeß abgelöst.
Beispielsweise besitzt bei der Halbleiteranordnung 1 einer
Ga0.92Al0.08As : Si-Diode das GaAs-Substrat 2 eine Dotierungskonzen
tration von 2×1017 cm-3-2×1018 cm-3, die beiden Si-dotierten
GaAlAs-Halbleiterschichten 3 und 4 eine Dotierungskonzentration
von einigen 1017 cm-3, während die Ge-dotierte GaAlAs-Halbleiter
schicht 5 eine Dotierungskonzentration von 1018-1019 cm-3 auf
weist. Die Schichtdicke der N-GaAlAs-Halbleiterschicht 3 beträgt
beispielsweise 20-100 µm, die Dicke der Si-dotierten P-GaAlAs-
Halbleiterschicht 4 liegt in der Größenordnung von 10-50 µm. Die
Dicke der Ge-dotierten P-GaAlAs-Halbleiterschicht 5 sollte so groß
wie möglich sein und wird so gewählt, daß die gesamte Halbleiter
anordnung 1 auch nach dem Entfernen des Substrats 2 eine stabile
Konfiguration besitzt; beispielsweise beträgt die Dicke der Halb
leiterschicht 5 150 µm bei einer Gesamtdicke der Halbleiteranord
nung 1 von 200 µm.
Eine derartige Ga0.92Al0.08As : Si-Diode besitzt eine Vorwärtsspan
nung von 2,9 V bei einem Strom von 1,5 A, was einem Serienwider
stand von lediglich 1 Ω entspricht.
Claims (9)
1. Halbleiteranordnung (1) für eine Infrarotdiode aus Verbindungs
halbleitermaterial, mit einer auf ein Substrat (2) aufgebrachten
N-dotierten Halbleiterschicht (3) und einer ersten P-dotierten
Halbleiterschicht (4), die einen PN-Übergang (6) bilden und deren
Leitfähigkeitstyp mittels des gleichen amphoteren Dotierstoffs
eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzend an die
erste P-dotierte Halbleiterschicht (4) eine weitere P-dotierte
Halbleiterschicht (5) vorgesehen ist, und daß die weitere P-do
tierte Halbleiterschicht (5) das gleiche Verbindungshalbleiter
material und einen anderen Dotierstoff wie die erste P-dotierte
Halbleiterschicht (4) aufweist.
2. Halbleiteranordnung (1) für eine Infrarotdiode aus Verbindungs
halbleitermaterial, mit einer auf ein Substrat (2) aufgebrachten
N-dotierten Halbleiterschicht (3) und einer ersten P-dotierten
Halbleiterschicht (4), die einen PN-Übergang (6) bilden und deren
Leitfähigkeitstyp mittels des gleichen amphoteren Dotierstoffs
eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzend an die
erste P-dotierte Halbleiterschicht (4) eine weitere P-dotierte
Halbleiterschicht (5) vorgesehen ist, und daß die weitere P-do
tierte Halbleiterschicht (5) ein anderes Verbindungshalbleiter
material und einen anderen Dotierstoff wie die erste P-dotierte
Halbleiterschicht (4) aufweist.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Dotierstoff der weiteren P-dotierten Halbleiter
schicht (5) so gewählt wird, daß die Ladungsträgerkonzentration
der weiteren P-dotierten Halbleiterschicht (5) größer als die der
ersten P-dotierten Halbleiterschicht (4) ist.
4. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der weiteren P-dotierten
Halbleiterschicht (5) größer als die der ersten P-dotierten Halb
leiterschicht (4) ist.
5. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Halbleiterschichten (3, 4, 5) aus III-V-
Verbindungshalbleitermaterial bestehen.
6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halbleiterschichten (3, 4, 5) aus Gallium-Arsenid be
stehen.
7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Halbleiterschichten (3, 4, 5) aus Gallium-Aluminium-Arse
nid bestehen.
8. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß als amphoterer Dotierstoff Silizium vorgesehen
ist.
9. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die weitere P-dotierte Halbleiterschicht (5)
als Dotierstoff Germanium aufweist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19924205526 DE4205526A1 (de) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | Halbleiteranordnung fuer eine infrarotdiode |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE19924205526 DE4205526A1 (de) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | Halbleiteranordnung fuer eine infrarotdiode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4205526A1 true DE4205526A1 (de) | 1993-08-26 |
Family
ID=6452389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19924205526 Ceased DE4205526A1 (de) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | Halbleiteranordnung fuer eine infrarotdiode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4205526A1 (de) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2296271A1 (fr) * | 1974-12-24 | 1976-07-23 | Radiotechnique Compelec | Dispositif electroluminescent a region active confinee |
| US4575742A (en) * | 1982-12-27 | 1986-03-11 | Mitsubishi Monsanto Chemical Co., Ltd. | Epitaxial wafer for use in the production of an infrared LED |
-
1992
- 1992-02-24 DE DE19924205526 patent/DE4205526A1/de not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2296271A1 (fr) * | 1974-12-24 | 1976-07-23 | Radiotechnique Compelec | Dispositif electroluminescent a region active confinee |
| US4575742A (en) * | 1982-12-27 | 1986-03-11 | Mitsubishi Monsanto Chemical Co., Ltd. | Epitaxial wafer for use in the production of an infrared LED |
| US4575742B1 (en) * | 1982-12-27 | 1993-10-26 | Mitsubishi Kasei Polytec Company | Epitaxial wafer for use in the production of an infrared led |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HEINDL,C.: Leistungs-Infrarotdiode aus Gallium-Aluminium-Arsenid. In. Siemens Forsch.-u.Entwickl.Ber.Bd.9,1980,Nr.6, Springer-Verlag 1980, S.339-346 * |
| LEIBENZEDER,S. * |
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