WO1999038195A1 - Lichtquelle und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

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WO1999038195A1
WO1999038195A1 PCT/DE1999/000006 DE9900006W WO9938195A1 WO 1999038195 A1 WO1999038195 A1 WO 1999038195A1 DE 9900006 W DE9900006 W DE 9900006W WO 9938195 A1 WO9938195 A1 WO 9938195A1
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light source
recess
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layer
semiconductor material
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PCT/DE1999/000006
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Jenoe Tihanyi
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh & Co. Ohg
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    • 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
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    • 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
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    • 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 for its production.
  • luminescence A large number of known light sources emit electromagnetic radiation after energy absorption by atoms, molecules or condensed matter. Such an emission is called luminescence.
  • a light source important in optoelectronics is the luminescence diode (LED; Light Emitting Diode).
  • Luminescent diode contains a semiconductor material with a p-doped and an n-doped region. Excess charge carriers present in these areas diffuse the respectively differently doped area and recombine there with its charge carriers. This creates an incoherent electromagnetic radiation with a typical line width m of the order of magnitude of several 10 nm. The bandwidth depends on the choice of the semiconductor material and its doping.
  • Another important light source in optoelectronics is the semiconductor laser. These are special pn diodes in which the pn junction represents a pump for the laser. A semiconductor with a direct band gap serves as the active (reinforcing) material. The active area of the semiconductor laser.
  • 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 0.1 nm and with a sharp beam.
  • Light sources are known for illuminating rooms and in classic optics, in which light is emitted by the excitation of a suitable gas. Here there is a transition between different energy levels of the gas.
  • the light sources in which the transition to the low-energy state occurs without delay, are of particular technical importance. This form of luminescence is also called fluorescence.
  • the object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art.
  • a light source is to be created which is suitable for applications in optoelectronics, as a component of a screen or a display.
  • this object is achieved in that a light source is equipped in such a way that it contains at least one semiconductor material and that the semiconductor material has at least one recess, the recess being filled with a gas or a liquid.
  • the invention therefore initially provides for a semiconductor material to be designed in such a way that it has one or more recesses, the recess or the recesses being such that they can hold a gas or a liquid.
  • the invention also provides a
  • semiconductor material is to be understood in its most general meaning. It not only comprises a preferably single-crystalline substrate on which layers are applied, but also includes any topological arrangement of one or more semiconductor materials.
  • the invention expressly also includes the case that the recess penetrates only m a single layer or m a single area, but not m areas, preferably low-crystal areas, located underneath.
  • the device for generating luminescence can also be constructed in various ways.
  • the recess is covered on one surface by an insulator and on its other surfaces by the semiconductor material.
  • the light source can be manufactured using the methods known in semiconductor electronics, and thus its integrability into an electronic circuit can be achieved in that the insulator is designed as a layer extending parallel to an upper compartment of the semiconductor material.
  • the semiconductor material In order to prevent diffusion of the gas or the liquid in the semiconductor material, it is expedient for the semiconductor material to be provided with a blocker layer on layers which face the recess.
  • a decoupling between the electrical properties of the semiconductor material and the emission spectrum of the gas located in the recess or the liquid located in the recess can be achieved particularly advantageously in that the blocker layer consists of an insulating material.
  • a particularly good electrical decoupling, an effective prevention of the diffusion of the gas located in the recess or the liquid located in the recess can be achieved in that the blocker layer and an insulator in contact with the recess consist of the same material.
  • a particularly good integration of the generation of the blocker layer in the manufacturing process of the light source can be achieved in that the blocker layer consists of silicon oxide (Si0 2 ).
  • an insulator in contact with the recess is made of silicon oxide (Si0 2 ). Silicon oxide has in addition to its good
  • Integrability in the manufacturing process of the light source or an integrated electrical circuit containing it has the further advantage that it is highly transparent both in the range of visible light and in the UV range.
  • a light source constructed according to the invention can be filled with various gases or liquids. However, it is particularly advantageous that the recess is filled with a fluorescent gas.
  • a particularly pronounced fluorescence can be achieved if the gas consists of mercury vapor or contains at least some mercury atoms.
  • 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 thus contains only 15 mg Hg per m.
  • Mercury vapor can be increased. 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 completely passes over a monatomic vapor under normal pressure.
  • Mercury is an example of a full gas that contains at least one metastable state.
  • the energy of an excited metastable state can also be transferred to other atoms by means of collisions of the second type, which then fluoresce.
  • This mechanism used in conventional gas discharge lamps is known as sensitized fluorescence. It occurs particularly clearly when the mercury vapor contains an additive, for example from Tl, Na or Cd.
  • a strong fluorescence can also be achieved in that the fluorescent gas contains fluorine.
  • a large fluorescence can also be achieved in that the fluorescent gas contains at least one organic dye or consists of at least one organic dye.
  • the organic dyes may contain, for example, eosin and fluoresce.
  • the fluorescent gas contains an aromatic hydrocarbon or consists of 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 contains at least one light source designed according to the invention.
  • the invention further relates to a display device, for example a flat screen or a status display of an electrical or electronic device, which is characterized in that it has at least one light source according to the invention and / or at least one integrated electrical circuit which in turn contains a light source according to the invention.
  • a display device for example a flat screen or a status display of an electrical or electronic device, which is characterized in that it has at least one light source according to the invention and / or at least one integrated electrical circuit which in turn contains a light source according to the invention.
  • a method for producing a light source is also carried out so that in the area of a
  • Main surface of a semiconductor material a structure is produced, the structure having at least one recess, and wherein the structure is subsequently filled with a gas or with a liquid.
  • This method is preferably carried out in such a way that the recess is produced by an etching process.
  • the etching process used to produce the recess or recesses can be carried out using one of the etching methods known from semiconductor technology.
  • any etching method such as wet-chemical etching, chemical-physical wet etching, physical dry etching, chemical dry etching or chemical-physical dry etching are suitable.
  • Such penetration can lead, for example, to highly doped (approximately 10 19 cm -3 to approximately 10 20 cm “3 ) buried islands (buried layers) which can serve as low-resistance electrical leads.
  • the recesses only penetrate into individual layers or only into another partial area of the semiconductor material, for example penetration of the recesses can also reach up to a highly doped, thin layer, such a layer, which is also referred to as a ⁇ layer, has good conductivity in the lateral direction while it has isolation properties in the vertical direction. Comparable isolation properties are achieved even if the light source is based on an SOI (Silicon On Insulator) substrate.
  • SOI Silicon On Insulator
  • the invention does not depend on how the recesses are produced, it is in principle also possible to produce the recesses by depositing further semiconductor material in areas not provided for the recesses.
  • Fig. 1 shows a cross section through a first embodiment of a light source according to the invention
  • Fig. 2 shows a cross section through a second
  • Embodiment of a light source according to the invention 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.
  • 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 On the layer 10 there is a further layer 20 made of a semiconducting material.
  • Layer 20 is doped with a dopant of the opposite conductivity type.
  • Silicon can exist, especially phosphorus and arsenic.
  • concentration of this dopant is preferably 10 13 cm "3 to 10 19 cm -3 .
  • the layer 20 has recesses 30 and 40.
  • Recesses 30 and 40 are made perpendicular to a main surface of the layer 20 and penetrate the layer 20 completely.
  • the layer 20 has highly doped m in its upper region
  • Regions 50, 60 and 70 the doping being, for example, a p + doping.
  • the doping being, for example, a p + doping.
  • 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 there is
  • Insulation layer 80 made of silicon oxide S0 2 . As a result, the entire m generated by the cavities 30 and 40 after headed outside. However, if it is desired to suppress certain emission lines, the insulation layer 80 can be made transparent. A semitransparent formation of the insulation layer 80 can be achieved, for example, by the addition of 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 holes 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 an equally good electrical insulation, in the present case the blocker layers 90 and 100 are formed by conformally deposited silicon oxide Si0 2 .
  • 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
  • the mercury vapor When a voltage is applied, the mercury vapor is stimulated to glow. It emits light that is rich in UV radiation. In the visible area only yellow, green and blue, but no red lines are emitted. The resulting light signal can be used in a display to show the yellow color component.
  • the other recess 40 is filled with a dye that has fluorescence in the red spectral range.
  • Layer 10 is connected to an AC power source 130 at a contact point 110.
  • the highly endowed area 70 is connected to the other pole of the AC power source 130 at a contact point 120.
  • the AC power source 130 generates an AC voltage in the high frequency range, preferably about 100 kHz to 500 kHz.
  • the cavities 30 and 40 are preferably controlled differently. This has the advantage that their radiation intensity can be controlled independently of one another. This makes it possible, for example, to vary the color components of the individual light points in a display.
  • 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 by adding the dopants to the process gas of the CVD process in an amount corresponding to the desired concentration.
  • EDP ethylenediamine pyrocatechol
  • EDP is an etchant for an anisotropic etching process.
  • the etching rate difference perpendicular to the crystallographic surfaces (100) and (111) is 400. This creates a characteristic shape during deep etching, which in the present case leads to the desired formation of deep recesses 30 and 40.
  • the etching process stops at the highly doped layer 10.
  • a boron doping of the 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 the layer 10 and the highly doped region 70 are produced in that the layer 10 and the region 70 are structured in a suitable manner, so that conductor tracks are formed. This structuring can take place, for example, by means of conventional photolithographic process steps.
  • the electrical connection of the heavily doped region 50 and the region of the layer 10 which bears against the recess 30 can be carried out in the same way.
  • a membrane layer 75 provided with a plurality of openings is applied to the layer 20.
  • the openings of the membrane layer 75 essentially correspond to the recesses 30 and 40.
  • the opening of the membrane layer 75, which is assigned to the recess 40, is then covered with a mask (not shown).
  • an insulation layer 80 is applied and flowed over. While flowing SiO; if a temperature of over 2000 ° C is required, BPSG (boron-phosphorus-silicate glass) can already be flown 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 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.
  • Heating the material forming the blocker layer 290 and the insulation layer 280 has the advantage that a desired melting of this material can take place without undesired diffusion processes or other annealing processes occurring within the semiconductor substrate.
  • a suitable planarization process for example a chemical mechanical polishing (CMP), is then carried out in order to remove the insulation layer 80 above the recess 40. This is without
  • an insulation material is in turn deposited and likewise heated in such a way that it flows in such a way that it forms a blocker layer 100 and at the same time a cover for the recess 40. This process takes place in a gas atmosphere, its chemical
  • Composition of the desired chemical composition for the gas filling of the recess 40 corresponds. In this way it is possible to fill the recesses 30 and 40 with 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 p + doped, for example, which can be done by implanting boron or aluminum.
  • a membrane layer 274 is located above the substrate 220, which allows the material forming an insulation layer 280 to flow away.
  • the insulation layer 280 is located on the membrane layer 274.
  • the insulation layer 280 is formed, for example, from silicon oxide Si0 2 .
  • the bottom and the side surfaces of the recess 230 are separated from the semiconductor substrate 220 by a blocker layer 290.
  • Above the Insulation layer 280 is a further semiconductor layer 300, which serves as a screen.
  • the light source shown in FIG. 2 can be produced, for example, in the manner shown below.
  • Highly doped regions 250 and 270 are produced in a semiconductor substrate 220 by the implantation of ions.
  • the semiconductor substrate 220 is then etched using a suitable etchant, such as EDP (ethylenediamine pyrocatechol).
  • EDP is an etchant for an anisotropic etching process.
  • the etching rate difference perpendicular to the crystallographic surfaces (100) and (111) is 400. This creates a characteristic during deep etching
  • the etching stops within the semiconductor substrate 220.
  • Conductor tracks for connecting the highly doped areas 250 and 270 are produced in that the areas 250 and 270 are suitably structured so that conductor tracks are formed. This structuring can take place, for example, by means of conventional photolithographic process steps.
  • a multi-aperture membrane layer 274 is applied to the semiconductor substrate 220. The openings of the membrane layer 274 essentially correspond to the recess 230.
  • an insulation layer 280 is applied and flowed over. While a temperature of over 2000 ° C is required to flow Si0 2 , BPSG (boron-phosphorus-silicate glass) can be flowed at temperatures of around 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 an area of the insulation layer 280 lying above it. The Flowing of the insulation material, which serves to close the recess 230, takes place in a gas atmosphere, the chemical composition of which 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 process steps shown form a particularly expedient variant of the method used to produce a light source according to the invention.
  • the invention is in no way limited from the illustrated embodiments.
  • different controls are provided for each individual recess or for groups of recesses.
  • Another area of application of the light source according to the invention is the formation of inexpensive signal sources for use in an integrated optoelectronic circuit.
  • the light source according to the invention is also suitable for use as a transmitter in a glass fiber network.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle, die sich dadurch auszeichnet, daß sie wenigstens ein Halbleitermaterial (20; 220) enthält, und daß das Halbleitermaterial (20; 220) wenigstens eine Ausnehmung (30, 40; 230) aufweist, wobei die Ausnehmung (30, 40; 230) mit einem Gas oder mit einer Flüssigkeit befüllt ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Anzeigevorrichtung, die eine derartige Lichtquelle enthält sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtquelle, das sich dadurch auszeichnet, daß im Bereich einer Hauptfläche eines Halbleitermaterials (20; 220) eine Struktur erzeugt wird, wobei die Struktur wenigstens eine Ausnehmung (30, 40; 230) aufweist, und wobei die Struktur anschließend mit einem Gas oder mit einer Flüssigkeit befüllt wird.

Description

Lichtquelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
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 m der Optoelektronik bedeutende Lichtquelle ist die Lumineszenzdiode (LED; Light Emitting Diode) . Die
Lumineszenzdiode enthalt ein Halbleitermaterial mit einem p- dotierten und einem n-dotierten Bereich. In diesen Bereichen vorhandene Uberschußladungstrager diffudieren m den jeweils anders dotierten Bereich und rekombinieren dort mit dessen Ladungsträgern. Hierdurch entsteht eine inkohärente elektromagnetische Strahlung mit einer typischen Linienbreite m der Größenordnung von mehreren 10 nm. Die Bandbreite hangt 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-Ubergang eine Pumpe für den Laser darstellt. Als aktives (verstärkendes) Material dient ein Halbleiter mit direkter Bandlucke. Der aktive Bereich der
Laserdiode ist eine dünne Schicht m unmittelbarer Umgebung der Raumladungszone des pn-Ubergangs . Die Laserdiode emittiert kohärente Strahlung mit Linienbreiten m der Größenordnung 0,1 nm und mit einer scharfen Bündelung.
Sowohl Luminiszenz- als auch Laserdioden haben sich m der Optoelektronik vielfaltig bewahrt. 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 m den niederenergetischen Zustand verzogerungsfrei erfolgt. Diese Form der Lumineszenz wird auch als Fluoreszenz bezeichnet.
Derartige Lichtquellen eignen sich aufgrund ihrer großen Abmessungen und schlechten Ansteuerbarkeit nicht für Anwendungen m 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 m der Optoelektronik, als Bestandteil eines Bildschirms oder eines Displays eignet.
Erfmdungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelost, daß eine Lichtquelle so ausgestattet wird, daß sie wenigstens ein Halbleitermateπal enthalt, und daß das Halbleitermaterial wenigstens eine Ausnehmung aufweist, wobei die Ausnehmung mit einem Gas oder mit einer Flüssigkeit befullt ist.
Die Erfindung sieht also zunächst vor, ein Halbleitermaterial so auszugestalten, daß es eine oder mehrere Ausnehmungen aufweist, wobei d e 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 m dem Gas oder m der Flussikeit erzeugt wird. Der Begriff Halbleitermaterial ist m 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 m eine einzelne Schicht oder m einen einzelnen Bereich eindringt, nicht jedoch m darunter befindliche, vorzugsweise emkristallme Bereiche.
Die Einrichtung zur Erzeugung von Lumineszenz kann gleichfalls auf verschiedene Weisen aufgebaut sein.
Es ist besonders zweckmäßig, daß die Ausnehmung auf einer Oberflache durch einen Isolator und auf ihren anderen Oberflachen durch das Halbleitermaterial bedeckt ist.
Eine Herstellbarkeit der Lichtquelle mit den m der Halbleiterelektronik bekannten Verfahrensweisen und damit auch ihre Integrierbarkeit m eine elektronische Schaltung kann dadurch realisiert werden, daß der Isolator als eine sich parallel zu einer Oberfache des Halbleitermateπals erstreckende Schicht ausgebildet ist.
Um eine Diffusion des Gases oder der Flüssigkeit m das Halbleitermaterial zu verhindern, ist es zweckmäßig, daß das Halbleitermaterial auf Schichten, die der Ausnehmung zugewandt sind, mit einer Blockerschicht versehen ist.
Eine Entkopplung zwischen den elektrischen Eigenschaften des Halbleitermateπals und dem Emissionsspektrum des m der Ausnehmung befindlichen Gases oder der m der Ausnehmung befindlichen Flüssigkeit laßt 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 (Si02) besteht.
Ferner ist es vorteilhaft, daß auch ein mit der Ausnehmung in Kontakt befindlicher Isolator aus Siliziumoxid (Si02) 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 Quecksilberda pf ist zu berücksichtigen, daß der Sättigungsdruck des Quecksilbers bei Zimmertemperatur nur etwa 0,0017 mbar betragt. Eine mit Quecksilberdampf gefüllte Luftatmosphare enthalt somit lediglich 15 mg Hg je m 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 m einen einatomigen Dampf übergeht.
Quecksilber ist ein Beispiel eines Fullgases, das wenigstens einen metastabilen Zustand enthalt. Die Energie eines angeregten metastabilen Zustandes kann durch Stoße 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 Tl, Na oder Cd enthalt.
Eine stark ausgeprägte Fluoreszenz kann auch dadurch erzielt werden, daß das fluoreszierende Gas Fluor enthalt.
Eine große Fluoreszenz kann ferner dadurch erzielt werden, daß das fluoreszierende Gas wenigstens einen organischen Farbstoff enthalt oder aus wenigstens einem organischen Farbstoff besteht. Bei den organischen Farbstoffen kann es sich beispielsweise um Eosin und Fluorescem enthalt.
Es ist jedoch gleichfalls möglich, daß das fluoreszierende Gas einen aromatischen Kohlenwasserstoff enthalt, 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.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtquelle 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 Atzvorgang erfolgt.
Der zur Erzeugung des oder der Ausnehmungen dienende Atzvorgang kann nach einem der aus der Halbleitertechnologie bekannten Ätzverfahren erfolgen. Grundsätzlich sind beliebige Ätzverfahren wie das naßchemische Ätzen, das chemisch- physikaliche 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 m Fig. 1 dargestellte Lichtquelle weist eine durchgehende Schicht 10 aus einem halbleitenden Material auf. Die Schicht 10 besteht beispielsweise aus hochdotiertem polykristallmen Silizium. Im dargestellten Fall ist die Schicht 10 p+-dotιert, sie kann jedoch gleichfalls n+-dotιert sein. Die Schicht 10 enthalt einen Dotierstoff wie Bor oder Aluminium m 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 Leitfahigkeitstyps dotiert. Im vorliegenden Fall kommen als Dotierstoffe für die Schicht 20, die gleichfalls beispielsweise aus polykristallmem
Silizium bestehen kann, insbesondere Phosphor und Arsen m Betracht. Die Konzentration dieses Dotierstoffs betragt vorzugsweise 1013 cm"3 b s 1019 cm-3.
Die Schicht 20 weist Ausnehmungen 30 und 40 auf. Die
Ausnehmungen 30 und 40 sind senkrecht zu einer Hauptflache der Schicht 20 angebracht und durchdringen die Schicht 20 vollständig.
Die Schicht 20 weist m ihrem oberen Bereich hochdotierte
Bereiche 50, 60 und 70 auf, wobei es sich bei der Dotierung beispielsweise um eine p+-Dotιerung handeln kann. Auf der Schicht 20 befindet sich eine mit mehreren Offnungen versehene Membranschicht 75. Die Offnungen 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 Sι02. Hierdurch wird das gesamte m den Hohlräumen 30 und 40 erzeugte Licht nach außen geleitet. Falls es jedoch erwünscht ist, bestimmte Emissionslinien zu unterdrücken, kann die Isolationsschicht 80 se itransparent ausgebildet werden. Eine semitransparente Ausbildung der Isolationsschicht 80 kann beispielsweise durch den Zusatz eines Farbstoffs, beispielsweise durch geeignete Ionen oder organische Farbmolekühle, oder durch eine oder mehrere reflektierende Schichten erzielt werden.
Während die Löcher 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 Si02 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 zu 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 SiO; 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 Verfließen 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, daß wie Siliziumoxid Si02 einen sehr hohen Schmelzpunkt aufweist, ist es zweckmäßig, ein Kurzzeittemperverfahren einzusetzen. Kurzzeittemperverfahren, die auch als 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 Halbleitersubstrat 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 Si02 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 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 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 Si02 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, daß wie Siliziumoxid Si02 einen sehr hohen Schmelzpunkt aufweist, ist es zweckmäßig, ein Kurzzeittemperverfahren einzusetzen. Kurzzeittemperverfahren, die auch als 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 m keiner Weise aus die dargestellten Ausführungsformen beschrankt. 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 flachig ausgedehnten Substrat mehr als 1000 x 1000 einzelne Ausnehmungen vorzusehen und so einen hochauflosenden Bildschirm zu schaffen. Je nach Einsatzzweck werden hierbei unterschiedliche Ansteuerungen für jede einzelne Ausnehmung oder f r Gruppen von Ausnehmungen vorgesehen. Es ist insbesondere zweckmäßig, daß jeweils einige Ausnehmungen mit einem Gas gefüllt sind, das m einer ersten Wellenlange emittiert, wahrend andere Ausnehmungen m einer oder mehrerer Wellenlangen emittieren und so andere Farben bilden. Es ist bereits bei konventionellen Bildschirmen bekannt, daß sich mit der Hilfe von drei Grundfarben, vorzugsweise rot, gr n und blau, alle Farben des sichtbaren Lichts darstellen lassen. Dieses Prinzip kann selbstverständlich such bei einer erfmdungsgemaßen Lichtquelle ausgenutzt werden.
Ein anderes Einsatzgebiet der erfmdungsgemaßen Lichtquelle ist die Bildung von kostengünstigen Signalquellen für den Einsatz m einer integrierten optoelektronischen Schaltung.
Durch ihre hohe Licht tensitat eignet sich die erfmdungsgemaße Lichtquelle auch für den Einsatz als Sender 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

Patentansprüche :
1. Lichtquelle, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie wenigstens ein Halbleitermaterial (20; 220) enthält, und daß das Halbleitermaterial (20; 220) wenigstens eine Ausnehmung (30, 40; 230) aufweist, wobei die Ausnehmung (30, 40; 230) mit einem Gas oder mit einer Flüssigkeit befüllt ist.
2. Lichtquelle nach Anspruch l, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Isolator als eine sich parallel zu einer Oberfläche des Halbleitermaterials (20; 220) erstreckende Isolationsschicht (80; 280) ausgebildet ist.
4. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t, daß das Halbleitermaterial (20; 220) in
Bereichen, die der Ausnehmung (30, 40; 230) zugewandt sind, mit einer Blockerschicht (90, 100; 290) versehen ist.
5. Lichtquelle nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Blockerschicht (90, 100; 290) aus einem isolierenden Material besteht.
6. Lichtquelle nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Blockerschicht (90, 100; 290) und ein mit der Ausnehmung (30, 40; 230) in Kontakt befindlicher Isolator (80; 280) aus dem gleichen Material bestehen.
7. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Blockerschicht aus Siliziumoxid (Si02) besteht.
8. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ausnehmung (30, 40; 230) mit einem fluoreszierenden Gas befüllt ist.
9. Lichtquelle nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das fluoreszierende Gas wenigstens einen metastabilen Zustand enthält.
10. Lichtquelle nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das fluoreszierende Gas Hg-Atome enthält.
11. Lichtquelle nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Gas einen oder mehrere Zusätze aus der Gruppe Tl, Na oder Cd enthält.
12. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 8 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t, daß das fluoreszierende Gas Fluor enthält.
13. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 8 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das fluoreszierende Gas wenigstens einen organischen Farbstoff enthält, oder daß das fluoreszierende Gas durch einen organischen Farbstoff gebildet wird.
14. Lichtquelle nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der organische Farbstoff Eosin oder Fluorescein enthält.
15. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 8 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das fluoreszierende Gas wenigstens einen aromatischen Kohlenwasserstoff enthält oder aus einem oder mehreren aromatischen Kohlenwasserstoffen besteht.
16. Lichtquelle nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der aromatische Kohlenwasserstoff Benzol, Naphthalin oder Anthracen enthält.
17. Integrierte elektrische Schaltung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie wenigstens eine Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 16 enthält.
18. Anzeigevorrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie wenigstens eine Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und/oder wenigstens eine integrierte elektrische Schaltung nach Anspruch 17 enthält.
19. Verfahren zur Herstellung einer Lichtquelle, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t, daß im Bereich einer Hauptfläche eines
Halbleitermaterials (20; 220) eine Struktur erzeugt wird, wobei die Struktur wenigstens eine Ausnehmung (30, 40; 230) aufweist, und wobei die Struktur anschließend mit einem Gas oder mit einer Flüssigkeit befüllt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erzeugung der Ausnehmung (30, 40; 230) durch einen Ätzvorgang erfolgt.
21. Verfahren nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in nicht für die Ausnehmung vorgesehenen Bereichen weiteres Halbleitermaterial abgeschieden wird.
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