EP1057210B1 - Lichtquelle und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

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EP1057210B1
EP1057210B1 EP99904692A EP99904692A EP1057210B1 EP 1057210 B1 EP1057210 B1 EP 1057210B1 EP 99904692 A EP99904692 A EP 99904692A EP 99904692 A EP99904692 A EP 99904692A EP 1057210 B1 EP1057210 B1 EP 1057210B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light source
source according
recess
layer
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99904692A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1057210A1 (de
Inventor
Jenoe Tihanyi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP1057210A1 publication Critical patent/EP1057210A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1057210B1 publication Critical patent/EP1057210B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J17/00—Gas-filled discharge tubes with solid cathode
    • H01J17/38—Cold-cathode tubes
    • H01J17/48—Cold-cathode tubes with more than one cathode or anode, e.g. sequence-discharge tube, counting tube, dekatron
    • H01J17/49—Display panels, e.g. with crossed electrodes, e.g. making use of direct current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/046—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by using capacitive means around the vessel

Definitions

  • the invention relates to a light source and a method their manufacture.
  • GB 2 284 703 A is a generic light source known in which the recess on a surface through an insulator and on their other surfaces through that Semiconductor material is covered.
  • the isolator is as one parallel to a surface of the semiconductor material extending insulation layer.
  • WO A 95/12211 A1 is also a generic one Light source known. This light source can be integrated into an Integrate microsystem. The making of this Light source is made by a process in the area a structure of a main surface of a semiconductor material , the structure having at least one recess has, and wherein the structure is then with a gas or a liquid is filled.
  • a light source which consists of heat and pressure resistant substrates is manufactured, in which Recesses are etched, and not from semiconductor material consist. The recesses are filled with gas and contain two electrodes.
  • luminescence A large number of known light sources follow energy absorption by atoms, molecules or condensed Matter an emission of electromagnetic radiation. Such an emission is called luminescence.
  • a light source that is important in optoelectronics is the luminescence diode (LED; Light Emitting Diode).
  • the luminescent diode contains a semiconductor material with a p-doped and an n-doped region. Existing in these areas Excess charge carriers diffuse into the differently doped ones Area and recombine there with its charge carriers. This creates an incoherent electromagnetic Radiation with a typical line width of the order of magnitude of several 10 nm. The bandwidth depends on the Choice of the semiconductor material and its doping.
  • the semiconductor laser Another important light source in optoelectronics is the semiconductor laser. These are special pn diodes, where the pn junction is a pump for the laser represents. A serves as an active (reinforcing) material Semiconductors with a direct band gap. The active area of the laser diode is a thin layer in the immediate vicinity of the Space charge zone of the pn junction. The laser diode emits coherent radiation with line widths of the order of magnitude 0.1 nm and with a sharp focus.
  • Known light sources where light is generated by the excitation a suitable gas is emitted.
  • a suitable gas is emitted.
  • the light sources are technically significant which the transition to the low-energy state done without delay. This form of luminescence will also called fluorescence.
  • Such light sources are suitable because of their large size Dimensions and poor controllability not for Applications in optoelectronics or as part of optical display devices such as displays or Screens.
  • the invention has for its object the disadvantages of To overcome the state of the art.
  • a Light source are created that are suitable for applications in optoelectronics, as part of a screen or a display.
  • this object is achieved by a light source solved according to claim 1.
  • Advantageous further training the light source according to the invention are defined in the subclaims.
  • the invention therefore initially provides for a semiconductor material To be designed so that there are one or more recesses has, the recess or the recesses so are designed to be a gas or a liquid be able to record.
  • the invention further provides a Creating device through the luminescence in the gas or is generated in the liquid.
  • semiconductor material is in its most general Understand meaning. It does not include only one single-crystalline substrate on which layers are applied but also includes any topological Arrangement of one or more semiconductor materials.
  • the Invention also expressly includes the case that Recess only in a single layer or in one single area penetrates, but not below located, preferably single-crystalline areas.
  • the device for generating luminescence can also be constructed in different ways.
  • a manufacturability of the light source with the in the Semiconductor electronics known procedures and thus also their integrability into an electronic circuit can be realized in that the insulator as a parallel to a surface of the semiconductor material extending layer is formed.
  • a decoupling between the electrical properties of the Semiconductor material and the emission spectrum of the in the Recess gas or in the recess located liquid can be particularly advantageous achieve that the blocker layer from one insulating material.
  • an effective one Prevention of diffusion of what is in the recess Gases or in the recess Liquid can be achieved in that the Blocker layer and one in contact with the recess insulator made of the same material.
  • a particularly good integration of the generation of the blocker layer into the manufacturing process of the light source can be achieved in that the blocker layer consists of silicon oxide (SiO 2 ).
  • an insulator in contact with the recess is made of silicon oxide (SiO 2 ).
  • silicon oxide has the further advantage that it is highly transparent both in the visible light range and in the UV range.
  • a light source constructed according to the invention can also be used various gases or liquids. It is but particularly advantageous that the recess with a fluorescent gas is filled.
  • the gas contains chemically different components, because fluorescence can be achieved with each of the characteristic emission lines of these components.
  • filling the cavity exclusively with a single gas is also possible and also advantageous for achieving an emission in the range of a single wavelength.
  • the saturation pressure of the mercury at room temperature is only about 0.0017 mbar.
  • An air atmosphere filled with mercury vapor therefore contains only 15 mg Hg per m 3 .
  • the content of the mercury vapor can be increased by heating the light source. It is particularly expedient to use a light source filled with mercury at a temperature of 357 ° C. or more, because at this temperature mercury changes completely into a monatomic vapor under normal pressure.
  • Mercury is an example of a fill gas that at least contains a metastable state.
  • the energy of one excited metastable state can be caused by collisions of the 2nd type can also be transferred to other atoms, which then fluoresce.
  • This with conventional gas discharge lamps Mechanism used is called sensitized fluorescence designated. It occurs particularly clearly when the Mercury vapor an additive, for example, from T1, Na or Cd contains.
  • a strong fluorescence can also be achieved that the fluorescent gas contains fluorine.
  • a large fluorescence can also be achieved by that the fluorescent gas is at least one organic Contains dye or from at least one organic Dye exists.
  • organic dyes it can are eosin and fluorescein, for example.
  • the fluorescent Gas contains an aromatic hydrocarbon, or from one or more aromatic hydrocarbons.
  • aromatic Hydrocarbons are benzene, naphthalene or anthracene.
  • the invention also relates to an integrated electrical circuit, which is characterized in that it at least one light source designed according to the invention contains.
  • the invention further relates to a display device, for example a flat screen or a status display of an electrical or electronic device that itself characterized in that it has at least one inventive Light source and / or at least one integrated electrical Circuit, which in turn is a light source according to the invention contains.
  • a display device for example a flat screen or a status display of an electrical or electronic device that itself characterized in that it has at least one inventive Light source and / or at least one integrated electrical Circuit, which in turn is a light source according to the invention contains.
  • a light source is carried out so that in the area of a Main surface of a semiconductor material creates a structure the structure has at least one recess, and the structure subsequently with a gas or with a liquid is filled.
  • This process is preferably carried out so that the The recess is produced by an etching process.
  • the one used to create the recess or recesses Etching can be done according to one of the semiconductor technology known etching process. Basically, any Etching processes such as wet chemical etching, chemical-physical Wet etching, the physical dry etching, the chemical dry etching or the chemical-physical Suitable for dry etching. However, it is particularly useful first in the area of the semiconductor material in which the Recesses are to be etched away, a significantly different one To generate concentration of a dopant and then to perform an etching process in the for the recess provided a particularly high removal rate having.
  • recesses are created possible to create the recesses by not in areas provided for the recesses Semiconductor material is deposited.
  • the light source shown in FIG. 1 has a continuous layer 10 made of a semiconducting material.
  • the layer 10 consists, for example, of highly doped polycrystalline silicon. In the case shown, the layer 10 is p + -doped, but it can also be n + -doped.
  • the layer 10 contains a dopant such as boron or aluminum in a concentration of preferably approximately 1 x 10 19 cm -3 to 1 x 10 20 cm -3 .
  • Layer 20 is doped with a dopant of the opposite conductivity type.
  • dopants for layer 20, which may also consist of polycrystalline silicon, in particular, are phosphorus and arsenic.
  • the concentration of this dopant is preferably 10 13 cm -3 to 10 19 cm -3 .
  • the layer 20 has recesses 30 and 40.
  • the Recesses 30 and 40 are perpendicular to a main surface the layer 20 attached and penetrate the layer 20 Completely.
  • the layer 20 has highly doped regions 50, 60 and 70 in its upper region, the doping being, for example, a p + doping.
  • a membrane layer 75 provided with a plurality of openings. The openings of the membrane layer 75 essentially correspond to the recesses 30 and 40.
  • An insulation layer 80 is located above the layer 20 and the membrane layer 75.
  • the insulation layer 80 consists of a material that is well insulated electrically and at the same time is transparent in the desired emission range of the light source. In the present case, the insulation layer 80 consists of silicon oxide SiO 2 .
  • the insulation layer 80 can be made semi-transparent.
  • a semitransparent formation of the insulation layer 80 can be achieved, for example, by adding a dye, for example by means of suitable ions or organic color molecules, or by one or more reflective layers.
  • blocker layers 90 and 100 While the recesses 30 and 40 are delimited in their upper region by the insulation layer 80, their further delimitations are formed by blocker layers 90 and 100.
  • the blocker layers 90 and 100 can be made of any material that prevents the passage of a medium located in the recesses 30 and 40. However, it is also possible that the blocker layers 90 and 100 also have electrical insulation properties. In order to combine a good blocking effect with a likewise good electrical insulation, in the present case the blocker layers 90 and 100 are formed by conformally deposited silicon oxide SiO 2 .
  • the blocker layers 90 and 100 preferably have a thickness of approximately 0.1 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the recess 30 is filled with mercury vapor.
  • Applying a voltage turns the mercury vapor stimulated to shine. It sends an UV radiation rich light. In the visible area, only yellow, green and blue, but no red lines broadcast. That so emerging light signal can be shown on a display the yellow color component can be used.
  • the other recess 40 is filled with a dye that has fluorescence in the red spectral range.
  • the layer 10 is at a contact point 110 with a AC power source 130 connected.
  • the highly endowed area 70 is at a contact point 120 with the other pole AC power source 130 connected.
  • the AC power source 130 generates an AC voltage in the high frequency range of preferably about 100 kHz to 500 kHz.
  • the recess 40 makes it possible for the recess 40 to excite the gas so that it lights up. Similar ones It is possible to add the gas in the cavity 30 to stimulate a glow. Preferably the cavities 30 and 40 controlled differently. This has the advantage that their radiation intensity is independent of each other can be controlled. This makes it, for example possible, the color proportions of the individual in a display Varying points of light.
  • the light source shown in FIG. 1 can be manufactured, for example, in the manner shown below.
  • a layer 10 is deposited on a semiconductor substrate (not shown) by a suitable deposition method, for example a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
  • a further layer 20 is deposited on the layer 10.
  • the doping of layers 10 and 20 is achieved in that the dopants are added to the process gas of the CVD process in an amount corresponding to the desired concentration.
  • the layer 20 is then covered with a suitable one Etching agents such as EDP (ethylenediamine pyrocatechol) etched.
  • EDP is an etchant for an anisotropic etching process.
  • the Etch rate difference perpendicular to the crystallographic Areas (100) and (111) is 400. This creates at Deep etching is a characteristic form that is used in the present Case for the desired formation of the deep recesses 30 and 40 leads.
  • the etching process stops at the highly doped layer 10.
  • a boron doping of layer 10 of at least 7 ⁇ 10 19 cm -3 leads to a decrease in the etching rate of EDP by approximately a factor of 50.
  • Conductor tracks for connecting layer 10 and highly doped region 70 are generated by the Layer 10 and region 70 are appropriately structured, so that conductor tracks are formed. This structuring can for example by means of conventional photolithographic process steps take place.
  • the electric one Connection of the highly doped region 50 and the region of the Layer 10, which bears against the recess 30, can be on the done the same way.
  • a layer with a plurality of openings is placed on the layer 20 Membrane layer 75 applied.
  • the openings of the Membrane layer 75 correspond essentially to that Recesses 30 and 40. Then the opening of the Membrane layer 75, which is assigned to the recess 40, with a mask, not shown.
  • an insulation layer 80 is applied and flowed over. While a temperature of over 2000 ° C is required to flow SiO 2 , BPSG (boron-phosphorus-silicate glass) can be flowed at temperatures of around 800 - 1100 ° C. As a result, the interior of the recess 30 is covered with the blocker layer 90 and at the same time the recess 30 is covered by an area of the insulation layer 80 lying above it.
  • the flow of the insulation material, which serves to fill the recess 30, takes place in a gas atmosphere, the chemical composition of which corresponds to the chemical composition desired for the filling of the recess 30.
  • the material forming the insulation layer 80 and the blocker layers 90 and 100 can flow through any desired heating. Such heating is particularly considered when this material has a suitably low melting point, as is the case, for example, with BPSG (boron-phosphorus-silicate glass).
  • BPSG boron-phosphorus-silicate glass
  • short-term annealing processes which are also called RTA (Rapid Thermal Amnealing), can be carried out in various ways. Examples of such short-term annealing processes can be found, for example, in D. Widmann et al .: Technology of Highly Integrated Circuits, 2nd Edition Berlin; Heidelberg; New York; 1996, especially pp. 38-40.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the Recess 40 After removing the insulation layer above the Recess 40 in turn becomes an insulation material deposited and also heated so that it is so evaporates that there is a blocker layer 100 and at the same time forms a cover for the recess 40.
  • This process takes place in a gas atmosphere, its chemical Composition of the desired chemical composition corresponds to the gas filling of the recess 40. To this It is possible to use the recesses 30 and 40 to fill different gases.
  • FIG. 1 Another embodiment of a light source according to the invention is shown in FIG .
  • this illustration only shows a single recess 230 in an n-doped semiconductor substrate 220.
  • further recesses it is also possible here for further recesses to be arranged in the semiconductor substrate 220.
  • the recess 230 preferably extends in a width of 10 ⁇ m to 100 ⁇ m and a height of, for example, 10 ⁇ m to 50 ⁇ m in the semiconductor substrate 220.
  • two highly doped regions 250 and 270 are arranged.
  • the regions 250 and 270 are, for example, p + -doped, which can be done by implanting boron or aluminum.
  • the insulation layer 280 is located on the membrane layer 274.
  • the insulation layer 280 is formed, for example, from silicon oxide SiO 2 .
  • the bottom and the side surfaces of the recess 230 are separated from the semiconductor substrate 220 by a blocker layer 290.
  • Another semiconductor layer 300 which serves as a screen, is located above the insulation layer 280.
  • the light source shown in FIG. 2 can be manufactured, for example, in the manner shown below.
  • the semiconductor substrate 220 is then coated with a suitable etching agents such as EDP (ethylenediamine pyrocatechol) etched.
  • EDP is an etchant for an anisotropic Etching process.
  • the etch rate difference perpendicular to the crystallographic areas (100) and (111) is 400. This creates a characteristic during deep etching Form that in the present case to the desired training a deep recess 230 leads.
  • the etching process stops inside the semiconductor substrate 220.
  • Conductor tracks for connecting the highly doped areas 250 and 270 are generated by regions 250 and 270 be appropriately structured so that there are conductor tracks emerge. This structuring can, for example using conventional photolithographic process steps respectively.
  • One is placed on the semiconductor substrate 220 multi-aperture membrane layer 274 applied. The openings of the membrane layer 274 correspond in essentially of the recess 230.
  • an insulation layer 280 is applied and flowed over. While a temperature of over 2000.degree. C. is required for the flow of SiO 2 , BPSG (boron-phosphorus-silicate glass) can already be flowed at temperatures of approximately 800-1100 ° C. As a result, the interior of the recess 230 is covered with the blocker layer 290 and at the same time the recess 230 is covered by a region of the insulation layer 280 lying above it.
  • the insulation material which serves to close the recess 230 flows in a gas atmosphere whose chemical composition corresponds to the chemical composition desired for filling the recess 230.
  • the material forming the insulation layer 280 and the blocker layer 290 can flow through any desired heating. Such heating is particularly considered when this material has a suitably low melting point, as is the case, for example, with BPSG (boron-phosphorus-silicate glass).
  • BPSG boron-phosphorus-silicate glass
  • short-term annealing processes which are also called RTA (Rapid Thermal Amnealing) can be carried out in various ways. Examples of such short-term annealing processes can be found, for example, in D. Widmann et al .: Technology of Highly Integrated Circuits, 2nd Edition Berlin; Heidelberg; New York; 1996, especially pp. 38-40.
  • the invention is in no way from those shown Embodiments limited. In particular, it is possible to exchange the doping types p and n with each other. It is within the scope of the invention to create both light sources which have a single recess, as well as the light source To be designed so that they are a multitude of individual Has recesses. For example, it is possible to an extensive substrate more than 1000 x 1000 to provide individual recesses and thus a high-resolution Creating screen. Depending on the intended use different controls for each individual recess or for groups of recesses. It is particularly expedient that each with some recesses are filled with a gas in a first wavelength emitted while other recesses in one or more Emit wavelengths and thus form other colors. It is already known with conventional screens that with the help of three primary colors, preferably red, green and blue, representing all colors of visible light to let. This principle can of course also be found in a light source according to the invention can be used.
  • Another area of application of the light source according to the invention is the formation of inexpensive signal sources for the Use in an integrated optoelectronic circuit.
  • the high light intensity makes it suitable Light source according to the invention also for use as a transmitter in a fiber optic network.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Aus der GB 2 284 703 A ist eine gattungsgemäße Lichtquelle bekannt, bei der die Ausnehmung auf einer Oberfläche durch einen Isolator und auf ihren anderen Oberflächen durch das Halbleitermaterial bedeckt ist. Hierbei ist der Isolator als eine sich parallel zu einer Oberfläche des Halbleitermaterials erstreckende Isolationsschicht ausgebildet.
Aus der WO A 95/12211 A1 ist gleichfalls eine gattungsgemäße Lichtquelle bekannt. Diese Lichtquelle läßt sich in ein integriertes Mikrosystem integrieren. Die Herstellung dieser Lichtquelle erfolgt durch ein Verfahren, bei dem im Bereich einer Hauptfläche eines Halbleitermaterials eine Struktur erzeugt wird, wobei die Struktur wenigstens eine Ausnehmung aufweist, und wobei die Struktur anschließend mit einem Gas oder einer Flüssigkeit befüllt wird.
Aus der EP 0 581 376 A1 ist eine Lichtquelle bekannt, die aus hitze- und druckbeständigen Substraten gefertigt ist, in die Ausnehmungen geätzt sind, und die nicht aus Halbleitermaterial bestehen. Die Ausnehmungen sind mit Gas gefüllt und enthalten zwei Elektroden.
Bei einer Vielzahl von bekannten Lichtquellen erfolgt nach einer Energieabsorption durch Atome, Moleküle oder kondensierte Materie eine Emission von elektromagnetischer Strahlung. Eine derartige Emission wird als Lumineszenz bezeichnet.
Eine in der Optoelektronik bedeutende Lichtquelle ist die Lumineszenzdiode (LED; Light Emitting Diode). Die Lumineszenzdiode enthält ein Halbleitermaterial mit einem p-dotierten und einem n-dotierten Bereich. In diesen Bereichen vorhandene Überschußladungsträger diffundieren in den jeweils anders dotierten Bereich und rekombinieren dort mit dessen Ladungsträgern. Hierdurch entsteht eine inkohärente elektromagnetische Strahlung mit einer typischen Linienbreite in der Größenordnung von mehreren 10 nm. Die Bandbreite hängt hierbei von der Wahl des Halbleitermaterials und seiner Dotierungen ab.
Eine weitere in der Optoelektronik bedeutende Lichtquelle ist der Halbleiterlaser. Hierbei handelt es sich um spezielle pn-Dioden, bei denen der pn-Übergang eine Pumpe für den Laser darstellt. Als aktives (verstärkendes) Material dient ein Halbleiter mit direkter Bandlücke. Der aktive Bereich der Laserdiode ist eine dünne Schicht in unmittelbarer Umgebung der Raumladungszone des pn-Übergangs. Die Laserdiode emittiert kohärente Strahlung mit Linienbreiten in der Größenordnung 0,1 nm und mit einer scharfen Bündelung.
Sowohl Luminiszenz- als auch Laserdioden haben sich in der Optoelektronik vielfältig bewährt. Sie weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie nur innerhalb bestimmter, vorgegebener Frequenzbereiche Strahlung emittieren.
Zur Beleuchtung von Räumen und in der klassischen Optik sind Lichtquellen bekannt, bei denen Licht durch die Anregung eines geeigneten Gases emittiert wird. Hierbei erfolgt ein Übergang zwischen verschiedenen Energieniveaus des Gases. Technisch bedeutsam sind vor allem die Lichtquellen, bei denen der Übergang in den niederenergetischen Zustand verzögerungsfrei erfolgt. Diese Form der Lumineszenz wird auch als Fluoreszenz bezeichnet.
Derartige Lichtquellen eignen sich aufgrund ihrer großen Abmessungen und schlechten Ansteuerbarkeit nicht für Anwendungen in der Optoelektronik oder als Bestandteil von optischen Anzeigevorrichtungen wie Displays oder Bildschirmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere soll eine Lichtquelle geschaffen werden, die sich für Anwendungen in der Optoelektronik, als Bestandteil eines Bildschirms oder eines Displays eignet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Lichtquelle nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der efindungsgemäßen Lichtquelle sind in den Unteransprüchen definiert.
Die Erfindung sieht also zunächst vor, ein Halbleitermaterial so auszugestalten, daß es eine oder mehrere Ausnehmungen aufweist, wobei die Ausnehmung oder die Ausnehmungen so beschaffen sind, daß sie ein Gas oder eine Flüssigkeit aufnehmen können. Die Erfindung sieht ferner vor, eine Einrichtung zu schaffen, durch die Lumineszenz in dem Gas oder in der Flüssikeit erzeugt wird.
Um eine Diffusion des Gases oder der Flüssigkeit in das Halbleitermaterial zu verhindern, ist das Halbleitermaterial auf Schichten, die der Ausnehmung zugewandt sind, mit einer Blockerschicht versehen.
Der Begriff Halbleitermaterial ist in seiner allgemeinsten Bedeutung zu verstehen. Er umfaßt nicht nur ein vorzugsweise einkristallines Substrat, auf dem Schichten aufgebracht werden, sondern beinhaltet auch eine beliebige topologische Anordnung eines oder mehrerer Halbleitermaterialien. Die Erfindung beinhaltet ausdrücklich auch den Fall, daß die Ausnehmung nur in eine einzelne Schicht oder in einen einzelnen Bereich eindringt, nicht jedoch in darunter befindliche, vorzugsweise einkristalline Bereiche.
Die Einrichtung zur Erzeugung von Lumineszenz kann gleichfalls auf verschiedene Weisen aufgebaut sein.
Es ist besonders zweckmäßig, daß die Ausnehmung auf einer Oberfläche durch einen Isolator und auf ihren anderen Oberflächen durch das Halbleitermaterial bedeckt ist.
Eine Herstellbarkeit der Lichtquelle mit den in der Halbleiterelektronik bekannten Verfahrensweisen und damit auch ihre Integrierbarkeit in eine elektronische Schaltung kann dadurch realisiert werden, daß der Isolator als eine sich parallel zu einer Oberfläche des Halbleitermaterials erstreckende Schicht ausgebildet ist.
Eine Entkopplung zwischen den elektrischen Eigenschaften des Halbleitermaterials und dem Emissionsspektrum des in der Ausnehmung befindlichen Gases oder der in der Ausnehmung befindlichen Flüssigkeit läßt sich besonders vorteilhaft dadurch erreichen, daß die Blockerschicht aus einem isolierenden Material besteht.
Eine besonders gute elektrische Entkopplung, eine wirksame Verhinderung der Diffusion des in der Ausnehmung befindlichen Gases beziehungsweise der in der Ausnehmung befindlichen Flüssigkeit läßt sich dadurch erzielen, daß die Blockerschicht und ein mit der Ausnehmung in Kontakt befindlicher Isolator aus dem gleichen Material bestehen.
Eine besonders gute Integration der Erzeugung der Blockerschicht in den Herstellungsprozeß der Lichtquelle kann dadurch erfolgen, daß die Blockerschicht aus Siliziumoxid (SiO2) besteht.
Ferner ist es vorteilhaft, daß auch ein mit der Ausnehmung in Kontakt befindlicher Isolator aus Siliziumoxid (SiO2) besteht. Siliziumoxid weist neben seiner guten Integrierbarkeit in den Herstellungsprozeß der Lichtquelle beziehungsweise einer sie enthaltenden integrierten elektrischen Schaltung den weiteren Vorteil auf, daß es sowohl im Bereich des sichtbaren Lichts als auch im UV-Bereich hochtransparent ist.
Eine erfindungsgemäß aufgebaute Lichtquelle kann mit verschiedenen Gasen oder Flüssigkeiten befüllt sein. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, daß die Ausnehmung mit einem fluoreszierenden Gas befüllt ist.
Eine besonders ausgeprägte Fluoreszenz läßt sich dadurch erreichen, daß das Gas aus Quecksilberdampf besteht oder wenigstens einige Quecksilberatome enthält.
Es ist vorteilhaft, daß das Gas chemisch verschiedene Bestandteile enthält, weil so eine Fluoreszenz bei jeder der charakteristischen Emissionslinien dieser Bestandteile erzielt werden kann. Eine Füllung des Hohlraums ausschließlich mit einem einzigen Gas ist jedoch gleichfalls möglich und zum Erzielen einer Emission im Bereich einer einzelnen Wellenlänge auch vorteilhaft. Bei einer Befüllung einer Ausnehmung mit Quecksilberdampf ist zu berücksichtigen, daß der Sättigungsdruck des Quecksilbers bei Zimmertemperatur nur etwa 0,0017 mbar beträgt. Eine mit Quecksilberdampf gefüllte Luftatmosphäre enthält somit lediglich 15 mg Hg je m3. Durch ein Erhitzen der Lichtquelle kann der Gehalt des Quecksilberdampfes jedoch erhöht werden. Besonders zweckmäßig ist es, eine mit Quecksilber gefüllte Lichtquelle bei einer Temperatur von 357 °C oder mehr einzusetzen, weil bei dieser Temperatur Quecksilber unter Normaldruck vollständig in einen einatomigen Dampf übergeht.
Quecksilber ist ein Beispiel eines Füllgases, das wenigstens einen metastabilen Zustand enthält. Die Energie eines angeregten metastabilen Zustandes kann durch Stöße 2. Art auch auf andere Atome übertragen werden, die dann fluoreszieren. Dieser bei konventionellen Gasentladungslampen eingesetzte Mechanismus wird als sensibilisierte Fluoreszenz bezeichnet. Er tritt dann besonders deutlich auf, wenn der Quecksilberdampf einen Zusatz beispielsweise aus T1, Na oder Cd enthält.
Eine stark ausgeprägte Fluoreszenz kann auch dadurch erzielt werden, daß das fluoreszierende Gas Fluor enthält.
Eine große Fluoreszenz kann ferner dadurch erzielt werden, daß das fluoreszierende Gas wenigstens einen organischen Farbstoff enthält oder aus wenigstens einem organischen Farbstoff besteht. Bei den organischen Farbstoffen kann es sich beispielsweise um Eosin und Fluorescein handeln.
Es ist jedoch gleichfalls möglich, daß das fluoreszierende Gas einen aromatischen Kohlenwasserstoff enthält, oder aus einem oder mehreren aromatischen Kohlenwasserstoffen besteht. Beispiele für besonders geeignete aromatische Kohlenwasserstoffe sind Benzol, Naphthalin oder Anthracen.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine integrierte elektrische Schaltung, die sich dadurch auszeichnet, daß sie wenigstens eine erfindungsgemäß gestaltete Lichtquelle enthält.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise ein Flachbildschirm oder eine Statusanzeige eines elektrischen oder elektronischen Gerätes, die sich dadurch auszeichnet, daß sie wenigstens eine erfindungsgemäße Lichtquelle und/oder wenigstens eine integrierte elektrische Schaltung, die wiederum eine erfindungsgemäße Lichtquelle enthält, aufweist.
Das Verfahren zur Herstellung einer Lichtquelle wird so durchgeführt, daß im Bereich einer Hauptfläche eines Halbleitermaterials eine Struktur erzeugt wird, wobei die Struktur wenigstens eine Ausnehmung aufweist, und wobei die Struktur anschließend mit einem Gas oder mit einer Flüssigkeit befüllt wird.
Dieses Verfahren wird vorzugsweise so durchgeführt, daß die Erzeugung der Ausnehmung durch einen Ätzvorgang erfolgt.
Der zur Erzeugung des oder der Ausnehmungen dienende Ätzvorgang kann nach einem der aus der Halbleitertechnologie bekannten Ätzverfahren erfolgen. Grundsätzlich sind beliebige Ätzverfahren wie das naßchemische Ätzen, das chemischphysikaliche Naßätzen, das physikalische Trockenätzen, das chemische Trockenätzen oder das chemisch-physikalische Trockenätzen geeignet. Es ist jedoch besonders zweckmäßig, zunächst in dem Bereich des Halbleitermaterials, in dem die Ausnehmungen weggeätzt werden sollen eine wesentlich andere Konzentration eines Dotierstoffs zu erzeugen und anschließend einen Ätzvorgang vorzunehmen, der in den für die Ausnehmung vorgesehenen Bereichen eine besonders hohe Abtragerate aufweist.
Auf diese Weise ist es auch möglich, Ausnehmungen herzustellen, die weit in das Halbleitermaterial eindringen. Ein solches Eindringen kann beispielsweise bis zu hochdotierten (ungefähr 1019 cm-3 bis ungefähr 1020 cm-3) vergrabenen Inseln (Buried Layer), die als niederohmige elektrische Zuleitungen dienen können, führen. Es ist jedoch gleichfalls möglich, daß die Ausnehmungen nur in einzelne Schichten oder nur in einen anderen Teilbereich des Halbleitermaterials eindringen. Ein Eindringen der Ausnehmungen kann beispielsweise auch bis zu einer hochdotierten, dünnen Schicht reichen. Eine derartige Schicht, die auch als δ-Schicht bezeichnet wird, weist in lateraler Richtung eine gute Leitfähigkeit auf, während sie in vertikaler Richtung Isolationseigenschaften aufweist. Vergleichbare Isolationseigenschaften werden auch dann erzielt, wenn die Lichtquelle auf der Basis eines SOI (Silicon On Insulator) - Substrats aufgebaut ist.
Da es bei der Erfindung nicht darauf ankommt, wie die Ausnehmungen erzeugt werden, ist es grundsätzlich auch möglich, die Ausnehmungen dadurch zu erzeugen, daß in nicht für die Ausnehmungen vorgesehenen Bereichen weiteres Halbleitermaterial abgeschieden wird.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung von bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.
Von den Zeichnungen zeigt
Fig. 1
einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lichtquelle und
Fig. 2
einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lichtquelle.
Die in Fig. 1 dargestellte Lichtquelle weist eine durchgehende Schicht 10 aus einem halbleitenden Material auf. Die Schicht 10 besteht beispielsweise aus hochdotiertem polykristallinen Silizium. Im dargestellten Fall ist die Schicht 10 p+-dotiert, sie kann jedoch gleichfalls n+-dotiert sein. Die Schicht 10 enthält einen Dotierstoff wie Bor oder Aluminium in einer Konzentration von vorzugsweise ungefähr 1 x 1019 cm-3 bis 1 x 1020 cm-3.
Auf der Schicht 10 befindet sich eine weitere Schicht 20 aus einem halbleitenden Material. Die Schicht 20 ist mit einem Dotierstoff des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps dotiert. Im vorliegenden Fall kommen als Dotierstoffe für die Schicht 20, die gleichfalls beispielsweise aus polykristallinem Silizium bestehen kann, insbesondere Phosphor und Arsen in Betracht. Die Konzentration dieses Dotierstoffs beträgt vorzugsweise 1013 cm-3 bis 1019 cm-3.
Die Schicht 20 weist Ausnehmungen 30 und 40 auf. Die Ausnehmungen 30 und 40 sind senkrecht zu einer Hauptfläche der Schicht 20 angebracht und durchdringen die Schicht 20 vollständig.
Die Schicht 20 weist in ihrem oberen Bereich hochdotierte Bereiche 50, 60 und 70 auf, wobei es sich bei der Dotierung beispielsweise um eine p+-Dotierung handeln kann. Auf der Schicht 20 befindet sich eine mit mehreren Öffnungen versehene Membranschicht 75. Die Öffnungen der Membranschicht 75 entsprechen im wesentlichen den Ausnehmungen 30 und 40. Oberhalb der Schicht 20 und der Membranschicht 75 befindet sich eine Isolationsschicht 80. Die Isolationsschicht 80 besteht aus einem Material, das elektrisch gut isoliert und gleichzeitig im gewünschten Emissionsbereich der Lichtquelle transparent ist. Im vorliegenden Fall besteht die Isolationsschicht 80 aus Siliziumoxid SiO2. Hierdurch wird das gesamte in den Hohlräumen 30 und 40 erzeugte Licht nach außen geleitet. Falls es jedoch erwünscht ist, bestimmte Emissionslinien zu unterdrücken, kann die Isolationsschicht 80 semitransparent ausgebildet werden. Eine semitransparente Ausbildung der Isolationsschicht 80 kann beispielsweise durch den Zusatz eines Farbstoffs, beispielsweise durch geeignete Ionen oder organische Farbmoleküle, oder durch eine oder mehrere reflektierende Schichten erzielt werden.
Während die Ausnehmungen 30 und 40 in ihrem oberen Bereich durch die Isolationsschicht 80 begrenzt werden, sind ihre weiteren Begrenzungen durch Blockerschichten 90 und 100 gebildet. Die Blockerschichten 90 und 100 können aus einem beliebigen Material gefertigt sein, das den Durchtritt eines in den Ausnehmungen 30 und 40 befindlichen Mediums verhindert. Es ist jedoch gleichfalls möglich, daß die Blockerschichten 90 und 100 auch elektrische Isolationseigenschaften aufweisen. Um eine gute Blockerwirkung mit einer gleichfalls guten elektrischen Isolation zu kombinieren, sind im vorliegenden Fall die Blockerschichten 90 und 100 durch konform abgeschiedenes Siliziumoxid SiO2 gebildet. Die Blockerschichten 90 und 100 weisen vorzugsweise eine Dicke von ungefähr 0,1 µm bis 5 µm auf.
Die Ausnehmung 30 ist mit Quecksilberdampf befüllt.
Durch das Anlegen einer Spannung wird der Quecksilberdampf zum Leuchten angeregt. Er sendet dabei ein an UV-Strahlung reiches Licht aus. Im sichtbaren Bereich werden nur gelbe, grüne und blaue, aber keine roten Linien ausgestrahlt. Das so entstehende Lichtsignal kann in einem Display zur Darstellung der gelben Farbkomponente eingesetzt werden.
Die andere Ausnehmung 40 ist mit einem Farbstoff befüllt, der eine Fluoreszenz im roten Spektralbereich aufweist.
Die Schicht 10 ist an einem Kontaktpunkt 110 mit einer Wechselstromquelle 130 verbunden. Das hochdotierte Gebiet 70 ist an einem Kontaktpunkt 120 mit dem anderen Pol der Wechselstromquelle 130 verbunden. Die Wechselstromquelle 130 erzeugt eine Wechselspannung im hochfrequenten Bereich von vorzugsweise ungefähr 100 kHz bis 500 kHz.
Hierdurch ist es möglich, das in der Ausnehmung 40 befindliche Gas anzuregen, so daß es leuchtet. Auf ähnliche Art ist es möglich, das in dem Hohlraum 30 befindliche Gas zu einem Leuchten anzuregen. Vorzugsweise werden die Hohlräume 30 und 40 unterschiedlich angesteuert. Dies hat den Vorteil, daß ihre Strahlungsintensität unabhängig voneinander gesteuert werden kann. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, in einem Display die Farbanteile der einzelnen Lichtpunkte zu variieren.
Es ist auch Gegenstand der Erfindung, eine derartige Lichtquelle in eine integrierte elektrische Schaltung zu integrieren, so daß eine Einheit zwischen der Lichtquelle und der sie steuernden elektrischen Schaltung geschaffen wird. Dies ist sowohl bei Anwendungen als Display wie auch in Optoelektronik vorteilhaft.
Die in Fig. 1 dargestellte Lichtquelle kann beispielsweise auf die im folgenden dargestellte Weise hergestellt werden. Auf einem nicht dargestellten Halbleitersubstrat wird eine Schicht 10 durch ein geeignetes Abscheideverfahren, zum Beispiel ein CVD (Chemical Vapour Deposition) - Verfahren abgeschieden. Auf die Schicht 10 wird in einem nächsten Prozeßschritt eine weitere Schicht 20 abgeschieden. Die Dotierung der Schichten 10 und 20 wird dadurch erzielt, daß dem Prozeßgas des CVD-Verfahrens die Dotierstoffe in einer der gewünschten Konzentration entsprechenden Menge beigefügt werden.
Anschließend werden in der Schicht 20 durch die Implantation von Ionen hochdotierte Bereiche 50, 60 und 70 erzeugt.
Anschließend wird die Schicht 20 mit einem geeigneten Ätzmittel wie EDP (Ethylendiamin-Pyrokatechol) geätzt. EDP ist ein Ätzmittel für einen anisotropen Ätzprozeß. Der Ätzratenunterschied senkrecht zu den kristallographischen Flächen (100) und (111) beträgt 400. Hierdurch entsteht beim Tiefenätzen eine charakteristische Form, die im vorliegenden Fall zu der gewünschten Ausbildung der tiefen Ausnehmungen 30 und 40 führt.
Der Ätzvorgang stoppt an der hochdotierten Schicht 10. So führt beispielsweise eine Bordotierung der Schicht 10 von wenigstens 7 x 1019 cm-3 zu einer Abnahme der Ätzrate von EDP um ungefähr den Faktor 50.
Leiterbahnen zum Anschluß der Schicht 10 und des hochdotierten Bereichs 70 werden dadurch erzeugt, daß die Schicht 10 und der Bereich 70 geeignet strukturiert werden, so daß sich Leiterbahnen herausbilden. Diese Strukturierung kann beispielsweise mittels herkömmlicher photolitographischer Prozeßschritte erfolgen. Der elektrische Anschluß des hochdotierten Bereichs 50 und des Bereichs der Schicht 10, der an der Ausnehmung 30 anliegt, kann auf die gleiche Weise erfolgen.
Auf die Schicht 20 wird eine mit mehreren Öffnungen versehene Membranschicht 75 aufgetragen. Die Öffnungen der Membranschicht 75 entsprechen im wesentlichen den Ausnehmungen 30 und 40. Danach wird die Öffnung der Membranschicht 75, die der Ausnehmung 40 zugeordnet ist, mit einer nicht dargestellten Maske bedeckt.
Im nächsten Prozeßschritt wird eine Isolationsschicht 80 aufgebracht und verflossen. Während zum Verfließen von SiO2 eine Temperatur von über 2000 °C erforderlich ist, kann BPSG (Bor-Phosphor-Silikatglas) bereits bei Temperaturen von etwa 800 - 1100 °C verflossen werden. Hierdurch wird das Innere der Ausnehmung 30 mit der Blockerschicht 90 bedeckt und gleichzeitig die Ausnehmung 30 durch einen über ihr liegenden Bereich der Isolationsschicht 80 abgedeckt. Das Verfließen des Isolationsmaterials, das zum Füllen der Ausnehmung 30 dient, erfolgt in einer Gasatmosphäre, deren chemische Zusammensetzung der für die Füllung der Ausnehmung 30 gewünschten chemischen Zusammensetzung entspricht.
Das Verfließen des die Isolationsschicht 80 und die Blockerschichten 90 und 100 bildenden Materials kann grundsätzlich durch eine beliebige Erwärmung erfolgen. Eine derartige Erwärmung kommt insbesondere dann in Betracht, wenn dieses Material einen geeignet niedrigen Schmelzpunkt aufweist, wie dies beispielsweise bei BPSG (Bor-Phosphor-Silikatglas) der Fall ist. Wenn jedoch ein Material eingesetzt wird, das, wie Siliziumoxid SiO2, einen sehr hohen Schmelzpunkt aufweist, ist es zweckmäßig, ein Kurzzeittemperverfahren einzusetzen. Kurzzeittemperverfahren, die auch RTA (Rapid Thermal Amnealing) genannt werden, können auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Beispiele für derartige Kurzzeittemperverfahren finden sich beispielsweise in D. Widmann et al.: Technologie hochintegrierter Schaltungen, 2. Auflage Berlin; Heidelberg; New York; 1996, insbesondere pp. 38-40.
Der Einsatz eines derartigen Kurzzeittemperverfahrens zum Erhitzen des die Blockerschicht 290 und die Isolationsschicht 280 bildenden Materials hat den Vorteil, daß ein erwünschtes Aufschmelzen dieses Materials erfolgen kann, ohne daß es zu unerwünschten Diffusionsprozessen oder sonstigen Temperprozessen innerhalb des Halbleitersubstrats kommt.
Anschließend wird ein geeigneter Planarisierungsprozeß, beispielsweise ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP), durchgeführt, um oberhalb der Ausnehmung 40 die Isolationsschicht 80 zu entfernen. Dies ist ohne Beeinträchtigung der Isolationsschicht in sonstigen Bereichen möglich, da durch die oberhalb der Ausnehmung 40 befindliche Maske eine höhere Position der Isolationsschicht 80 geschaffen wurde, und dann diese erhöhten Bereiche bei dem Planarisierungsprozeß entfernt werden.
Nach dem Entfernen der Isolationsschicht oberhalb der Ausnehmung 40 wird wiederum ein Isolationsmaterial abgeschieden und gleichfalls so erhitzt, daß es derartig verfließt, daß es eine Blockerschicht 100 und gleichzeitig eine Abdeckung der Ausnehmung 40 bildet. Dieser Prozeß erfolgt in einer Gasatmosphäre, deren chemische Zusammensetzung der gewünschten chemischen Zusammensetzung für die Gasfüllung der Ausnehmung 40 entspricht. Auf diese Weise ist es möglich, die Ausnehmungen 30 und 40 mit unterschiedlichen Gasen zu befüllen.
In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lichtquelle dargestellt. In dieser Darstellung ist aus Platzgründen lediglich eine einzelne Ausnehmung 230 in einem n-dotierten Halbleitersubstrat 220 dargestellt. Selbstverständlich ist es jedoch auch hierbei möglich, daß in dem Halbleitersubstrat 220 weitere Ausnehmungen angeordnet sind.
Die Ausnehmung 230 erstreckt sich vorzugsweise in einer Breite von 10 µm bis 100 µm und einer Höhe von beispielsweise 10 µm bis 50 µm in dem Halbieitersubstrat 220. Neben der Ausnehmung 230 sind zwei hochdotierte Bereiche 250 und 270 angeordnet. Die Bereiche 250 und 270 sind beispielsweise p+-dotiert, was durch die Implantation von Bor oder Aluminium erfolgen kann. Oberhalb des Substrats 220 befindet sich eine Membranschicht 274, die ein Verfließen des eine Isolationsschicht 280 bildenden Materials ermöglicht. Die Isolationsschicht 280 befindet sich auf der Membranschicht 274. Die Isolationsschicht 280 ist beispielsweise aus Siliziumoxid SiO2 gebildet. Der Boden und die Seitenflächen der Ausnehmung 230 sind durch eine Blockerschicht 290 von dem Halbleitersubstrat 220 getrennt. Oberhalb der Isolationsschicht 280 befindet sich eine weitere Halbleiterschicht 300, die als Sichtblende dient.
Die in Fig. 2 dargestellte Lichtquelle kann beispielsweise auf die im folgenden dargestellte Weise hergestellt werden.
In einem Halbleitersubstrat 220 werden durch die Implantation von Ionen hochdotierte Bereiche 250 und 270 erzeugt.
Anschließend wird das Halbleitersubstrat 220 mit einem geeigneten Atzmittel wie EDP (Ethylendiamin-Pyrokatechol) geätzt. EDP ist ein Ätzmittel für einen anisotropen Ätzprozeß. Der Ätzratenunterschied senkrecht zu den kristallographischen Flächen (100) und (111) beträgt 400. Hierdurch entsteht beim Tiefenätzen eine charakteristische Form, die im vorliegenden Fall zu der gewünschten Ausbildung einer tiefen Ausnehmung 230 führt. Der Ätzvorgang stoppt innerhalb des Halbleitersubstrats 220.
Leiterbahnen zum Anschluß der hochdotierten Bereiche 250 und 270 werden dadurch erzeugt, daß die Bereiche 250 und 270 geeignet strukturiert werden, so daß sich Leiterbahnen herausbilden. Diese Strukturierung kann beispielsweise mittels herkömmlicher photolitographischer Prozeßschritte erfolgen. Auf das Halbleitersubstrat 220 wird eine mit mehreren Öffnungen versehene Membranschicht 274 aufgetragen. Die Öffnungen der Membranschicht 274 entsprechen im wesentlichen der Ausnehmung 230.
Im nächsten Prozeßschritt wird eine Isolationsschicht 280 aufgebracht und verflossen. Während zum Verfließen von SiO2 eine Temperatur von über 2000 "C erforderlich ist, kann BPSG (Bor-Phosphor-Silikatglas) bereits bei Temperaturen von etwa 800 - 1100 °C verflossen werden. Hierdurch wird das Innere der Ausnehmung 230 mit der Blockerschicht 290 bedeckt und gleichzeitig die Ausnehmung 230 durch einen über ihr liegenden Bereich der Isolationsschicht 280 abgedeckt. Das Verfließen des Isolationsmaterials, das zum Verschließen der Ausnehmung 230 dient, erfolgt in einer Gasatmosphäre, deren chemische Zusammensetzung der für die Füllung der Ausnehmung 230 gewünschten chemischen Zusammensetzung entspricht.
Das Verfließen des die Isolationsschicht 280 und die Blockerschicht 290 bildenden Materials kann grundsätzlich durch eine beliebige Erwärmung erfolgen. Eine derartige Erwärmung kommt insbesondere dann in Betracht, wenn dieses Material einen geeignet niedrigen Schmelzpunkt aufweist, wie dies beispielsweise bei BPSG (Bor-Phosphor-Silikatglas) der Fall ist. Wenn jedoch ein Material eingesetzt wird, das wie Siliziumoxid SiO2 einen sehr hohen Schmelzpunkt aufweist, ist es zweckmäßig, ein Kurzzeittemperverfahren einzusetzen. Kurzzeittemperverfahren, die auch RTA (Rapid Thermal Amnealing) genannt werden, können auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Beispiele für derartige Kurzzeittemperverfahren finden sich beispielsweise in D.Widmann et al.: Technologie hochintegrierter Schaltungen, 2. Auflage Berlin; Heidelberg; New York; 1996, insbesondere pp. 38-40.
Der Einsatz eines derartigen Kurzzeittemperverfahrens zum Erhitzen des die Blockerschicht 290 und die Isolationsschicht 280 bildenden Materials hat den Vorteil, daß ein erwünschtes Aufschmelzen dieses Materials erfolgen kann, ohne daß es zu unerwünschten Diffusionsprozessen oder sonstigen Temperprozessen innerhalb des Halbleitersubstrats kommt.
Die dargestellten Prozeßschritte bilden eine besonders zweckmäßige Variante des zu der Herstellung einer erfindungsgemäßen Lichtquelle dienenden Verfahrens. Selbstverständlich ist es jedoch gleichermaßen möglich, diese Verfahren unter Einsatz anderer Materialien und anderer Prozeßbedingungen durchzuführen.
Die Erfindung ist in keiner Weise aus die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere ist es möglich, die Dotiertypen p und n gegeneinander auszutauschen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, sowohl Lichtquellen zu schaffen, die eine einzige Ausnehmung aufweisen, als auch die Lichtquelle so auszugestalten, daß sie eine Vielzahl von einzelnen Ausnehmungen aufweist. So ist es beispielsweise möglich, auf einem flächig ausgedehnten Substrat mehr als 1000 x 1000 einzelne Ausnehmungen vorzusehen und so einen hochauflösenden Bildschirm zu schaffen. Je nach Einsatzzweck werden hierbei unterschiedliche Ansteuerungen für jede einzelne Ausnehmung oder für Gruppen von Ausnehmungen vorgesehen. Es ist insbesondere zweckmäßig, daß jeweils einige Ausnehmungen mit einem Gas gefüllt sind, das in einer ersten Wellenlänge emittiert, während andere Ausnehmungen in einer oder mehrerer Wellenlängen emittieren und so andere Farben bilden. Es ist bereits bei konventionellen Bildschirmen bekannt, daß sich mit der Hilfe von drei Grundfarben, vorzugsweise rot, grün und blau, alle Farben des sichtbaren Lichts darstellen lassen. Dieses Prinzip kann selbstverständlich such bei einer erfindungsgemäßen Lichtquelle ausgenutzt werden.
Ein anderes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Lichtquelle ist die Bildung von kostengünstigen Signalquellen für den Einsatz in einer integrierten optoelektronischen Schaltung.
Durch ihre hohe Lichtintensität eignet sich die erfindungsgemäße Lichtquelle auch für den Einsatz als Sender in einem Glasfasernetz.
Bezugszeichenliste
10
Schicht
20
Schicht
30
Ausnehmung
40
Ausnehmung
50
hochdotierter Bereich
60
hochdotierter Bereich
70
hochdotierter Bereich
75
Membranschicht
80
Isolationsschicht
90
Blockerschicht
100
Blockerschicht
110
Kontaktpunkt
120
Kontaktpunkt
130
Wechselstromquelle
220
Halbleitersubstrat
230
Ausnehmung
250
hochdotierter Bereich
270
hochdotierter Bereich
274
Membranschicht
280
Isolationsschicht
290
Blockerschicht
300
Halbleiterschicht

Claims (17)

  1. Lichtquelle, die wenigstens ein Halbleitermaterial (20; 220) enthält, das wenigstens eine Ausnehmung (30, 40; 230) aufweist, die mit einem Gas oder mit einer Flüssigkeit befüllt ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Halbleitermaterial (20; 220) in Bereichen, die der Ausnehmung (30, 40; 230) zugewandt sind, mit einer Diffusionsblockerschicht (90, 100; 290) versehen ist, die eine Diffusion des Gases oder der Flüssigkeit in das Halbleitermaterial (20; 220) verhindert.
  2. Lichtquelle nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Ausnehmung (30, 40; 230)auf einer Oberfläche durch einen Isolator und auf ihren anderen Oberflächen durch das Halbleitermaterial (20; 220) bedeckt ist.
  3. Lichtquelle nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Isolator als eine sich parallel zu einer Oberfläche des Halbleitermaterials (20; 220) erstreckende Isolationsschicht (80; 280) ausgebildet ist.
  4. Lichtquelle nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Diffusionsblockerschicht (90, 100; 290) aus einem isolierenden Material besteht.
  5. Lichtquelle nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Diffusionsblockerschicht (90, 100; 290) und ein mit der Ausnehmung (30, 40; 230) in Kontakt befindlicher Isolator (80; 280) aus dem gleichen Material bestehen.
  6. Lichtquelle nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Diffusionsblockerschicht aus Siliziumoxid (SiO2) besteht.
  7. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Ausnehmung (30, 40; 230) mit einem fluoreszierenden Gas befüllt ist.
  8. Lichtquelle nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das fluoreszierende Gas wenigstens einen metastabilen Zustand enthält.
  9. Lichtquelle nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das fluoreszierende Gas Hg-Atome enthält.
  10. Lichtquelle nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Gas einen oder mehrere Zusätze aus der Gruppe Tl, Na oder Cd enthält.
  11. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das fluoreszierende Gas Fluor enthält.
  12. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das fluoreszierende Gas wenigstens einen organischen Farbstoff enthält, oder daß das fluoreszierende Gas durch einen organischen Farbstoff gebildet wird.
  13. Lichtquelle nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der organische Farbstoff Eosin oder Fluorescein enthält.
  14. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das fluoreszierende Gas wenigstens einen aromatischen Kohlenwasserstoff enthält oder aus einem oder mehreren aromatischen Kohlenwasserstoffen besteht.
  15. Lichtquelle nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der aromatische Kohlenwasserstoff Benzol, Naphthalin oder Anthracen enthält.
  16. Integrierte elektrische Schaltung,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sie wenigstens eine Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15 enthält.
  17. Anzeigevorrichtung,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sie wenigstens eine Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder wenigstens eine integrierte elektrische Schaltung nach Anspruch 16 enthält.
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