DE3200788C2 - - Google Patents
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Description
Gegenstand der Erfindung ist eine Elektrode für ein Halbleiterbauelement aus III/V-Verbindungen
mit einem pn-Übergang, welche auf der p-Schicht eine Schicht aus einer Au-Be-
oder einer Au-Zn-Legierung, eine darüber angeordnete Diffusionssperre und eine
darüber befindliche bondbare Schicht aufweist sowie deren Verwendung für
Leuchtdioden.
Aus der JP-OS 54-11 689 ist ein lichtemittierendes Bauelement aus Galliumphosphid
mit einem pn-Übergang bekannt, welches auf der p-Schicht eine Elektrode
aufweist, über die die Verbindung mit einem Zuleitungsdraht bewirkt wird. Die
Elektrode umfaßt eine Legierungsschicht, die als Hauptbestandteil Gold und daneben
Beryllium oder Zink enthält, mindestens eine Metallschicht aus Tantal
oder Wolfram oder Niob und eine darüber vorgesehene Goldschicht. Es ist angegeben,
daß die Legierungsschicht aus Gold-Beryllium oder Gold-Zink den ohmschen
Kontakt sicherstellt, aber den Nachteil besitzt, daß sie Gallium- oder Phosphorionen
beim Erwärmen durch die Elektrodenschicht diffundieren und sich
auf ihrer Oberfläche anlagern. Zur Verhinderung dieses Diffusionsvorgangs wird
daher eine Diffusionssperre vorgesehen, die aus einer Schicht aus Tantal, Wolfram,
Niob, Zirkon, Molybdän oder Nickel besteht und welche die Diffusion von
elementarem Gallium, Phosphor oder Beryllium durch Absorption verhindert.
Aus der US-PS 38 79 746 ist es bekannt, daß man bei Feldeffekttransistoren mit
isoliertem Gate die Diffusion von Platin in Titan oder in geringerem Umfang von
Titan in Platin dadurch verhindern kann, daß man zwischen der Titanschicht
und der Platinschicht eine Titannitridschicht vorsieht. Der angegebene Schichtaufbau
umfaßt somit ein Substrat aus Silizium, eine darauf aufgebrachte Siliziumdioxidschicht,
eine darüber angeordnete Aluminiumoxidschicht, eine Titannitridschicht,
eine Titanschicht, eine weitere Titanschicht und eine Platinschicht.
Es ist weiterhin bekannt, daß Aluminium zur Ausbildung von bondbaren Schichten
für Siliziumbauelemente geeignet ist und eine gute Drahthaftung ermöglicht.
Mit Aluminium-Verdrahtungen kann man jedoch keinen guten ohmschen Kontakt
mit III/V-Verbindungen, insbesondere mit gering dotierten Schichten aus
GaP und GaAs, die durch Schmelz-Epitaxie gebildet worden sind, erreichen. Andererseits
neigt auch das Aluminium zur Diffusion, so daß ein Bedürfnis für eine
verbesserte Elektrodenstruktur mit Aluminium als bondbarem Material besteht,
die eine verbesserte Drahthaftung und einen guten ohmschen Kontakt ermöglicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Diffusionssperre
für Aluminium als Material der bondbaren Schicht anzugeben und damit eine
Elektrode für Halbleiterbauelemente aus III/V-Verbindungen mit einem pn-
Übergang gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches, namentlich für Leuchtdioden
zu schaffen, die eine gute Drahtverbindung und einen guten ohmschen Kontakt
sicherstellen.
Die Aufgabe wird nun gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale der Elektrode
gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche betreffen eine bevorzugte Ausführungsform
dieses Erfindungsgegenstandes sowie die Verwendung dieser Elektrode
für Leuchtdioden.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Elektrode für ein Halbleiterbauelement
aus III/V-Verbindungen mit einem pn-Übergang, welche auf der p-Schicht eine
Schicht aus einer Au-Be- oder einer Au-Zn-Legierung, eine darüber angeordnete
Diffusionssperre und eine darüber befindliche bondbare Schicht aufweist, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß die bondbare Schicht aus Aluminium und die Diffusionssperre
aus der Schichtenfolge Titannitrid, Titan und Titannitrid bestehen.
Eine Ausführungsform der Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme
auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Leuchtdiode
oder mit einer erfindungsgemäßen Elektrode, und
Fig. 2(A) bis 2(C) Schnittansichten, welche die Herstellungsschritte zur Ausbildung
der erfindungsgemäßen Elektrode auf einer Leuchtdiode
verdeutlichen.
Bei der im folgenden näher erläuterten Ausführungsform der Erfindung handelt
es sich bei dem Halbleiterbauelement um eine Leuchtdiode aus III/V-Verbindungen.
Dabei wird die Erfindung anhand einer GaP-Leuchtdiode erläutert, wenngleich
andere III/V-Verbindungen geeignet sind, wie GaAs, GaAs1-x P x oder
Ga1-x Al x As.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnungen sind gleiche Elemente mit gleichen
Bezugsziffern bezeichnet.
Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt die Leuchtdiode ein n-leitendes GaP-Substrat
10, eine n-leitende GaP-Schicht 11 und eine p-leitende GaP-Schicht 12. Das
GaP-Substrat 10 ist dabei mit Hilfe des Czochralski-Zieh-Verfahrens hergestellt
worden. Die Schichten 11 und 12 sind durch Schmelze-Epitaxie gebildet worden.
Es entsteht der p-n-Übergang 13. Die äußeren Oberflächen der p-Schicht 12 und
des n-Substrats 10 sind poliert, um in dieser Weise die Dicken dieser Schichten
einzustellen.
Auf der Rückseite des n-leitenden Substrats 10 ist eine Elektrode aus einer Au-
Si-Legierung aufgedampft und nach dem Photoätzverfahren in das gewünschte
Muster gebracht worden. Durch Erhitzen auf eine Temperatur von 500 bis 600°C
in einer Stickstoffatmosphäre wird ein ohmscher Kontakt mit der Au-Si-Elektrode
erzeugt.
Auf der p-Schicht 12 sind fünf Schichten 14 bis 18 angeordnet, die die erfindungsgemäße
Elektrode darstellen. Die Materialien und die Dicken dieser
Schichten sind in der nachfolgenden Tabelle I zusammengestellt:
Die Au-Be-Schicht 14 enthält 0,2 bis 1,0 Gew.-% Beryllium. Jede der TiN-
Schichten 15 und 17 enthält man durch reaktives Aufsputtern unter Verwendung
eines Ti-Targets in einer Stickstoffatmosphäre. Diese Schichten 14 bis 18 kann
man sämtlich nacheinander durch Aufsputtern erzeugen, wobei man Targets
aus einer Au-Be-Legierung, Titan oder Aluminium verwenden sollte. Man kann
diese Schichten auch durch Aufdampfen oder in anderer Weise erzeugen.
Die Leuchtdiode wird in der Weise fertiggestellt, wie
es in den Fig. 2(A) bis 2(C) dargestellt ist. Wie in der Fig. 2(A) gezeigt ist, werden
die fünf Elektrodenschichten 14 bis 18 nach dem Photoätzverfahren in die gewünschte
Form gebracht. Dabei wird als Ätzlösung für die Al-Schicht 18 H₃PO₄
verwendet, welche auf etwa 80 bis 90°C erhitzt ist. Als Ätzlösung für die TiN-
Schichten 15 und 17 und die Ti-Schicht 16 verwendet man eine Kombination
aus NH₄OH und H₂O₂. Die Ätzlösung für die Au-Be-Schicht 14 ist eine Kombination
aus J₂ und NH₄J. Die Schichten werden zur Erzeugung der ohmschen
Kontaktelektrode auf etwa 420 bis 500°C erhitzt.
Wie in der Fig. 2(B) dargestellt ist, wird das in dieser Weise behandelte Leuchtdioden-
Plättchen mit Hilfe einer Plättchenschneidemaschine oder durch Anreißen
und Brechen auf die gewünschte Größe gebracht.
Wie die Fig. 2(C) verdeutlicht, wird das Leuchtdioden-Plättchen mit Hilfe einer
Gold- oder Silberpaste 6 an einem Fuß 7 fixiert. Die Elektrodenschichten 14 bis
18 werden mit Hilfe eines Golddrahts 9 unter Einwirkung von Wärme und
Druck mit dem Stift 8 des Fußes 7 verbunden. Die Oberseite des Fußes 7 wird
mit einem Epoxidharz oder dergleichen versiegelt, wodurch die Leuchtdiode fertiggestellt
wird.
Die fünf Elektrodenschichten 14 bis 18 ermöglichen eine gute Drahtverbindung
und einen guten ohmschen Kontakt, und zwar aus folgenden Gründen:
Die Zwischenschichten TiN-Ti-TiN verhindern, daß das Gold und das Beryllium
aus der Schicht 14 und das Gallium aus dem GaP-Substrat während der Wärmeanwendung
zur Erzeugung des ohmschen Kontakts zur Elektrodenoberfläche
diffundieren, so daß verhindert wird, daß Verunreinigungen in die äußerste
Aluminiumschicht 18 überführt werden. Weiterhin wird ein guter ohmscher
Kontakt dadurch sichergestellt, daß die GaP-Schicht 12 und die Au-Be-Schicht
14 stabile Legierungen darstellen. Wenn eine einzige Zwischenschicht aus TiN
oder Ti zwischen den Schichten 14 und 18 angeordnet wird, kann bei der Wärmeanwendung
die Reaktion zwischen der Au-Be-Schicht und der Al-Schicht nicht
verhindert werden. Die Aluminiumschicht 18 stellt die gute Drahtverbindung
sicher.
Die Au-Be-Schicht14 kann durch eine Au-Zn-Schicht ersetzt werden, die ebenfalls
einen guten ohmschen Kontakt ermöglicht.
Claims (3)
1. Elektrode für ein Halbleiterbauelement aus III/V-Verbindungen mit einem
pn-Übergang, welche auf der p-Schicht eine Schicht (14) aus einer Au-Be- oder einer
Au-Zn-Legierung, eine darüber angeordnete Diffusionssperre und eine darüber
befindliche bondbare Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die
bondbare Schicht (18) aus Aluminium und die Diffusionssperre aus der Schichtenfolge
Titannitrid (15) Titan (16) und Titannitrid (17) bestehen.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die III/V-Verbindung
GaP, GaAs, GaAs1-x P x oder Ga1-x Al x As ist.
3. Verwendung der Elektrode nach den Ansprüchen 1 und 2 für Leuchtdioden.
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