DE2725265A1 - Halbleiter-leuchtanzeigevorrichtung - Google Patents
Halbleiter-leuchtanzeigevorrichtungInfo
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Description
2 7 ^ G 2Γ- 5
Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd., D-^München 80
Kawasaki-shi, Japan Tel, 089/982085-87
Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid
3. Juni 1977
Halbleiter-Leuchtanzeigevorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Leuchtanzeigevorrichtung mit planparallelen bzw. Planaraufbau und insbesondere
eine Anzeigevorrichtung, die sich beispielsweise für die Wiedergabe kleiner Symbole oder Zeichen in vergrößertem
Maßstab als Anzeige in einem Kamerasucher eignet.
Monolithische Leucht- oder Lumineszenzanzeigevorrichtungen mit Planaraufbau befinden sich bereits auf vielen Gebieten
in praktischem Gebrauch. Beispielsweise ist als Ziffernanzeigevorrichtung eine derartige Vorrichtung bekannt, bei
welcher sieben rechteckige LeuchtSegmente, die jeweils mit
einem pn-übergang durch selektive Diffusion eines Fremdatoms in ein Halbleitersubstrat hergestellt worden sind, in Form
der Ziffer "8" angeordnet und für die Darstellung einer gewünschten Ziffer ansteuerbar sind.
Bei dieser bisherigen Vorrichtung ist in einem Mittelbereich auf der Oberseite jedes Segments eine sich in Längsrichtung
erstreckende Elektrode zur Hervorbringung wirksamer Lumines-
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>~ R
des betreffenden Segments angeordnet. Hierbei wird das vom betreffenden Segment emittierte Lichtmuster in seinem
Mittelbereich durch die Elektrode blockiert bzw. abgedunkelt. Obgleich die erwähnte Ausbildung einer solchen Elektrode
praktisch mit keinen wesentlichen Problemen verbunden ist, sondern nur im Mittelbereich eine geringfügige Verringerung
des vom Segment ausgestrahlten Lichtmusters zur Folge hat, wird beispielsweise bei Verwendung in der Anzeige eines
Kamerasuchers, wo die darzustellenden Ziffern oder Zeichen eine Größe von nur etwa 1 mm besitzen und zur Betrachtung
vergrößert werden, durch einen im Mittelbereich des betreffenden Segments entstehenden Schatten die Ablesbarkeit sehr
stark beeinträchtigt und dadurch auch das Aussehen der Anzeige verschlechtert.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Halbleiter-Leuchtanzeigevorrichtung,
die sich für die Wiedergabe von kleinen Symbolen, Ziffern oder Zeichen eignet, welche
auf den Ablesemaßstab vergrößert werden müssen, und durch welche die Ablesbarkeit und Deutlichkeit der Leuchtanzeige fläche
verbessert wird.
Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen und Merkmale gelöst.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Teilaufsicht auf eine Halbleiter-Leuchtanzeigevorrichtung
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung,
Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 2,
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f.
Pig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2 und
Fig. 4 eine Aufsicht zur Veranschaulichung einer abgewandelten AusfUhrungsform der Elektrode für ein
Leuchtsegment.
Nachstehend ist die Erfindung im Zusammenhang mit einer grün leuchtenden Galliumphosphid-Leuchtanzeigevorrichtung beschrieben.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Wiedergabe dreistelliger
Zahlen besteht aus drei in einer Reihe auf der Oberseite eines gemeinsamen isolierenden Trägers (header)
angeordneten Halbleitervorrichtungen 11. Jeder Abschnitt 11
umfaßt sieben rechteckige Leuchtsegmente 12a - 12g, die in Form einer Ziffer "8" so angeordnet sind, daß erstes bis
viertes Segment 12a - 1?d in Form eines Quadrats und viertes bis siebentes Segment 12d - 12g ebenfalls in Form eines
quadratischen Rahmens ausgelegt sind.
Jede Halbleitervorrichtung 11 wird auf die im folgenden beschriebene
Weise hergestellt.
In ein mit Schwefel und Stickstoff dotiertes n-Typ-Galliumphosphidsubstrat
I3 (GaP-Substrat) wird von dessen Oberseite her selektiv Zink eindiffundiert, um dadurch p-Typ-Diffusionsschichten
14 zu bilden, die jeweils einen zwischen dem Substrat
13 und der Diffusionsschicht 14 angeordneten pn-Ubergang
bzw. eine pn-Sperrschicht 15 aufweisen. Bei der Zinkdiffusion
wird ein Siliziumnitridfilm 16 als Maske benutzt, der anschliessend als Schutzschicht stehenbleibt. Dabei wird beispielsweise
das folgende Verfahren angewandt: Der Slllziumnitridfilra 16
wird mit einer Dicke von etwa 2ooo Ä nach einem sog. CVD-Verfahren
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ausgebildet, bei dem Silangas und Ammoniakgas bei einer Temperatur
von etwa 68o°C miteinander umgesetzt werden. Hierauf werden in diesem Film selektiv Fenster ausgebildet, worauf
bei einer Temperatur von 6500C und während einer Dauer von
15 Std. Zink bis zu einer Tiefe von etwa 5 /um eindiffundiert
wird, um streifenförmige p-Diffusionsschichten 14 herzustellen,
die jeweils eine im wesentlichen rechteckige Lumineszenz- bzw. Leuchtfläche bilden. Anschließend werden durch Polieren
mehr als 5 7um von der Rückseite des Substrats 13 abgetragen,
wodurch das Substrat auf eine geeignete Dicke eingestellt wird, worauf Silizium und eine Silizium-Gold-Legierung mit
2 Gew.-j6 Silizium sowie Gold in der genannten Reihenfolge
auf die polierte Oberfläche aufgedampft werden, um eine Seitenelektrode 17 vom n-Leit(fähigkeits)typ herzustellen.
Anschließend werden eine Gold-Beryllium-Legierung mit 1 Gew.-% Beryllium und Gold in der angegebenen Reihenfolge
dieser Elemente in einer Dicke von etwa 1 /um auf die mit
der p-Diffusionsschicht 14 versehene Seite des GaP-Substrats 13 aufgedampft und sodann selektiv geätzt, um Seitenelektroden
18-24 des p-Leittyps für die einzelnen Leuchtsegmente 12a - 12g gemäß Fig. 1 auszubilden.
Die erste, die dritte, die fünfte und die siebente p-Leittyp-Seitenelektrode
18, 2o, 22 bzw. 24 werden mit entsprechenden Kontaktabschnitten 18a, 2oa, 22a, bzw. 24a versehen, die
Kontaktflächen aufweisen, die mit der Gesamtfläche der in
Längsrichtung äußeren Enden der betreffenden Schichten in
Kontakt stehen und sich in Längsrichtung der Leuchtfläche der p-Schichten 14 erstrecken und die mit Zuleitung-Anschlußabschnitten
18b, 2ob, 22b bzw. 24b versehen sind, welche an die Enden der Kontaktabschnitte angeschlossen sind und auf den
Seiten der Längsseitenenden des Substrats 1} liegen. Die
zweite und die sechste Elektrode I9 bzw. 23 vom p-Leittyp,
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die am zweiten bzw. am sechsten Leuchtsegment 12b bzw. 12f angeordnet sind und sich auf dem Substrat IjJ quer zwischen
erstem und drittem Leuchtsegment 12a, 12c bzw. zwischen fünftem und siebentem Leuchtsegment 12e, 12g erstrecken,
weisen jeweils einen Kontaktabschnitt 19a bzw. 2^a mit einer
Kontaktfläche, die mit dem gesamten Außenende bzw. Außenrand der Leuchtfläche des betreffenden Leuchtsegments dieser jeweiligen Schichten in Berührung steht, einen im Mittelbereich
der betreffenden Kontaktfläche vom Kontaktabschnitt in Richtung
auf die jeweilige Längsseite des Substrats 13 abgehenden,
schmäleren Halsteil 19c bzw. 2^c sowie je einen mit dem anderen
Ende des betreffenden Halsteils 19c, 2j5c verbundenen
Zuleitung-Anschlußabschnitt 19b bzw. 2}b auf. Die vierte
Seitenelektrode 21 vom p-Leittyp, die mit dem vierten, zwischen zweitem und sechstem Leuchtsegment 12b bzw. 12f
liegenden Leuchtsegment 12d verbunden ist, umfaßt einen Kontaktabschnitt 21a mit einer Endkontaktfläche, die mit der
gesamten Längsend- oder -Seitenfläche der Leuchtfläche des
Segments 12d in Berührung steht, während das andere Ende des Kontaktabschnitts mit einem Zuleitung-Anschlußabschnitt
21b verbunden ist, der parallel zu den Anschlußabschnitten I8b bis 2ob von erster bis dritter Seitenelektrode 18 bis 2o
liegt. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzen die Anschlußabschnitte der sieben p-Seitenelektroden 18-24
jeweils eine Rechteckform mit praktisch jeweils gleicher Gr^ße, Erster bis vierter Anschlußabschnitt I8b - 21b sind in einer
Reihe angeordnet, während fünfter bis siebenter Anschlußabschnitt 22b - 24b ebenfalls in einer Reihe parallel zur erstgenannten
Reihe angeordnet sind. Diese Reihen sind in Querrichtung des Substrats und in einem vorbestimmten Abstand zu
dessen Seiten angeordnet, zwischen denen die genannten sieben Leuchtsegmente 12a - 12g liegen.
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An der Oberseite der Halbleiter-Leuchtvorrichtung 11 ist
ein weiteres Leuchtsegment 12h vorgesehen, das zur Darstellung des Dezimalpunkts dient und an das eine Elektrode 25
angeschlossen ist. Die Elektrode 25 weist sich längs beider
Seiten des Segments 12h erstreckende Kontaktabschnitte 25a und einen mit fünftem bis siebentem Elektroden-Anschlußabschnitt 22b - 24b in einer Reihe liegenden Anschlußabschnitt 25b auf.
Die Halbleitervorrichtungen 11 mit vorstehend beschriebener
Konstruktion sind am Träger Io so montiert, daß die Seitenelektroden 17 vom n-Leittyp nach unten weisen. An die Elektroden 17 sind nicht dargestellte Treiberleitungen angeschlossen.
Aa Träger 1o sind acht Leitungszüge bzw. Treiberleitungen
26a - 26h montiert, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander quer über den Träger verlaufen. Gemäß Fig. 1 sind
erster bis vierter Leitungszug 26a - 26d an der einen und fünfter bis achter Leitungszug 26e - 26h an der anderen
Seite des Substrats 11 vorgesehen. Diese LeltungszUge 26a -26h sind an die Zuleitung-Anschlußabschnitte I8b - 25b
der Elektroden der acht Leuchtsegmente mittels Zuleitungen 27a - 27h angeschlossen, welche die jeweils zugeordneten
Teile mit kürzestmöglieher Länge verbinden.
Im folgenden ist nunmehr anhand der Flg. 2 und 3 das zweite
Leuchtsegment 12b, welches praktisch dem sechsten Leuchtsegment 12f entspricht, im einzelnen beschrieben.
Die Kontaktfläche des Kontaktabschnitts 19a der mit der einen Längskante der Leuchtfläche der p-Diffusionsschicht 14
auf dem Halbleitersubstrat 13 in Kontakt stehenden Elektrode
19 ist vorzugsweise so montiert, daß der Abstand D zwischen dieser einen Seite und der einen, dieser Seite der Kontaktfläche zugewandten Seite der Leuchtfläche nicht größer ist
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als 12o ,um. Ist dieser Abstand grosser, so können Unregelmäßigkeiten der Leuchtintensität des vom Leuchtsegment
abgestrahlten Musters auftreten. Der Halsteil 19c» welcher
den betreffenden Teil des Kontaktabschnitts 19a im Mittelbereich der Kontaktfläche mit dem Zuleitung-Anschlußabschnitt 19b verbindet, besitzt vorzugsweise eine Breite T
entsprechend
1 ^ T
Too" < L
worin L der gesamten Längserstreckung der Leuchtfläche der
p-Diffusionsschicht 14 entspricht. Bei der Wärmebehandlung zeigt es sich, daß der Ga-Anteil der GaP-Schicht 14 von
Kontaktabschnitt absorbiert wird bzw. in diesen hineindiffundiert, wobei die Leuchtintensität um so geringer 1st je
größer das Ausmaß dieser Absorption ist. Wenn T/L größer ist als 1/4, d.h. wenn der Halsteil im Vergleich zur Kontaktfläche wesentlich verbreitert wird, diffundiert Gallium
aus dem Kontaktabschnitt in beträchtlichem Maße in den Anschlußabschnitt. In diesem Fall tritt sehr wahrscheinlich
die genannte Minderung der Leuchtintensität aufgrund der Absorption einer erheblichen Menge des Ga Anteils der Diffusionsschicht 14 im Anschlußabschnitt 19b Über den Kontaktabschnitt 19a und den Halsteil 19c auf. Ist dagegen T/L kleiner
als 1/1ooo, so kann dar Halsteil leicht brechen und dadurch
das Leuchtelement beschädigt werden. Der Halsteil 19c 1st mit dem Kontaktteil 19a Im Mittelbereich der Kontaktfläche
verbunden, da anderenfalls aufgrund der Absorption des Oa-Anteils dessen Konzentration in dem dem Halsteil entsprechenden Abschnitt der p-Diffusionsschicht so reduziert werden
würde, daß es unmöglich wäre, einen zufriedenstellenden ohmschen PartlaIkontakt (partial ohmic contact) herzustellen,
was zu einem dunklen Schatten im betreffenden Teil des Leucht-
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musters führen würde. Diese Erscheinung kann durch Ausbildung des Halsteils in der angegebenen Position auf
ein Mindestmaß herabgesetzt werden.
Die Einrichtung zur Unterdrückung der Diffusion von Gallium aus dem Kontaktabschnitt der Elektrode in den Zuleitung-Anschlußabschnitt,
nämlich der erwähnte Halsteil, kann auch eine andere zweckmäßige Form besitzen, wenn er die
vorgesehene Aufgabe wirksam zu erfüllen vermag. Beispielsweise ist es möglich, den Kontaktabschnitt 19a der Elektrode
19 mit ihrem Anschlußabschnitt 19b unmittelbar zu verbinden
und im Bereich zwischen Kontaktabschnitt 19a und Anschlußabschnitt 19b eine Öffnung Jo vorzusehen, um dadurch die
Diffusionsstrecke für das Gallium zu verschmälern.
Wie vorstehend erläutert, sind bei der erfindungsgemäßen Halblelter-Leuchtanzeigevorrichtung die Elektroden so angeordnet,
daß der Kontaktabschnitt jeder Elektrode mit der einen Kante oder dem einen Ende der Leuchtfläche des betreffenden
Leuchtsegments in Kontakt steht, so daß der Mittelbereich des von der Leuchtfläche emittierten Leuchtmusters
durch die zugeordnete Elektrode nicht verdeckt wird. Infolgedessen ist die Lichtmarke des Leuchtsegments deutlich
sichtbar. Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1 sind die Elektroden 19 und 2J>
des zweiten bzw. des sechsten Leuchtsegments 12b bzw. 12f mit einem verengten Halsteil
versehen, während die anderen Elektroden keinen derartigen, schmalen Halsteil aufweisen. Obgleich bei diesen anderen
Elektroden doenfalls ein solcher Halsteil vorgesehen werden
könnte, ist dies aus folgenden Gründen nicht unbedingt notwendig: Die Diffusion des Fremdatoms, etwa des Ga-Elements,
aus der p-Diffusionsschicht in die Elektrode stellt dann
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ein Problem dar, wenn ein Anschlußabschnitt mit vergleichsweise großer Oberfläche mit dem Seitenabschnitt des Kontaktabschnitts
verbunden ist; dies wirft jedoch bei den anderen Elektroden keine besondere Schwierigkeit auf, bei
denen ein Anschlußteil am Ende eines langen Kontaktabschnitts in einem beträchtlichen Abstand von der Kontaktfläche
angeordnet ist, weil hierdurch die Fremdatomdiffusion in den Anschlußabschnitt unterbunden wird.
Wie aus den Figuren ersichtlich ist, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung insgesamt einen ordentlichen Aufbau auf,
so daß sie ein gutes Aussehen besitzt und kaum Störungen, wie Kurzschluß und Bruch, ausgesetzt sein düf te. Dies beruht
darauf, daß die Zuleitung-Anschlußabschnitte der Elektroden sämtlich auf gegenüberliegenden Seiten des durch die Leuchtsegmente
gebildeten, das Anzeigemuster wiedergebenden : Abschnitts angeordnet sind, daß die Leitungszüge längs
gegenüberliegender Seiten der Reihe der Halbleiter-Leuchtvorrichtungen angeordnet sind und daß Anschlußabschnitt und
leitfähige Schicht bzw. Leuchtschicht durch möglichst kurze Zuleitungen miteinander verbunden sind.
Anstelle des GaP-Substrats kann auch ein Halbleitersubstrat
aus einem anderen Material verwendet werden, das Gallium enthält, etwa ein solches aus GaAsP, GaAlAs oder GaInP,
womit dieselben Wirkungen erzielt werden. Obgleich das Leuchtsegment bei der beschriebenen AusfUhrungsform aus einer
p-Typ-Diffusionsschicht besteht und AuBe-Legierung sowie Au für die Elektrode des Leuchtsegments verwendet werden, kann
auch eine n-Typ-Schicht als Leuchtsegment verwendet werden, während Werkstoffe, wie AuSn, AuSi und AuGe vorteilhaft für
die Elektrode benutzt werden können.
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Leerseite
Claims (1)
- Henkel, Kern, Feiler Cr Hänzel PatentanwälteT,.„, , r,i i. j T^ Möhlstraße 37Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd., D-8000 München 80Kawasaki-shi, Japan Tel: 089/982085-87Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid3. Juni 1977PATENTANSPRÜCHE1. ) Halbleiter-Leuchtanzeigevorrichtung, gekennzeichnet durch ein Halbleitersubstrat (13) des einen Leit(fähigkeits)typs, durch ein Leuchtelement (12) mit einer Diffusionsschicht (14) des entgegengesetzten Leittyps, um von der einen Fläche der Diffusionsschicht her Licht zu emittieren, und durch eine Elektrode (z.B. 18) für das Leuchtsegment, wobei die Elektrode einen mit dem einen Endabschnitt der Oberfläche der Diffusionsschicht in Berührung stehenden, langgestreckten Kontaktabschnitt (18a) aufweist.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Fläche der Diffusions schicht eine rechteckige Leuchtfläche aufweist und daß der Kontaktabschnitt der Elektrode eine Kontaktfläche umfaßt, die sich längs der Leuchtfläche praktisch über deren gesamte Längserstreckung erstreckt.Bl eg709849/1 195ORIGINAL INSPECTED27252G5}. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrode einen mit dem Kontaktabschnitt elektrisch verbundenen Zuleitung-Anschlußabschnitt und ein zwischen beiden Abschnitten vorgesehenes Verengungs- oder Widerstandsmittel aufweist, welches einem Fremdatomfluß vom Kontaktabschnitt zum Anschlußabschnitt einen Widerstand entgegensetzt bzw. diesen Premdatomfluß begrenzt.4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmittel einen Halsteil umfaßt, der schmäler ist als der Zuleitung-Anschlußabschnitt .5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat ein n-Typ-Galliumphosphidsubstrat ist und daß die Diffusionsschicht eine p-Typ-Galliumphosphidschicht ist.6. Vorrichtung nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, daß der Halsteil eine Breite (T) entsprechend folgender Beziehungbesitzt, worin L die Gesamtlänge bzw. Längserstreckung der Leuchtfläche der Diffusionsschicht bedeutet.7· Halbleiter-Leuchtanzeigevorrichtung, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine isolierenden Träger, durch eine Anzahl von in einer Reihe auf der einen Oberfläche709849/11952 7 2 ^ 2r 5des Trägers angeordneten Halbleiter-Leuchtvorrichtungen, die jeweils eine Anzahl von Leuchtsegmenten mit je einer Leuchtfläche an der einen Seite des Halbleitersubstrats umfassen, durch erste Elektroden, die jeweils mit einer Kontaktfläche mit der einen Seitenkante der Leuchtfläche in deren Längsrichtung in Berührung stehen, durch zweite, an der anderen Seite des Halbleitersubstrats ausgebildete und am Träger angeordnete Elektroden und durch mit den einzelnen Elektroden verbundene Treibereinrichtungen zur selektiven Ansteuerung der Leuchtsegmente für deren Lumineszenz.8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-Leuchtvorrichtungen in einer Reihe auf dem Mittelbereich der Trägeroberfläche angeordnet sind, daß das Substrat der Leuchtvorrichtungen an der einen Seite mit der Leuchtfläche jedes Leuchtsegments und an der anderen Seite mit den zweiten Elektroden versehen ist, daß die Treibereinrichtungen mehrere auf dem Träger angeordnete Leiterzüge umfassen, die sich zu beiden Seiten des Halbleitersubstrats längs der Reihe der Halbleiter-Leuchtvorrichtungen erstrecken, und daß die ersten Elektroden Zuleitung-Anschlußabschnitte auf weisen, die an den Enden oder Rändern der Oberfläche des Halbleitersubstrats an den mit den LeiterzUgen versehenen Seiten angeordnet sind.9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede erste Elektrode eine Kontaktfläche und einen zwischen dem Zuleitung-Anschlußabschnitt und der Kontaktfläche angeordneten Halsteil aufweist.709849/1195
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Legal Events
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Representative=s name: HENKEL, G., DR.PHIL. FEILER, L., DR.RER.NAT. HAENZ |
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