DE4327029C2 - Infrarot-Hochstromdiode aus einem Verbindungs-Halbleiter - Google Patents

Infrarot-Hochstromdiode aus einem Verbindungs-Halbleiter

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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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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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)

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"Appl.Phys.Lett." 37 (1980) 257-260 *
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VARON, Jacques *

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