DE4327029C2 - Infrarot-Hochstromdiode aus einem Verbindungs-Halbleiter - Google Patents
Infrarot-Hochstromdiode aus einem Verbindungs-HalbleiterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Infrarot-Hochstromdiode aus einem Verbin
dungs-Halbleiter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hochstromdioden sollen insbesondere als Infrarotpulsdioden zur Daten
übertragung einerseits eine möglichst niedrige Flußspannung aufweisen,
um beispielsweise in einer batteriebetriebenen Fernsteuerung mit niedriger
Spannung eingesetzt werden zu können. Andererseits sollen sie eine mög
lichst hohe Strahlungsleistung abgeben können, um auch bei relativ großer
Distanz zum Empfänger dort ein ausreichend großes Signal abzugeben.
Ein bekanntes Material zur Herstellung derartiger Dioden ist mit Silizium do
tiertes Galliumaluminiumarsenid (GaAlAs:Si). Aufgrund der Gegebenheiten
des ternären GaAlAs-Phasendiagramms und verursacht durch das Herstel
lungsverfahren der Flüssigphasenepitaxie fällt der Aluminiumgehalt von der
n-leitenden Oberflächen-Schicht bis zur Unterseite der p-leitenden Schicht
Kontinuierlich ab.
Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Diode nach dem Stand der
Technik anhand einer Schnittzeichnung und einer Kurve, die den Alumini
umgehalt als Funktion des Orts innerhalb des Halbleiterkörpers angibt. An der äußeren
Begrenzungsfläche 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 Oberflächen-Schicht nicht
möglich ist, ohne andere Eigenschaften der Diode in unzulässigem Maße zu
verändern.
Um beispielsweise die Dicke der Oberflächen-Schicht 3 auf das ca. 11/2fache
zu erhöhen, muß der Aluminiumgehalt an der Oberfläche dieser Schicht 3
auf ca. 60 At% angehoben werden, wenn der Aluminiumgehalt am pn-
Übergang 7 konstant bei 8 At% belassen werden soll. Weil aber der Kontaktwi
derstand und der spezifische widerstand von Galliumaluminiumarsenid mit
zunehmendem Aluminiumgehalt stark ansteigt, erhöht sich dadurch der
Serienwiderstand der Diode erheblich, was einen Anstieg der Flußspannung
der Diode auf einen hohen, unbrauchbaren wert zur Folge hat.
Die Herstellung und den Aufbau einer lichtemitierenden Diode nach dem
Stand der Technik beschreibt die Druckschrift Appl. Phys. Lett., Vol. 46, No
10, 15 May 1985, Seiten 978 bis 980. Die dort beschriebene (Ga, Al)As:Te, Zn
lichtemitierende Diode mit einem sich allmählich verändernden Bandab
stand (graded band gap) weist einen 12%-igen Wirkungsgrad und eine kur
ze Abfallszeit (bis zu 12 ns) auf.
Rechteckige, trapezförmige oder V-förmige Vertiefungen in bestimmten
Schichten oder in der Vorderseiten-Kontaktierung bei Laserdioden sind be
kannt, beispielsweise aus den Druckschriften "Appl. Phys. Lett." 37 (1980),
Seite 257-260, FR 2 502 847 A1 und "IEE Proceedings" 135, Pt. J (1988), Seite
233-241. Solche Vertiefungen dienen zur Erhöhung der Stromdichte durch
Eingrenzung des Anregungsstroms auf einen verhältnismäßig engen Kanal.
Eine derartige Vertiefung erstreckt sich über die gesamte Ausdehnung der Vorder
seiten-Kontaktierung einer Laserdiode.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, die
zum Zweck einer höheren Strahlungsleistung eine größere Dicke der Ober
flächen-Schicht des Halbleiterkörpers besitzt, die aber gegenüber dem
Stand der Technik keinen erhöhten Serienwiderstand aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
gelöst, wonach die äußere Begrenzungsfläche des einen Bereichs eine Ver
tiefung hat, deren Bodenbereich einen Aluminiumgehalt zwischen dem des
pn-Übergangs und dem Maximalwert aufweist und die der Kontaktierung
dient.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß
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 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 (5)
1. Infrarot-Hochstromdiode mit einem aus Galliumaluminiumarsenid (GaAlAs)
bestehenden Halbleiterkörper (1), der einen ebenen pn-Übergang (7) auf
weist, welcher den Halbleiterkörper (1) in zwei Bereiche (2, 3) trennt, die
jeweils mit einem Kontakt (5, 6) versehen sind, wobei der Aluminiumgehalt
des einen Bereichs (3) senkrecht zum pn-Übergang (7) kontinuierlich zu
nimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Begrenzungsfläche des
einen Bereichs (3) eine Vertiefung (4) hat, deren Bodenbereich einen Alumi
niumgehalt zwischen dem des pn-Übergangs (7) und dem Maximalwert auf
weist und die der Kontaktierung dient.
2. Infrarot-Hochstromdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Aluminiumgehalt von ca. 60 At% an der äußeren Begrenzungsfläche
über ca. 30 At% am Boden der Vertiefung (4) und ca. 8 At% am pn-Übergang
(7) kontinuierlich auf einen wert nahe 0 At% über dem anderen Bereich (2)
abfällt.
3. Infrarot-Hochstromdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Tiefe der Vertiefung (4) ca. 20 µm beträgt bei einer Schichtdicke des
einen Bereichs (3) von ca. 50 bis 70 µm.
4. Infrarot-Hochstromdiode nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der die Vertiefung (4) aufweisende Bereich
(3) n-leitend ist.
5. Infrarot-Hochstromdiode nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der in der Vertiefung (4) angebrachte Kon
takt (5) aus Gold-Germanium (AuGe) und der andere Kontakt (6) aus Gold-Zink
(AuZn) besteht.
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DE4327029A1 DE4327029A1 (de) | 1995-02-16 |
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DE4327029A Expired - Fee Related DE4327029C2 (de) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | Infrarot-Hochstromdiode aus einem Verbindungs-Halbleiter |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2502847A1 (fr) * | 1981-03-25 | 1982-10-01 | Western Electric Co | Dispositif emetteur de lumiere a semi-conducteurs comportant une structure de canalisation du courant |
-
1993
- 1993-08-12 DE DE4327029A patent/DE4327029C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2502847A1 (fr) * | 1981-03-25 | 1982-10-01 | Western Electric Co | Dispositif emetteur de lumiere a semi-conducteurs comportant une structure de canalisation du courant |
Non-Patent Citations (9)
Title |
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"Appl.Phys.Lett." 37 (1980) 257-260 * |
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VARON, Jacques * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE4327029A1 (de) | 1995-02-16 |
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