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Optoalektronische Halbleitervorrichtung mit einem optischen Xedium,
aus Glae Es«ist bekannt, ein strahlungsempfindliches Eaiblei-te'*j#bauelement,
z. B. eine aus Bilicium bestehende Potodiode,-mit einem -zur Lichtemission-befähigten
Halbleiterbauelement, z. B. einer Zuminesd-,enzdiode aus Ga«'kliumare#3nid, zu einem
einzigen Halbleiterkörper zu vereinigen. Ebenso ist bekannt, eine Vorrichtung, bei
der zwischen dem strahlungsümittierenden und dem etrahlungsempfangenden Halbleiterbauelement
ein lichtleiter vorgesehen ist, der gleichzeitig die mechanische Verbindung
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zwischen den beiden Halbleiterbauelemeilten liefert.'
Die Wirkungsveiso eines Lichtleiters, der aus durchsichtigem Material wie Glas,
Quarz oder Kunststoff gebildet istg besteht darizit daß ein an einem Ende in den
Lichtleitor eintretendes Lichtbündel beim AuftrofCon an die Seitenwände das Lichtleiters
total reflektiert wird, so daß das Bündel den Lichtleiter ors t am anderen Ende
wieder verlassen kann.
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Die Erfindung bezicht sich auf eine optoalektronische,Halbloitervorrichtung-
mit einem strahlungsemittiorenden Halbleiterbauolement, und einem durch diese Strahlung
steuerbaren Halbloitcrbauelcinent, die beide zu einem einzigen Körper vereinigt
sind, und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen den beiden Halbleiterbauelementen
vorgesehenes optisches Modium die beiden lltilbleiterb.-tuoleiiientc mechanisch
miteinander vorbindet und die optische Kopplung zwischon ihnen bewirkt und das Modium
aus einem hochbrochonden und geringe Absorption aufweisenden Glas besteht, welches
mindestens ja ein Element der V. und Vl. ilaupti"ruppe-deq Periodischen Systems
als wesentlichen Bestandteil enthält.
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Die fUr die-Kopplung zu verwendenden Gläser oder glasähnlichen' mUssen
neben ihrer guten optischen Anpassung an den Brechungsindex des klalbleitors
eine geringe Absorption und oino möglichst niedrige, durch die zulässige Grenztemporatur'
der Halbleiterbauelemento vorgeschriebene Verarboltungstomperiatur
aufweisen.
Außerdem muß eine gute Haf tung an den lialbleituroberflächen gewährleistet sein.
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In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist doshalb vorgesehen,
das optische Modiuni aus einem Arsensulfid, insbesondere der Zusainmensetzung'As4s4'
zu verwenden, welches iidgeri seines hohen Brechungsindexes und seiner geringen
Absorption für Wellenlängen oberhalb 0,6/unt sehr gut geeignet ist.
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Es knnti aber auch eine solche Anordnung gewählt werden, bei der das
Medium aus einer Ars enselenidverbinduzi."", insb-esonduro der Zusammensetzung As
2 So39 gebildet wird.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn das strahlungsomittiorondo Halbleiterbaueleinent
aus Galliuma#raanid und das durch dieso Striahlung steuarbare Halbleiterbaueleme
nt zatus Silicium besteht. Es liegt im Rahmen der Erfindung, zur Verbesserung der
Haftung die Oberfläche des dem optischen Madium zu(.-,eivandten, aus Silicium bestehenden
HalbleiterbEuelements vor dem Zuscuiimei-ibau mit einer absorptiongormen Motallschicht
zu versehen.
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Dabei Icann die Metallschicht aus einer kleiner als 1/uni dicken Aluniiniumschicht
bestehen, wobei die Schichtdielee iioit unterhalb der AbsGrptionslänge von Licht
bleiben darf, so daß die dünne Metallschicht keine wesentliche Absorption verursacht.
Insbesondere
kann eine lokale Fensterstelle auch -ganz oder praktisch frei von einer Aluminiumdeckschicht
bleiben. In diesem Fall wird die Haftung erzielt durch die angronzendoxi Bereiche.
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Durch cine ganz dünne aufgedampfte Aluniiiiiiiiiischicht ist zu-.
sätzlich. die Mö1glichkeit goecbei-i, dieselbe als Abschirmung zu verwenden. Wenn
auf der Siliciumobcrflächc noch eine Oxydschicht vorhanden ist, kann außerdem durch
das aufuedainpftc Aluminium die elektrische Kopplung stark vcriiiiiidcrt worden.
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Der Aufbau der Halbleitervorrichtung kann aber auch so gotic-,ililt
werden, daß die auf der Siliciumoberfläche abgeschiedene dünno Motallschicht aus
Silber oder Gold besteht.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, das den Lichtlciter oder das optisclie-Mcdiunt
bildende Glas mit einem sclimclzpunkte'riiiedrigendcn, optiscii-iiiischäd-:-lichen
Zusatz zu versehen.
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Besonders vorteilhaft hat sieh dabei ein Zusatz aus einem Element
der l#ltxlo(,oiigruppe, iiisbesoii#.-,*.(,ere ein Jodzusatz, erwiesen, der so gewählt
wird, daß er 65 Get4 boträgt. Dieser Jodzusatz bewirkt neben einer Herabsetzung
des Schmelzpunktes eine Verschiebung der optischen Absorptionskanto zu höheron Energien
und verringert außerdem die Härte des Materials, bei hohem Jodzillteil bis zu plastischer
Verformbarkeit.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu schon, daß die
flerstelluna der Verbindung mit dem aus insbesondorc Siliciuni bestehenden Halblciterbaueleinciit
unterhalb 450 0 C insbesondere bei 250 0 C auch direkt ohne Metallzwischonschicht
erreicht würden' kann. Iin Folgenden soll die Erfindung an Hand von Ausführungsboi.-spielen
undder Figuren 1 und 2, aus denen weitere Einzelheiten wid Vorteile hervorgehen,
näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt eine optoelektronische Halbloitervorrichtung,
be-
stehend aus einer aus Silicium gebildeten Fotodiode A und einer
aus Gnlliumzirsenid hergestellten Luininaszeilzdiode B, die über ein optisches Mediuin
10 aus A54S4-Glas miteinander gekoppelt sind, wobei die Oberfläche des dein
optischen Medium zugewandtong aus Silicium bestehenden Baueleinents teilweise mit
einer aufgedampften Aluntiniumschicht 11 versehen ist.
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Auf einer aus Molybdän bestehendbn, wagen der besseren Benetzung init
einer Goldschicht versehonen Grundplatto 1 miteinam Fenster wirdz.B.*ein
n-dotiorter Galliumarsenidkristall 29 in den durch Einlogieren einer Zinn-Zink-Pille
3 (Zinn zu Zink wie 90:10) ein pn-Über'gang und eine p-dotierte Zone 4,erzeugt
wurde, aufgelötete, Zur Isolierung der-boiden Zonen 2 und 4 wird au,-&.dia Grundplatte
1 ein Koranlikring 5 aufgebracht und an der Legierungspille
3 ein vergoldetes Kuptornetz als ZufUhrung, 6 angelötet.
Die
aus der "-dotierten Zelle 7 und der p-dotiorton Zone 8 und zur Kontaktierung,
der ii-dotierten Zone 7 ,iufi"obraelito Gold-Antimon-Schicht 9 bestehende
Siliciumfotodiode A wird zur bosseren Haftung, des als optisches Medluni
10 dienenden AG4S4-01"#9es mittels entsprechender Masken mit einer ca. 1/um
starken Alu-. miniumschicht 11 bedampft. Anschließend wird die in einer Halterung.
eingebrachte Galliumarseniddiode B mit dem auf ca. 4000c crWärmten As 4 S 4- Glaspulver
und der darübergelegten, mit der Aluminiumschicht verschonen Fotodiodo
A so zusammengorUgt, daß die in Fig. 1 dargestellte Anordnung entsteht.-Fig.
2 zoiCt im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiol gemäß der Lehre der Erfindung.
In ihr bezeichnet B eine Galliumaraeriid-Lumiiieszenzdiode, bestehend aus den durch
Eindiffundierön erzeuCton Zonen 2 und 4, wolklie bei Polung in Flußrich.-tung Licht
cmittiort, wolchos von dem mit A bezeichneten, aus den Zolion 7 und
8 bestehenden Siliciumfotoulement empfangen und in Strom zurückverwandelt
wird. Wesentlich an der Anordnunc ist die infrarotdurchlässige Zwischensch,icht
109 auf der,Baeis von As 2 Se 3-Glas mit Jodzusatz mit einem Brechungelndox
von n = 2,4 die beide Einzelelenionto mechanisch mitainunder vorbindet und
optisch koppelt. Woßen seiner vorgloichoweise leichton Vorarbeitbarkeit 1.ca.
250 0 C) bietet An 2 So 3 mit,Jodzusatz schr großa Vorteile.
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Bei der Herstellung worden äquivalente Mengen Atson und Selen
bei
ca. 450 0 C zusammengeschmolzen, das Gemisch pulverisiert* und unter Beigabe
von Jod bei ca. 100 0 C erneut verschmolzen. Ein Zusatz von 65 Gew%,
ergibt gutc-Haftfähigkeit auf Gallium-_ arsenid- und Siliciumoberfläclicn und erniedrigt
den Schmclz-. punkt des Glases auf 80 - 90 0 C. Dieses so iiergcstellto Glas
ist unlöslich in Wasser und 'Salzsäure, schwer löslich in Iccilten Laugen und leicht
löslich in heißen Laugen sowie in Si-ilpcters.qure und Königswasser.
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Zur Herstellung einer optoelcktronischen Halbloitervorrichtung, gemäß
Fig. 2 worden die Elemente A und B in einer entAprechenden Halterung mit
dem-fortigen, in dünnc Scheiben von 100.-150/tmi vorliegenden As.So 3 /j
Glas 10 in Kontakt gebracht und bei ett.'200 0 C Glastemperatur zusammengeschmolzen.
Das ganze System wird zum Schutz gegen äußere Einflüsse mit Silikon1.Ick abgredeckt
und dann in Kunstharz cingcbottet. Die übrigen in Fig. «&1. genannten Bezugszeichen
haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1; die mit 9, 12 und 14 bezeichneten
Bereiche stellen Metallkontakte dar, die zum Teil als Ringkontakto ausgebildet sind.
blit 13 ist die auf dem Koramikring 5 aufgesetzte Deckplatte bezeichnct.