DE3328902A1 - Display mit einer anzahl lichtemittierender halbleiter-bauelemente - Google Patents
Display mit einer anzahl lichtemittierender halbleiter-bauelementeInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München YPA «« „ j c c ο nc
Display mit einer Anzahl lichteraittierender Halbleiter-Bauelemente^
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Display, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben
ist.
In der älteren Patentanmeldung P 33 10 362.3 (S3 P 1179)
vom 22.3-1983 ist ein Verfahren zur Herstellung eines
Displays mit einer Anzahl Lumineszenzdioden oder Foto-Empfangs-Dioden beschrieben, die vorzugsweise nach Art
eines Arrays angeordnet sind. Bei solchen Arrays ist es wichtig, daß sich einzelne Lumineszenzdioden und/oder
Fotodioden untereinander nicht in unerwünschter Weise beeinflussen, d.h. optisches Übersprechen wenigstens auf
ein zulässiges Mindestmaß herabgedrückt ist.
Die Lumineszenzdioden und/oder Fotodioden sind bei einem solchen Array auf bzw. in einem Substratkörper aus HaIbleitermaterial,
und zwar in Abständen voneinander, angeordnet. Bei Ansteuerung einer bestimmten Lumineszenzdiode,
und zwar im Gegensatz zu nicht angesteuerten benachbarten Lumineszenzdioden, soll nur diese eine angesteuerte
Lumineszenzdiode als lichtemittierend wahrgenommen werden. Entsprechendes gilt für Fotodioden, bei
denen nur beispielsweise die eine bestimmte Fotodiode ein Detektorsignal abgeben soll. Dieser optischen Selektivität
steht der Effekt gegenüber, daß bei für die zu emittierende bzw. für die zu empfangende Strahlung stark
transparenten Substraten ein mehr oder weniger großes
Bts 1 BIa / 1.8.1983
"Χ" 83 P 1 5 6 8 DE
Reflexionsvermögen an der Innenfläche seiner Rückseite auftritt. Die zugehörige Vorderseite des Substrates ist
diejenige Seite, durch die hindurch das Licht bestimmungsgemäß auszustrahlen oder zu empfangen ist.
An sich ist eine bestimmte Reflexion an der Rückseite des Substrates durchaus erwünscht, nämlich soweit sie sich
flächenmäßig auf den Bereich der betreffenden Diode erstreckt, d.h. soweit sie keine solche Überstrahlung bzw.
keine solche Empfangsempfindlichkeit bewirkt, die diese Diode gegenüber benachbarten Dioden mehr oder weniger unterscheidbar
macht. Solche erwünschte Reflexion kann infolge des Vorhandenseins der auf der Rückseite angebrachten
jeweiligen Gegenelektrode der betreffenden Diode bewirkt sein.
Zur Vermeidung des oben beschriebenen unerwünschten optischen
Übersprechens ist in der genannten älteren Anmeldung beschrieben, in den Flächenbereichen der Rückseite des
Substrates eine von der Herstellung her zunächst vorhandene ganzflächige Metallschicht bis auf diese Gegenelektroden
zu beseitigen. In dieser älteren Anmeldung ist dazu vorgeschlagen, eine Lichtbestrahlung mit einer Wellenlänge,
für die das Substrat transparent ist, durch das Substrat hindurch vorzunehmen, die impulsweise betrieben wird und
die so intensitätsstark ist, daß die betreffenden Flächenanteile
der rückseitigen Metallschicht zumindest angeschmolzen, vorzugsweise aber ganz beseitigt werden. Dabei
wirken die Elektroden auf der Vorderseite des Substrates . in selbstjustierender Weise als Masken, so daß die Gegenelektroden-Anteile
der ursprünglichen Metallschicht der Rückseite in der Projektion der Kontakte der Vorderseite
infolge Schattenwirkung stehenbleiben.
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Das Ergebnis des Herstellungsverfahrens der genannten älteren Anmeldung ist ein Substrat, das auf der Vorderseite
und der Rückseite jeweils einander gegenüberliegende Elektroden bzw. Gegenelektroden für die einzelnen lichtoptischen
Halbleiter-Bauelemente besitzt. Die Zwischenräume der Rückseite des Substrates zwischen den Gegenelektroden
sind im wesentlichen frei von einer reflektierenden Metallschicht. Eine solche Anordnung, allerdings
hergestellt nach anderen, aber erheblich komplizierteren Yerfanren , ist an sich sogar bekannt gewesen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weitere Verbesserung hinsichtlich Verringerung optischen
Übersprechens für eine solche (prinzipiell bekannte) An-Ordnung zu finden.
Diese Aufgabe ist für ein Display nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die Merlanale des Kennzeichens
des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Display so auszubilden, daß nicht nur in den erwahnten
Zwischenräumen zwischen den Gegenelektroden ein reflektierender Belag der Rückseite des Substrates beseitigt
oder gar nicht erst vorhanden ist, sondern daß weitergehend Maßnahmen ergriffen sind, durch die die aufgrund
des Brechungsindexsprunges zwischen dem Halbleitermaterial
des Substrates und der an die Rückseite des Substrates angrenzenden Luft bestehende hohe Lichtreflexion
bedeutungslos wird. Dieser Gedanke gilt sinngemäß auch
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für anstelle von Luft anderes, an der Rückseite des Substrates angrenzendes Material. Mit dem erfindungsgemäßen
Merkmal, im Bereich der Zwischenräume die an die Rückseite des Substrates angrenzende Schicht des Substrates so
zu verändern, daß das ursprünglich im wesentlichen einkristalline Material des Substrates dort amorph ist mit kontinuierlicher
Übergangsschicht zum einkristallinen Substrat, wird erreicht, daß für vom Innern des Substrates
her auf die Rückseite des Substrates auftreffende Strahlung eine extrem stark absorbierende Schicht mit beliebig
kleinen Sprüngen des komplexen Brechungsindex vorliegt. Dies beseitigt den Einfluß des bekannten Reflexionsvermögens
eines wie oben angegebenen Brechungsindexsprunges. Besonders günstig ist ein im wesentlichen kontinuierlicher
Übergang vom ursprünglich einkristallinen zum schließlich amorphen Zustand des Substratmaterials in diesen Zwischenräumen,
wobei sich der komplexe Brechungsindex dann kontinuierlich ändert.
Eine bevorzugte Maßnahme zur nachträglichen Erzeugung
eines solchen amorphen Zustandes ist die Anwendung der Implantation mit vorzugsweise Ionen oder Elektronen, die
ein bekanntermaßen relativ begrenztes Eindringvermögen in das Material des Substrates haben. Bei Implantation ergibt
sich ein Wirkungsprofil der Umwandlung in amorphen Zustand, das so charakteristisch ist, daß auch am fertigen
Display auf die Anwendung einer Implantation zur Erzeugung des amorphen Zustandes eindeutig geschlossen v/erden
kann. Vorzugsweise wird die Bemessung der Tiefe dieser Zone amorphen Zustandes eine bis zwei Wellenlängen
groß bemessen, wobei die Wellenlängengröße im Material des Substrates hierfür maßgeblich ist.
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Voranstehend und in den Patentansprüchen ist von "licht"-emittierend
bzw. "-empfindlich" und von "Licht"-Austrittsfläche und dergleichen gesprochen. Der Begriff "Licht"
ist hier nicht auf den sichtbaren optischen Bereich beschränkt, sondern'unter dem hier verwendeten Begriff
"Licht" ist auch ultraviolettes Licht und insbesondere der ultrarote bzw. infrarote Wellenlängenbereich zu verstehen.
Der Begriff "Licht" ist im Sinne der Erfindung so weitgefaßt zu verstehen, wie "Licht"-Emission oder -Detektion
mit Hilfe von Halbleiter-Bauelementen durchgeführt wird und Reflexionen im Substrat ein optisches Übersprechen
erzeugen können.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich (auch) nicht auf nach der obengenannten älteren Anmeldung hergestellte
Displays. Sie ist auch anwendbar für Displays, bei denen die einzelnen Gegenelektroden auf der Rückseite des
Substrates als einzelne Eontaktflecken in sonstiger ¥eise hergestellt worden sind.
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Die vorliegende Erfindung ist auch vorteilhaft für Displays mit durchbrochenen Elektroden auf der Torderseite
des Substrates. Solche Durchbrüche der Elektroden der Vorderseite können dazu vorgesehen sein, nicht nur seitlieh
von diesen Elektroden in der betreffenden Diode des Substrates emittierte Strahlung heraustreten zu lassen
bzw. von dieser Diode zu detektierende Strahlung in das Substrat hereinzulassen.
Für Ausführungsformen mit derart durchbrochenen Elektroden auf der Vorderseite des Substrates ist allerdings bei
Anwendung des Herstellungsverfahrens nach der obengenannten älteren Patentanmeldung zumindest sehr vorteilhaft,
eine solche Bemessung der Durchmesser bzw. Öffnungen die-
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ser Durchbrüche vorzusehen, die mit ausreichend großem Beugungseffekt auf diejenige Strahlung wirken, die auf
die Vorderseite des Substrates zu dem Zweck (impulsweise) aufgestrahlt wird, eine ursprünglich zwischen den erforderlichen
Gegenelektroden der Rückseite vorhandene Metallschicht zu beseitigen. Ein solcher Beugungseffekt bewirkt
nämlich, daß die gewünschte Schattenwirkung der maskierend wirkenden Elektroden der Vorderseite im Ergebnis trotz
der vorhandenen Durchbrüche in der Fläche der Elektroden der Vorderseite genügend wirksam auftritt.
Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
hervor.
Es zeigen
Fig.1 eine schematische Draufsicht,
Fig.2 eine Querschnittsansicht,
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Fig.3 eine Fig.2 entsprechende Querschnittsansicht,
Fig.4 den Fig.2 und 3 entsprechende Querschnittsansich-
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' ^ ten mit Angaben zu Schritten des Herstellungsverfahrens.
' ^ ten mit Angaben zu Schritten des Herstellungsverfahrens.
Fig.1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Arrays 1 mit im Raster zueinander angeordneten,
z.B. lichtemittierenden Dioden. Von diesen Dioden sind in dieser Draufsicht der Fig.1 nur die auf der Vorderseite
des Substrates 2 befindlichen Elektroden zu sehen, von denen zwei Elektroden mit 6 und 7 bezeichnet sind.
Der Querschnitt II in Fig.1 ist mit Fig.2 wiedergegeben.
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Den Elektroden 6 und 7 der Torderseite 5 des Substrates
2 sind gegenüberliegend Elektroden auf der Rückseite 9 des Substrates zugeordnet. Mit 22 sind Flächenanteile
der Rückseite 9 des Substrates bezeichnet, die mit den Gegenelektroden 8 bedeckt sind und in deren Bereich
Strahlungsreflexion für solche Strahlung auftritt, die aus dem Substrat 2 her von innen auf diese Flächenbereiche
22 auftrifft.
Kit der gestrichelten Linie 102 ist auf die etwaige Lage eines pn-Überganges innerhalb des Substrates 2 hingewiesen,
wobei dieser pn-übergang z.B. für lichtemittierende Dioden zur Strahlungserzeugung und für Fotodioden zur Umwandlung
einfallender Strahlung in elektrische Signale dient. Zur Isolation der einzelnen Dioden nit den Elektroden
6 bzw. 7 voneinander dienen im Substratkörper angebrachte Einschnitte bzw. Gräben 103, die in der Fig.1
lediglich als Linien dargestellt sind.
Im Bereich der Rückseite 9 des Substrates 2 sind in den Zwischenräumen zwischen den Gegenelektroden 8 bzw. Flächenanteilen
22 diejenigen Zonen 112 wiedergegeben, in denen gemäß kennzeichnenem Merkmal der Erfindung das ursprünglich
wenigstens im wesentlichen einkristalline Material des Substrates 2, und zwar vorzugsweise durch
den Gitteraufbau zerstörende Implantationseinwirkung, der amorphe Zustand des Materials des Substrates erzielt ist.
Die Darstellung der Fig.3, die im Grunde genommen die
gleiche Ansicht wie Fig.2 ist, wiedergibt die Strahlungsverhältnisse, wie sie sich bei der Erfindung ergeben.
In den Bereichen 3 bzw. 4 im Substrat beispielsweise erzeugte Lichtstrahlung 13» 13' wird entweder auf die Yor-
derseite 5 gerichtet direkt oder auf die Rückseite 9 gerichtet
als dann reflektierte Strahlung 113 ausgesandt. Strahlung 13' jedoch, die in einen amorphen Bereich 112
des Substrates 2 gelangt, wird infolge der dort erzielten Reflexionsminderung praktisch nicht reflektiert und
ein wie mit 113' angedeuteter Lichtstrahl entfällt. Damit wird erreicht, daß ein Betrachter der Yorderseite 5
des Substrates im Bereich 3 des Substrates erzeugte Lichtstrahlung
nur im Bereich der zugehörigen Diode, d.h. im Bereich der Elektrode 6, feststellen kann. Bei Reflexion
an der Rückseite 9 außerhalb der Flächenanteile 22 ansonsten an sich reflektierte Strahlung 113 tritt jedoch nicht
auf und es tritt kein optisches Übersprechen in dem Bereich der Diode mit der nicht angesteuerten Diode auf, zu
der die Elektrode 7 der Yorderseite 5 gehört.
Für die Elektrode 6 ist eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung dargestellt, nämlich daß diese Elektrode
Durchbrüche 106 aufweist, durch die ebenfalls Strahlung (wie in Fig.3 dargestellt) durchtreten kann.
Die Fig.4 und 5 zeigen Darstellungen, die sich auf die Herstellung
eines erfindungsgemäßen Arrays (nach Fig.1) beziehen.
Die Darstellungen gehen wieder von dem der Fig.2 entsprechenden Schnitt der Fig.1 aus. Nur für die Elektrode
sind, wie in Fig.3, Durchbrüche 106 zeichnerisch dargestellt. Diese Durchbrüche 106 sind in der Praxis (soweit
vorgesehen) dann bei'allen Elektroden der Yorderseite 5 des Substrates 2 vorhanden.
Die Fig.4 zeigt als ersten Herstellungsschritt das Yerfahren
nach der älteren Anmeldung, bei dem - ausgehend von einer gepulsten Lichtquelle 100 - Strahlung auf die Ober-
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fläche 5 des Substrates 2 aufgestrahlt v/ird. Die durch die Elektroden 6 und 7 nicht abgeschattete Strahlung 200
trifft auf die Innenseite der Rückseite 9 des Substrates 2, und zwar in den mit 12 bezeichneten Bereichen zwischen
den mit 22 bezeichneten Flächenanteilen. Wie in der älteren Anmeldung bereits beschrieben, bewirkt diese auftreffende
Strahlung 200, daß von der in der Darstellung der Fig.4 noch ganzflächig dargestellten Metallbeschichtung
der Rückseite 9 des Substrates 2 hur noch die in Fig.2
dargestellten Gegenelektroden 8 übrigbleiben. Im Bereich der Flächenanteile 12 wird durch die Strahlung 200 das
Material der ursprünglichen Metallschicht beseitigt.
Durch die Durchbrüche 106 der Elektrode 6 hindurchtretende
Strahlung 20 erfährt infolge der gewollt engen Bemessung des Querschnittes dieser Durchbrüche 106 eine so große Beugungseinwirkung
auf die Strahlung 20, daß praktisch nur noch diffus gerichtete Strahlung 201 aus einem jeweiligen Durchbruch
106 heraustritt. Die für den Flächenanteil 22 gewünschte Schattenwirkung der Elektrode 6, nämlich für die
selbstjustierende Wirkung, bleibt auch trotz der Durchbrüche 106 in völlig ausreichendem Maße erhalten.
Die Durchbrüche 106 sind so bemessen, daß durch diese
Durchbrüche hindurchtretende Strahlung 20 derart genügend stark abgebeugt wird, daß die Schattenwirkung erhalten
bleibt.
Fig.5 zeigt den weiteren Herstellungsschritt eines erfindungsgemäßen
Arrays. Mit 300 ist auf eine ganzflächige Implantationsbestrahlung (mit einer Dosis von z.B. 10 cm*~
Silizium oder Sauerstoffionen mit Energien von z.B. 300 eT)
der Rückseite 9 des Substrates 2 hingewiesen. Im Bereich
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der Gegenelektroden 8 erfolgt durch Abschattungseffekt
keine Implantation im Substrat 2. In den jedoch von Gegenelektroden freien Flächenanteilen der Rückseite 9 des Substrates
dringt die Implantationsstrahlung in die Zonen 112 ein; in denen durch Gitterzerstörung mit Hilfe der Energie
der implantierenden Teilchen im wesentlichen der amorphe Zustand des. Materials des Substrates 2 erzeugt wird.
6 Patentansprüche
5 Figuren
5 Figuren
Claims (6)
- Patentansprüche;1 J Display mit einer Anzahl lichtemittierender und/oder lichtdetektierender Halbleiter-Bauelemente, mit einen für das erzeugte Licht durchlässigen, wenigstens im wesentlichen einkristallinen Substrat, wobei die Yorderseite des Substrates als Lichtaustrittsfläche vorgesehen ist, auf der sich im Abstand voneinander die jeweils eine elektrische Anschlußelektrode der einzelnen Bauelemente befindet, wobei auf der Rückseite des Substrates die entsprechende einzelne Gegenelektrode vorhanden ist, die zu der jeweiligen Elektrode der Yorderseite ausgerichtet ist. undjeweiligen Seite 'die Elektroden cfer/Abstände voneinander haben, und wobei im Substrat die lichterzeugende Zone in der Nähe der TTorderseite liegt, gekennzeichnet dadurch, daß in den durch die Abstände der Gegenelektroden (S) voneinander gebildeten Zwischenräumen der Rückseite (9) des Substrates (2) das Halbleitermaterial des Substrates (2) in der an die Rückseite (9) angrenzenden Zone (112) des Substrates (2) für das erzeugte Licht (13) stark absorbierend gemacht ist.
- 2. Display nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Halbleitermaterial des Substrates (2) in diesen Zwischenräumen in dieser Zone (112) wenigstens im wesentlichen amorphe Eigenschaft hat, wobei ein im wesentlichen kontinuierlicher Übergang vom im wesentlichen einkristallinen Material des Substrates zum jeweiligen Bereich mit amorpher Eigenschaft des Materials des Sub^trates (2) vorliegt.
- 3. Display nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Übergang vom im wesentlichen einkristallinen Zustand des Materials des Substrates (2) zu im-^- 83 P 1 5 6 8 DEwesentlichen amorpher Eigenschaft desselben in den Bereichen der Zwischenräume einen einer Implantation entsprechenden Verlauf hat.
- 4. Display nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß die in Richtung senkrecht zur Rückseite des Substrates (2) gemessene Tiefe der Zone (112) mit im wesentlichen amorpher Eigenschaft eine bis zwei ¥ellenlängen des erzeugten Lichts (13) in Material des Substrates beträgt.
- 5. Display nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Elektroden (6) auf der Vorderseite (5) des Substrates (2) Durchbrüche (106) nach Art einer flächenmäßig verteilten Perforation besitzen, wobei die Durchbrüche (106) derart kleine Durchmesser haben, daß Licht im Wellenlängenbereich des Durchlässigkeitsvermögens des Materials des Substrates (2) beim Durchtritt durch diese Durchbrüche Beugung erfährt.
- 6. Verfahren zur Herstellung eines Displays nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch,daß der Substratkörper (2), der auf seiner Rückseite (9) für die Gegenelektrode (8) ganzflächig metallisiert ist und der auf seiner Vorderseite (5) bereits mit den Anschlußelektroden (6) der einzelnen lichtemittierenden und/oder lichtdetektierenden Bauelemente des Displays versehen ist, wobei diese Elektroden (6) der Vorderseite (5) ggf. mit den Durchbrüchen (106) versehene MetallbeSchichtungen sind, von der Vorderseite (5) her in zu dieser Vorderseite im wesentlichen senkrechter Richtung impulsweise mit Lichtstrahlung .(20) bestrahlt wird, deren Lichtinten-83 P 1 5 £ 8 DEsität so hoch bemessen ist, daß die Metallisierungsschicht der Rückseite (9) mit Ausnahme der durch Schattenwurf der einzelnen Anschlußelektroden (6) der Vorderseite (5) abgedeckten Flächenanteile (8) durch den auftreffenden Strahlungsanteil eines jeweiligen Impulses wenigstens teilweise abdampft, wobei die Wellenlänge dieser impulsweisen Lichtstrahlung (20) so gewählt ist, daß das Halbleitermaterial des Substrates (2) für diese Lichtstrahlung (20) höchstens geringe Absorption hat unddaß als weiterer Yerfahrensschritt eine Teilchenbestrahlung des Substrates (2) von der Rückseite (9) her durchgeführt wird, wobei die abgedeckten und damit nicht aufgeschmolzenen Anteile der ursprünglichen auf der Rückseite befindlichen Metallschicht nunmehr die Gegenelektroden (8) bilden und als Maske dienen, unddaß die Intensität dieser Teilchenbestrahlung so gewählt ist, daß in den Zwischenräumen zwischen den Gegenelektroden das Material des Substrates, ausgehend Ton dessen Rückseite, aus zuvor im wesentlichen einkristallinem Zustand in wenigstens im wesentlichen amorphen Zustand umgewandelt wird.
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| US4596998A (en) | 1986-06-24 |
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