Монолитный светодиодный цифровой индикатор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистическнк

Ресттублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) 7Ь

Ц, 1, ;ч «, (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 240174 (21) 1995987/24-07 (51) с присоединением заявки № (23) Приоритет—

Н 05 В 33/06

G 09 F 9/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 1505.79- Бюллетень ¹ 18

Дата опубликования описания 1505.79 (53) УДК 628.9,038:

° 621. 3 ..085 . 3 (088. 8) (72) Авторы Ф.E Мельник, Ф.С.(!!ишияну и Л.М.Коган изобретения (71) ЗаяВитЕль Кишиневский политехнический институт им.С.Лазо (54) МОНОЛИТНЫЙ СВЕТОДИОДНЫЙ ЦИФРОВОЙ ИНДИКАТОР

Изобретение относится к области электротехники, в частности к световой индикации и оптоэлектронике.

Известно несколько видов монолитных полупроводниковых йзлучателей, В некоторых полупроводниковыМ излуча-, телях переходы расположены перпендикулярно рабочей поверхности основы, но наибольшее распространение получи- 1О ли излучатели, в которых плоскость р-и-перехода параллельна рабочей поверхности кристалла подложки (1j.

Обычно р-п-структуры создаются локальной диффуэией или локальной эпитаксией.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является монолитный индикатор, изготовленный иэ фосфида галлия (GaP), на основе меза-р-и-структур необходимой формы (2).

Указанный индикатор цифр образован путем травления глубоких мезаучастков в эпитаксиально выращенных р-и-структурах на п — подложке. Прибор состоит из семи меэа-участков с контактами на каждой Р— стороне;

n — - участки покрыты металлическим слоем и имеют общий контакт.

Высвечивание символов осуществляется путем набора комбинаций рабочих участков. Свет выводится через эпитаксиальный р-слой.

Общими недостатками известных индикаторов являются: а) техническая трудность получения р-и-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 — устраненйе вышеперечисленных недостатков и обеспечение большой яркости свечения при сниженном потреблении электрического тока, а также контрасности и четкости изображения. укаэаиная цель достигается тем, что внешняя рабочая часть монолитного светодиодного цифрового индикатору иэ полупроводниковых соединений A D в или твердых растворов на их основе, 3 66313 -" содержащего эпитаксиальные р- и и- . области, образующие по крайней мере семь торцовых р-и-переходов на высокоомной полупроводниковой подложке, покрыта металлизированной пленкой на всю глубину эпитаксиального слоя по всей поверхности за исключением са- 5 мих р-и-переходов и канавок, разделяющих р-и-переходы на отдельные участки и р-область, по крайней мере, на семь отдельных частей.!

Такое выполнение предлагаемого монолитного светодиодного цифрового индикатора позволяет значительно снизить величину рабочего тока, так как выращенная эпитаксиальная пленка может быть очень тонкой (5-20 мкм) й=йлоцФ1(ь" Ф-и-перехода весьма мала.

Например, для семисегментного

- знакового индикатора с размером знака 3 х 2 мм (длина сегмента 1,25 мм) р-и-переход, образующий этот сигнал

20 (излучающий участок), можно разде- лить на 4 отрезка длиной 200 мкм каж- дый с расстоянием между ними 150 мкм.

При толщине эпитаксиальной пленки

10 мкм общая плоцадь такого р-и-пере-25

5 я1ода составляет 10 5 см . Рабочая плотность тока 10 A/ñì достигается при токе 0,8 мА, что примерно, на по рядок ниже рабочего тока лучших известных индикаторов. 30

Для иэображения знаков меньшего размера, при толцине эпи аксиальной пленки 5 мкм, возможно создание индикаторов с током потребления на весь знак менее 1 мА. 35

Толщина светящейся линии складнывается из ширины области рекомбинации (для большинства известных материалов: фосфид галлия, арсенид-фосфид галлия и других она составляет 4, 1-5 мкм) и длины поглоцения света (для арсенид-фосфид галлия она составляет 2-10 мкм) °

Таким образом, возможно получение светящейся линии толциной 10-25 мкм, " - что не достигается при использовании 45 из вестных индикат оров ..

Предлагаемый индикатор имеет пре- имущество и в отношении вывода света.

Так как область р-и-перехода ограничена областями с отличаюцейся вели- 50 чиной диэлектрической проницаемости, то образовавшийся оптический волно; нод улу шает вывод света.

Следует добанйть, что в предлагае" "мом"индикаторе омические контакты не 55 лежат на пути вывода света, тогда.как

s ðÿäå известных индикаторов часть полеэного света поглоцается контактами, кроме того", плоцадь"-бмических

" ""кбйтактов достаточно велика,вследст вие чего улучшается растекание тока.

Устройство предлагаемого монолитного светодиодного цифрового индикатора поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид индикаторае на фиг.2 — сечение A-А фиг.1;

9 4 фиг.3,4,5 поясняют процесс образования р- и и-областей на фиг.4 дано сечение по Б-Б фиг.3; на фиг.5 - сечение Б-Б фиг.3 после выращивания в окнах и-эпитаксиального слоя; на фиг.

6 - часть прибора в диметрической прямоугольной проекции.

Металлизированная контактная пленка из-за малой толщины указана условно.

Монолитный светодиодный цифровой индикатор выполнен на высокоомной подложке 1 полупронодника типа А В, 3 например фосфида галлия или арсенида галлия (GaAS). Методом селективной эпитаксии на ней вырацена эпитаксиальная пленка полупроводника того жв типа или твердого раствора (например арсенид-фосфид галлия ), имеющая участки и-типа проводимости 2 и участки Ъ-типа проводимости 3.

Область р-типа разделена канавками 4 (шириной 3-4 и глубиной 1,5-2 толщины зиитаксиальной плЕнки) на семь отдельных участков, которые граничат с двумя участками и-типа и образуют семь линий р-и-переходов 5, при помощи которых высвечиваются цифры.

Все р-и-переходы 5 расположены в плоскостях, перпендикулярных рабочей поверхности эпитаксиальной пленки, Поверхности р- и и-областей, за исключением узких участков 6, непосредственно примыкаюцих к р-n-nepexo« дам, так называемых окон, и канавок

4, покрыты металлической пленкой 7, служащей. омическими контактами к ри и-областям. Линии р-и переходов 5 разделены при помощи канавок 8 на четыре отрезка. К каждому участку металлической пленки приварена золотая проволочка-вывод (9,10,11,12,13,14,15 и 16) .и-Участки соединены между собой для уменьшения количества выводов.

Выводы индикатора подсоединяют к известной коммутирующей схеме, подключающей один из них 9 к отрицательному, а другие, 10-16 — к положительному контактам источника тока., Для получения красного., зеленого или желтогд свечения в качестве ос новйаго полупроводника для подложки и эпитаксиального-слоя можно использовать фосфид галлия.

Также можно применять н качестне подложки арсенид галлия, а для эпитаксиального слоя — твердые раство,ры- арсенид-фосфид галлия, галлий.алюминий-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 ме1 тодом жидкостной эпитаксии проводит.ся следуюцим образом.

5 6631 з

На высокоомной пластине (p ) 10 ОМ см) фосфида галлия 1, по известной технологии выращивается р-эпитаксиаль- ный слой толищной около Эо мкм, легированный азотом и цинком. Поверхность пластины шлифуется и полируется и на нее осаждается пиролитическим разло- 5 жением тетра-этоксисилана пленка двуокиси кремния толщиной 0,5 мкм. Методом фотолитографии вскрываются окна

17,18 (фиг.3), из которых царской водкой вытравливается выращенный ра- 10 нее р-слой до высокоомной подложки.

В образованных таким образом окнах 17,18 выращиваются эпитаксиальные слои и-типа такой же толщины, легированные теллуром и азотом, которые граничат с р-областью и образуют 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 контактом к и- и р-областям.

С помощью фотолитографии над р-и переходом в контактной плейке вскры- 28 ваются 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, ле- 30 гированная фосфором, через которую вытравливаются канавки 4 шириной око39 6 ло 100 мкм и глубиной около 50 мкм для разделения р-областей на отдельные учасТки. Одновременно вытравливаются и канавки 8 для разделения линии р-п-перехода на 4 отрезка.

Формула изобретения (Минолитный светодиодный ц. фровой индикатор из полупроводниковых соединений A В или твердых растворов на их основе, содержащий эпитаксиальные р- и п-области, образующие по крайней мере семь торцовых р-и-переходов на высокоомной полупроводниковой подложке, 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 всей. поверхности эа исключением самих р-и-переходов и канавок, разделяющих р-и-перЕходы на отдельные участки и робласть, по крайней мере, на семь отдельных частей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3 667 117, кл.29-576, 1973.

2. A.Êàñàìè, М.Наито, М.Тоямо, 1 е E е Trdnsoct ons on Electron меч(ген ч Е (, .р 10, 1972, р.19.

5 д бб 3139

Составитель Ю. Чукова

Техред 3. Чужик Корректор М, Пожо

Редактор Д.Зубов

Заказ 2730/61

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, .ул.Проектная,4

Тираж 943 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5