DE4327029A1 - Infrarot-Hochstromdiode aus einem Verbindungs-Halbleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Infrarot-Hochstromdiode aus einem Verbindungs-Halbleiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Hochstromdioden sollen insbesondere als Infrarotpuls­ dioden zur Datenübertragung einerseits eine möglichst niedrige Flußspannung aufweisen, um beispielsweise in einer batteriebetriebenen Fernsteuerung mit niedriger Spannung eingesetzt werden zu können. Andererseits sol­ len sie eine möglichst hohe Strahlungsleistung abgeben können, um auch bei relativ großer Distanz zum Empfän­ ger dort ein ausreichend großes Signal abzugeben.

Ein bekanntes Material zur Herstellung derartiger Di­ oden ist mit Silizium dotiertes Galliumaluminiumarsenid (GaAlAs : Si). Aufgrund der Gegebenheiten des ternären GaAlAs-Phasendiagramms und verursacht durch das Her­ stellungsverfahren der Flüssigphasenepitaxie fällt der Aluminiumgehalt von der n-leitenden Oberflächen-Schicht bis zur Unterseite der p-leitenden Schicht konti­ nuierlich ab. Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Diode nach dem Stand der Technik anhand einer Schnittzeichnung und einer Kurve, die den Aluminiumge­ halt als Funktion des Orts innerhalb des Halbleiterkör­ pers angibt. An der n-leitenden Oberflächen-Schicht 3 beträgt der Aluminiumgehalt ca. 30 At%, am pn-Übergang 7 ca. 8 At%. An der Unterseite der p-leitenden Schicht 2 ist der Aluminiumgehalt auf einen kleinen Wert nahe 0 At% abgefallen. Zur Erhöhung der Strahlungsleistung einer solchen Diode ist es vorteilhaft, die Dicke der Oberflächen-Schicht 3 merklich zu vergrößern. Es zeigt sich aber, daß die Vergrößerung der Dicke dieser Ober­ flächen-Schicht nicht möglich ist, ohne andere Eigen­ schaften der Diode in unzulässigem Maße zu verändern. Um beispielsweise die Dicke der Oberflächen-Schicht 3 auf das ca. 1½-fache zu erhöhen, muß der Aluminiumgehalt an der Oberfläche dieser Schicht 3 auf ca. 60 At% ange­ hoben werden, wenn der Aluminiumgehalt am pn-Übergang 7 konstant bei 8 At% belassen werden soll. Weil aber Kon­ taktwiderstand und der spezifische Widerstand von Galliumaluminiumarsenid mit zunehmendem Aluminiumgehalt stark ansteigt, erhöht sich dadurch der Serienwider­ stand der Diode erheblich, was einen Anstieg der Fluß­ spannung der Diode auf einen hohen, unbrauchbaren Wert zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anord­ nung anzugeben, die zum Zweck einer höheren Strahlungs­ leistung eine größere Dicke der Oberflächen-Schicht des Halbleiterkörpers besitzt, die aber gegenüber dem Stand der Technik keinen erhöhten Serienwiderstand aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberflächen-Schicht eine Vertiefung aufweist, in der ein ohmscher Anschlußkontakt angeordnet ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen dar­ in, daß bei gleichbleibender Dicke des Halbleiterkör­ pers zur Erhöhung der Strahlungsleistung die Dicke der Oberflächen-Schicht wirksam vergrößert werden kann, ohne daß der Serienwiderstand und in Folge dessen die Flußspannung der Diode ansteigt. Demzufolge wird bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung eine Oberflächen-Schicht gewählt, die ca. 50-70 µm dick ist und eine Vertiefung von ca. 20 µm aufweist, so daß der Abstand zwischen dem Anschlußkontakt in der Vertie­ fung der Oberflächen-Schicht und dem pn-Übergang ca. 30-50 µm beträgt. Solche Dioden eignen sich insbesondere für den Betrieb als Pulsdiode.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 2 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Diode besteht aus dem Halbleiterkörper 1, dem an der n-leitenden Oberflächen-Schicht angebrachten An­ schlußkontakt 5 aus AuGe und dem Rückseitenkontakt 6 aus AuZn. Der Halbleiterkörper, der vorzugsweise aus GaAlAs besteht, setzt sich aus einer p-leitenden Schicht 2 und einer n-leitenden Schicht 3 zusammen, die miteinander den pn-Übergang 7 bilden. Die Kontaktierung 5 der n-leitenden Schicht 3 erfolgt in der beispiels­ weise durch ein naß- oder trockenchemisches Ätzverfah­ ren hergestellten Vertiefung 4. Die gegenüber dem Stand der Technik um ca. 20 µm dickere n-leitende Schicht 3 ermöglicht eine wesentlich bessere optische Auskopplung der am pn-Übergang 7 entstehenden infraroten Strahlung. Um bei einem GaAlAs-Halbleiter den Aluminiumgehalt am pn-Übergang 7 auf ca. 8 At% konstant zu halten, steigt er an der Oberfläche der n-leitenden Schicht aufgrund deren größerer Dicke auf ca. 60 At% an. Das bedeutet auch einen unannehmbar großen Anstieg des Serienwider­ standes der Diode, weil mit zunehmendem Aluminiumgehalt der spezifische Widerstand des Halbleitermaterials Galliumaluminiumarsenid und der Widerstand Halbleiter - Kontaktmetall stark ansteigt. Um diesen Nachteil zu um­ gehen, erfolgt die Kontaktierung der n-leitenden Schicht 3 nicht an deren Oberfläche mit einem Alumini­ umgehalt von ca. 60 At%, sondern an der durch die Vertiefung 4 zugänglichen Stelle mit einem Aluminiumge­ halt von ca. 30 At%. Der in seiner gesamten Dicke gleichgebliebene Halbleiterkörper 1 weist so gegenüber dem Stand der Technik bei gleich großem Serienwider­ stand eine durch verbesserte optische Auskopplung hervorgerufene, weitaus höhere Strahlungsleistung auf.

Der Gesamtverlauf des Al-Gehalts über den Querschnitt des Halbleiterkörpers 1 ergibt sich aus dem Diagramm der Fig. 2. Danach beträgt der Al-Gehalt an der nicht vom Kontakt 5 bedeckten Oberfläche der n-leitenden Schicht 3 ca. 60 At%, nimmt in der Vertiefung 4 an der Kontaktierungsstelle auf 30 At% ab und sinkt weiter kontinuierlich bis auf ca. 8 At% am pn-Übergang 7 ab um schließlich sich dem Wert 0 am Rückseitenkontakt 6 an­ zunähern.

Claims (6)

1. Infrarot-Hochstromdiode aus einem Verbindungs-Halb­ leiter, bestehend aus einem einen pn-Übergang (7) auf­ weisenden Halbleiterkörper (1) mit einem Vorder- und Rückseitenkontakt (5; 6) und mit einer Oberflächen­ schicht (3), die gleichzeitig am Aufbau des pn-Über­ gangs (7) beteiligt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen-Schicht (3) eine Vertiefung (4) auf­ weist, in der der Vorderseitenkontakt (5) angeordnet ist.

2. Infrarot-Hochstromdiode nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vertiefung (4) in der Oberflä­ chen-Schicht (3) angebracht ist und ihre Tiefe ca. 20 µm beträgt bei einer Schichtdicke dieser Oberflä­ chen-Schicht (3) von ca. 50 bis 70 µm.

3. Infrarot-Hochstromdiode nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halb­ leiterkörper (1) aus Galliumaluminiumarsenid (GaAlAs) besteht und daß der Aluminiumgehalt von ca. 60 At% an der Oberfläche der Oberflächen-Schicht (3), über ca. 30 At% in der Vertiefung (4), ca. 8 At% am pn-Übergang (7) kontinuierlich auf einen Wert nahe bei 0 At% am Rückseitenkontakt (6) abfällt.

4. Infrarot-Hochstromdiode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Vertie­ fung (4) aufweisende Oberflächenschicht n-leitend ist.

5. Infrarot-Hochstromdiode nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Vertiefung (4) angebrachte Vorderseitenkontakt (5) aus Gold-Germanium (AuGe) und der Rückseitenkontakt (6) aus Gold-Zink (AuZn) besteht.

6. Verwendung einer Infrarot-Hochstromdiode nach einem der vorangehenden Ansprüche als Pulsdiode.