Монолитный светодиодный цифровой индикатор Советский патент 1979 года по МПК H05B33/06 G09F9/00 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к световой индикации и оптоэлектронике. Известно несколько видов монолитных полупроводниковых излучателей, в некоторых пoлyпpoвoдникoвыk излуча телях переходы расположены перпендикулярно рабочей поверхности основы, но наибольшее распространение получи ли излучатели, в которых плоскость р-п-перехода параллельна рабочей поверхности кристалла подложки 1. Обычно р-п-структуры создаются локальной диффузией или локальной эпитаксией. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является монолитный индикатор, изготовленный из фосфида га.ппия (GaP), на основе меза-р-п-структур необходимой формы Указанный индикатор цифр образован путем травления глубоких мезаучастков в эпитаксиально выращенных р-п-структурах на п - подложке. При бор состоит из семи меза-участков с контактами на каждой Р - стороне; п - участки покрыты металлическим слоем и имеют общий контакт. Высвечивание символов осуществ.пяется путем набора комбинаций рабочих участков. Свет выводится через эпитаксиальный р-слой. Общими недостатками известных индикаторов являются: а)техническая трудность получения р-п-перехода малой площади, обусловленная уровнем развития современной фотолитографии и способами создания омических контактов; . б)невозможность, в связи с этим, получения свечения перехода при малых токах; в)недостаточные контрастность и четкость высвечиваемых символов из-за распространения света в прозрачном материале, например в фосфиде галлия,- - - .-- -, -. .. -,,-., . Цель изобретения - устранение выи1еперечисленных недостатков и обеспечение большой яркости свечения при , сниженном потреблении электрического тока, а также контрасности и четкости изображения. Указанная цель достигается тем, что внешняя рабочая часть монолитного светодиодного цифрового индикатора из полупроводниковых соединений А В или твердых растворов на их основе, 3 сбйержащего эгйтаксиальные р- и п- области, образующие по крайней мере семь торцовых р-п-переходов на высо коомной полупроводниковой подложке, покрыта металлизированной пленкой н всю глубину эпитаксиального слоя по всей поверхности за исключением самих р-п-переходов и канавок, раздел щих р-п-переходы на отдельные участ ки и р-область, по крайней мере, на семь отдельных частей.. Такое- выполнение предлагаемого мо нолитного светодиодного цифрового индикатора позволяет значительно снизить величину рабочего тока, так Т Ж|ГвШ с1Щенная эпитаксиальная пленка может быть очень тонкой (5-20 мкм) intMBi-ii tb f-n-перехода весьма мала. Например, для семисегментного знакбвого индикатора с размером знака 3 х 2 мм (длина сегмента 1,25 мм р-п-переход, образующий этот сигнал (излучающий участок), можно разделить на 4 отрезк.а длиной 200 мкм каж дый с расстоянием между ними 150 мкм При толщине эпитаксиальной пленки 10 мкм общая площадь такого р-п-пере йода составляет 10 см . Рабочая плотность тока 10 А/см достигается при токе 0,8 мА, что примерно, на по рядок ниже рабочего тока лучщих известных индикаторов. Для изображения знаков меньшего размера, при толщине эпитаксиальной пленки 5 МКМ/ возможно с.оздание индикаторов с током потребления на вес знак менее 1 мА. Толщина светящейся линии складывается из ширины области рекомбинации (для большинства известных материалов : фосфид галлия, арсенид-фосфид галлия и других она составляет 1-5 мкм) и длины поглощения света . (для арсёнйд-фосфид галлия она составляет 2-10 мкм). Таким образом, возможно получение светящейся линии толщиной 10-25 мкм, Чтайе достигается при использовании известных индикаторов. - . - Предлагаемый индикатор имеет пре ймьШёство и в отношении вывода света Так как область р-п-пёрёхода ограни чена областями с отличающейся величиной диэлектрической проницаемости то образовавшийся оптический волновод улуйиает вывод света. Следует добавить, что в предлагае ИОй индикаторе омические контакты не ; леЯсат на пути вывода света, тогда ка вряде Известных индикаторов часть полезного света поглощается контак ШШТ оШтЬгбГ ттть ът ётк койтактов достаточно велика,вследствйё 1ёго улучшается растекание тока. Устройство предлагаемого монолитного светодиодного цифрового индикатбра поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид индикатоpaj на фиг.2 - сечение А-А фиг.1; фиг.3,4,5 поясняют процесс образования р- и п-областей; на фиг.4 дано сечение по Б-Б фиг.З; на фиг.5 - сечение Б-Б фиг.З после выращивания в окнах п-эпитаксиального слоя; на фиг. 6 - часть прибора в дйметрической прямоугольной проекции. Металлизированная контактная пленка из-за малой толщиныуказана условно. , . Монолитный светодиодный цифровой йндйкатор Выполнен на высокоомной подложке 1 полупроводника типа например фосфида галлия или арсенида галлия (GaAS). Методом селективной эпитаксии на ней выращена эпитаксиальная плёнка полупроводника того же типа или твердого раствора (например арсенид-фосфид галлия), имеющая участки п-типа проводимости 2 и участки р -типа проводимости 3. Область р-типа разделена канавками 4 (шириной 3-4 и глубиной 1,5-2 толщины эпитаксиальной пленки) на отдельных участков, которые граничат с двумя участками п-типа и образуют семь линий р-п-переходов 5, при помощи которых высвечиваются цифры. Все р-п-переходы 5 расположены в плоскостях, перпендикулярных рабочей поверхности эпитаксиальной пленки. Поверхности р- и п-областей, за исключением узких участков б, непосредстгзенно примыкающих к р-п-переходйм, так называемых окон, и канавок ,4, покрыты металлической пленкой 7, служащей, омическими контактами к рк п-областям. Линии р-п переходов 5 разделены при помощи канавок 8 на четыре отрезка. К каждому участку ме таллической пленки приварена золотая проволочка-вывод (9,10,11,12,13,14,15 и 16).п-Участки соединены между собой для уменьшения количества выводов. Выводы индикатора подсоединяют к известной коммутирующейсхеме, подключающей один из них 9 к отрицательному, а другие, 10-16 - к положи ельнЬму контактам источника тока.. Для получения красного-, зеленого или желтогб свечения в качестве оснОвНого полупроводника для подложки и эпитаксиального слоя ,мо)кно исполь-зовать фосфид галлия. Также можно применять в качестве подложки арсенид галлия, а для эпитаксиального слоя - твердые раство.ры: арсенид-фосфид галлия, галлийалюминий-мышьяк или индий-галлийфосфор. Предлагаемый индикатор может.быть изготовлен с использованием методов, как жидкостной и газовой эпитаксии, так и локальной диффузии. Изготовление монолитного светодиодного цифрового индикатора на фосфиде галлия, с зеленым свечением меТодом жидкостной эпитаксии проводит- ся следующим образом. На высокоомной пластине ( см) фосфида галлия 1, по известной технологии выративается р-эпитаксиал вый слой толищной около Зо мкм, леги рованный азотом и цинком. Поверхност пластины шлифуется и полируется и на нее осаждается пиролитическим разложением тетра-этоксисилана плёнка дву окиси кремния, толщиной 0,5 мкм. Мето дом фотолит6гр1афии вскрываются окна 17,18 (фиг.З), из которых царской водкой вытравливается выращенный ранее р-слой до высокоомной подложки. В образованных таким образом окнах 17,18 выращиваются эпитаксигшьные слои п-типа такой же толщины, легированные теллуром и азотом, которые граничат с р-областью и образу ют с ней р-п-переходы. На полированную поверхность пластины с эпитаксиальными слоями электрическим осаждением или напылением наносится металлизированная контактная пленка 7 толщиной около 2 мкм, .кторая является омическим контактном К п- и р-областям. С помощью фотолитографии над р-ппереходом в контактной пленке вскрываются окна 6 для вывода излучаемого света и обеспечения электрической изоляции между п- и р-областями. На пластину наносится пленка двуокиси кремния толщиной 0,3 мкм, легированная фосфором, через которую вытравливаются канавки 4 шириной око 9 ло 100 мкм и глубиной около 50 мкм для разделения р-областей на отдельные участки. Одновременно вытравлиёаются и канавки 8 для разделения линии р-п-переходЬ на 4 отрезка. Формула изобретения Минолитный ,дветодиодный цчфровой индикатор из полупроводниковых соединений твердых растворов на их основе, содержащий эпитаксиальные р- и п-области, образующие по крайней мере семь торцовых р-п-переходов на высокоомной полупроводниковой под.ложке, отличающийся тем, что, с целью снижения потребляемого тока, увеличения яркости свечения, обеспечения электрической изоляции, внешняя рабочая часть индикатора покрыта металлизированной пленкой на всю глубину эпитаксиального слоя по всейповерхности за исключением самих р-п-переходов и канавок, разделяюгцих р-п-пер ходы на отдельные участки и робласть, по крайней мере, на семь отдельных частей. Источники информации, принятые йо внимание при экспертизе 1.Патент США 3 667 117, кл.29-576, 1973. 2.А.Касами, .М.Наито, М.Тоямо, i Е Е Е Transactions on EEe-c-fcron Devices (,№ 10, 1972, p. 19.

5 a

A-A ,

17

18 Z.S .