DE1130535B - Halbleitervorrichtung fuer elektrische Verstaerker- oder Schaltzwecke - Google Patents
Halbleitervorrichtung fuer elektrische Verstaerker- oder SchaltzweckeInfo
- Publication number
- DE1130535B DE1130535B DEN18876A DEN0018876A DE1130535B DE 1130535 B DE1130535 B DE 1130535B DE N18876 A DEN18876 A DE N18876A DE N0018876 A DEN0018876 A DE N0018876A DE 1130535 B DE1130535 B DE 1130535B
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- energy
- radiation
- semiconductor
- semiconductor device
- zone
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 59
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 64
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims description 24
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 7
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 7
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001245 Sb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- KAPYVWKEUSXLKC-UHFFFAOYSA-N [Sb].[Au] Chemical compound [Sb].[Au] KAPYVWKEUSXLKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002140 antimony alloy Substances 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000003081 coactivator Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B33/00—Electroluminescent light sources
- H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/185—Joining of semiconductor bodies for junction formation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F17/00—Amplifiers using electroluminescent element or photocell
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/78—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
N18876Vfflc/21g
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 30. MAI 1962
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 30. MAI 1962
In der deutschen Patentschrift 820 015 wurde bereits vorgeschlagen, einen elektrischen Verstärker in
der Weise aufzubauen, daß ein unter dem Einfluß elektrischer Ströme oder Spannungen leuchtender
Kristall, dem die zu verstärkenden Ströme oder Spannungen gegebenenfalls zusammen mit zusätzlichen
Hilfsströmen oder -spannungen zugeführt werden, mit einer lichtempfindlichen Anordnung optisch gekoppelt
wird, welche den elektrischen Ausgang des Verstärkers bildet. Während in der erwähnten Patentschrift nur
das Prinzip einer derartigen Verstärkungsanordnung angegeben wird und auf die Dimensionierung nicht
tiefer eingegangen wird, wird gemäß einem späteren Vorschlag für eine derartige Halbleitervorrichtung für
Verstärker- oder Schaltzwecke ein aus zwei Teilen aufgebauter Halbleiterkörper verwendet, bei dem im
einen Teil des Körpers Strahlung durch Rekombination von Ladungsträgern erzeugt wird, und dieser Teil
z. B. aus einer p-n-Rekombinationsstrahlungsquelle besteht, und bei dem im anderen Teil, der optisch mit
ersterem Teil gekoppelt ist und aus einem Halbleiter mit einer verbotenen Energiezone zwischen Leitungsband
und Valenzband besteht, die kleiner ist als das der Wellenlänge der in einem Teil erzeugten Strahlung
entsprechende Energiequantum, die elektrische Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Intensität der aus
dem einen Teil zugeführten Strahlungsintensität gesteuert wird. Mit einer p-n-Rekombinationsstrahlungsquelle
wird hier auf übliche Weise ein Halbleiterkörper mit wenigstens einen p-n-Übergang gemeint, in dem
die für die Strahlungsrekombination erforderlichen Ladungsträger durch Injektion von Minderheitsträgern in der Umgebung des p-n-Überganges beim
Betrieb dieses Überganges in der Vorwärtsrichtung erhalten werden. Die Wellenlänge der erzeugten
Strahlung wird dabei durch den Wert des bei der Rekombination freiwerdenden Energiequantums bestimmt,
und diese Rekombination kann entweder durch einen direkten Übergang vom Leitungsband zu
Valenzband oder durch einen Übergang über ein zwischen den Energiebändern hegendes Aktivatorniveau
stattfinden.
Durch diese Kombination einer Rekombinationsstrahlungsquelle mit einem photoleitenden Teil wird
eine Halbleitervorrichtung erhalten mit einem elektrischen Eingang, der durch die Zuführungselektroden
der elektrischen Energie für die Strahlungsquelle im ersteren Teil gebildet wird, und mit einem elektrischen
Ausgang, der durch die Elektroden auf dem anderen photoleitenden Teil gebildet wird. Es ist schon vorgeschlagen
worden, diese zwei Teile zu einem Halbleiterkörper zu vereinigen, bei dem jedoch der zweite
Halbleitervorrichtung für elektrische Verstärker- oder Schaltzwecke
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)
Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt, Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Beanspruchte Priorität: Niederlande vom 12. September 1959 (Nr. 243 305)
Gesinus Diemer, Eindhoven (Niederlande), ist als Erfinder genannt worden
photoleitende Teil eine verbotene Energiezone kleiner als das dieser Zone zugeführte Strahlungsquantum
aufweist und demzufolge auch eine verbotene Energiezone kleiner als diejenige des einen Teiles, in dem die
Strahlung durch Rekombination erzeugt wird.
Die vorhegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung eines solchen Typs, bestehend
aus einer zu einer konstruktiven Einheit zusammengebauten, vorzugsweise zu einem Körper vereinigten
Kombination und wenigstens einer den elektrischen Eingang der Vorrichtung bildenden p-n-Rekombinationsstrahlungsquelle
mit wenigstens einem damit optisch gekoppelten und den elektrischen Ausgang der Vorrichtung bildenden photoleitenden Teil.
Die Erfindung schafft jedoch eine neue und besonders geeignete Ausführungsform einer solchen HaIbleitervorrichtung,
die durch eine besonders und von der schon vorgeschlagenen Halbleitervorrichtung im
wesentlichen verschiedene Wahl vom Halbleitermaterial für den photoleitenden Körper inhärent viel
günstigere elektrische Eigenschaften, wie einen höheren Verstärkungsfaktor bei einem günstigeren
Energieaufwand, aufweist.
Bei einer Halbleitervorrichtung, bestehend aus einer zu einer konstruktiven Einheit zusammengebauten,
vorzugsweise zu einem Körper vereinigten Kombination von wenigstens einer den elektrischen
Eingang der Vorrichtung bildenden p-n-Rekombinationsstrahlungsquelle mit wenigstens einem damit
209 607/298
3 4
optisch gekoppelten und den elektrischen Ausgang einer unmittelbar an den Strahlungserzeugenden Teil
der Vorrichtung bildenden photoleitenden Teil, besteht angrenzenden dünnen Schicht des photoleitenden
nach der Erfindung der photoleitende Teil aus einem Teiles, welche Schicht häufig für Elektroden schwer
Halbleiter, der eine verbotene Energiezone zwischen zugänglich ist und demzufolge für die Photoleitf ähig-Leitungsband
und Valenzband aufweist, die ebenso 5 keit in Zusammenhang mit der Stellung der Elekgroß
wie oder größer ist als die durch die p-n-Rekombi- troden ungünstig ist. Bei der Vorrichtung nach der
nationsstrahlungsquelle erzeugten Strahlungsquanten, Erfindung ist es möglich, die Absorption homogener
und der Störzentren aufweist, welche in der ver- zu verteilen oder sogar an der meist gewünschten
botenen Energiezone für die betreffenden Strahlungs- Stelle zu lokalisieren, was der Verstärkung und dem
quanten Energieniveaus verursachen, die auf die be- ίο Energiewirkungsgrad zugute kommt. Vorzugsweise
treffenden Strahlungsquanten der Rekombinations- werden darum bei der Halbleitervorrichtung nach der
strahlung ansprechfähig sind. Erfindung die Störzentren im wesentlichen in jenem
Unter solchen Energieniveaus werden hier Energie- Teil des photoleitenden Teiles eingebaut, der mit dem
niveaus verstanden, die unter Einfluß der betreffen- normalen bei Abwesenheit von Strahlung auftretenden
den Strahlungsquanten, gegebenenfalls unter Mit- 15 Stromweg zwischen den Elektroden zusammenfällt,
wirkung der thermischen Energie des Kristallgitters, Die obigen Vorteile treten in besonderem Maße her-
dem Leitungsband freie Elektronen liefern können vor in den Fällen, in denen der Halbleiter des photo-
oder Elektronen aus dem Valenzband aufnehmen leitenden Teiles eine verbotene Energiezone aufweist,
können, wodurch in dem Valenzband freie Löcher ge- die größer ist als der Energieinhalt des betreffenden
bildet werden. Zu diesem Zweck müssen diese wirk- 20 Strahlungsquantums. Eine Verbesserung in dieser Hinsamen
Energieniveaus natürlich in einem genügend sieht hinsichtlich der bekannten Halbleitervorrichtung
großen Energieabstand von dem betreffenden Energie- wird aber auch schon erzielt, wenn die verbotene
band liegen, so daß sie nicht schon allein durch die Energiezone und das Strahlungsquantum gleich groß
thermische Energie des Kristallgitters in einem den sind.
Widerstand bei Abwesenheit von Strahlung auf stö- 25 Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sind im
rende Weise erhöhenden Maße frei gemacht werden. Fall der Gleichheit von verbotener Energiezone und
Andererseits werden solche wirsamen Energieniveaus Strahlungsquantum vorzugsweise die p-n-Rekombinain
einem solchen Energieabstand von dem betreffen- tionsstrahlungsquelle und der photoleitende Teil aus
den Band liegen müssen, daß sie durch die betreffen- dem gleichen halbleitenden Material der gleichen verden
Strahlungsquanten, gegebenenfalls unter Anwen- 30 botenen Energiezone aufgebaut, und es sind diese
dung von thermischer Energie, frei gemacht werden Teile zu einem Halbleiterkörper vereinigt. Diese Auskönnen,
d. h., dieser Energieabstand kann im allge- führungsform nach der Erfindung hat nämlich den
meinen höchstens gleich dem Wert des betreffenden weiteren Vorteil, daß zwischen den beiden Teilen kein
Strahlungsqantums sein oder im Fall von thermischer Unterschied im Brechungsindex besteht, wodurch die
Energie, nur ein wenig, nämlich um einen der Energie 35 Strahlung von dem einen Teil in den anderen überentsprechenden
Betrag, größer sein. gehen kann ohne irgendeine innere optische Reflexion. Die Dotierung von Halbleitern mit Störzentren In anderen Fällen jedoch, in denen die schon oben
durch Einbau von Gitterabweichungen, wie Verun- erwähnten Vorteile von besonderer Wichtigkeit sind,
reinigungen, ist eine in der Halbleitertechnik an sich wird ein Halbleiter mit einer verbotenen Energiezone
bekannte Maßnahme. Zum Beispiel können wirksame 40 größer als das Strahlungsquantum bevorzugt, um so
Energieniveaus durch Einbau von Donatorverunreini- mehr, als es nicht erforderlich ist, die verbotene
gungen, die in einem geeigneten Abstand vom Lei- Energiezone viel größer als das Strahlungsquantum
tungsband mit Elektronen gefüllte Energieniveaus zu wählen, da ja der spezifische Widerstand eines
verursachen, oder durch Einbau von Akzeptorver- innerlichen Halbleiters exponential mit der Größe der
unreinigungen, die in dem geeigneten Abstand vom 45 verbotenen Energiezone zunimmt, während der
Valenzband liegende unbesetzte Energieniveaus ver- Brechungsindex der verschiedenen Halbleiter dennoch
Ursachen, erhalten werden. Bei der Halbleitervorrich- verhältnismäßig wenig verschieden ist. Der Wert der
tang nach der Erfindung wird demzufolge, im Gegen- verbotenen Energiezone für Germanium und Silicium
satz zur bekannten Halbleitervorrichtung, bei der ein beträgt z. B. etwa 0,72 bzw. 1,12 eV und der spe-Halbleiter
mit einer kleineren verbotenen Energie- 50 zifische Widerstand von eigenleitendem oder kompenzone
als das Strahlungsquantum verwendet wird, ge- siertem Germanium etwa 60 cm, und von eigenleitenrade
eine verbotene Energiezone, die ebenso groß wie dem oder kompensiertem Silicium ist der spezifische
oder größer ist als das Strahlungsquantum, verwendet. Widerstand schon höher als 1000 Qcm, während der
Durch diese besondere Wahl nach der Erfindung ist Brechungsindex von Germanium und Silicium nur
bei der Halbleitervorrichtung nach der Erfindung der 55 wenig voneinander verschieden ist, und zwar 4,0 bzw.
günstige Umstand gegeben, daß ein Halbleiter mit 3,45 beträgt.
einem höheren spezifischen Widerstand verwendet Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer
wird, wodurch im photoleitenden Teil eine höhere Figur und einiger Ausführungsbeispiele näher erelektrische
Feldstärke gestattet werden kann, die einen läutert.
höheren Verstärkungsfaktor des photoleitenden Teils 60 In der Figur ist eine Ausführungsform einer Haibund
folglich der ganzen Vorrichtung ermöglicht. leitervorrichtung nach der Erfindung schematisch im
Weiter hat die Vorrichtung nach der Erfindung den Längsschnitt gezeigt. Die p-n-Rekombinationsstrah-Vorteil,
daß die Absorption der Strahlungsquanten lungsquelle 1 wird gebildet durch die p-Typ-Elekim
photoleitenden Teil dieser Vorrichtung durch eine trode 3, welche aus einem Metallkontakt 3 α und einer
geeignete Wahl der Einbaustelle der hier wirksamen 65 zugehörigen Halbleiterzone 3 b vom p-Typ besteht,
Energieniveaus auf zweckmäßige Weise verteilt wer- durch die n-Typ-Elektrode 4, die aus einem Metallden
kann. Bei der schon vorgeschlagenen Halbleiter- kontakt 4 σ und einer zugehörigen Halbleiterzone
vorrichtung erfolgt die Absorption vorwiegend in Ab vom η-Typ und aus dem dazwischenliegenden
5 6
hochohmigen, im wesentlichen eigenleitenden oder sehen den Elektroden 5 und 6 ist im photoleitenden
kompensierten Halbleiterkörper besteht. Auch im Teil 2 Zink in einer atomaren Konzentration von
photoleitenden Teil 2 sind einander gegenüber zwei etwa 10~5 eingebaut. Die Verunreinigung Zink verurohmsche
Elektroden angeordnet und mit 5 bzw. 6 be- sacht zwei Akzeptorniveaus in der verbotenen Enerzeichnet.
Der photoleitende Teil 2 besteht auch aus 5 giezone von Silicium, von denen das eine Energieeinem
hochohmigen, im wesentlichen eigenleitenden niveau dem einfachen negativen Ladungszustand des
oder kompensierten Halbleitermaterial. Die beiden Akzeptors entspricht und auf 0,31 eV über dem
Glieder können im Fall von verschiedenen Halbleitern Valenzband liegt und das andere Energieniveau dem
zu einem Körper kombiniert werden mittels an sich be- zweifachen negativen Ladungszustand des Akzeptors
kannter Techniken, wie Zusammenschmelzen, Auf- io entspricht und auf 0,55 eV über dem Valenzband
dampfen in aufeinanderfolgenden Schichten und liegt. Für die gegebenen Strahlungsquanten von 0,72 eV
Übergang über Mischkristallbildung. können diese Zinkakzeptorniveaus als für die Photoin
Teil 1 wird an Elektrode 3 gegenüber Elektrode 4 leitfähigkeit wirksame Zentren wirken, weil die beeine
positive Spannung angelegt, wodurch in dem treffenden Quanten Elektronen aus dem Valenzband
zwischen diesen Elektroden liegenden halbleitenden 15 zu diesem Niveau übertragen können und dadurch
Teil aus der p-Typ-Elektrode 3 Löcher und aus der Löcherleitfähigkeit in dem Valenzband ermöglichen.
n-Typ-Elektrode 4 injiziert werden. Diese injizierten Abhängig von der Intensität werden diese Niveaus
Minderheitsladungsträger rekombinieren im zwischen- dabei erst einfach negativ und dann doppelt negativ
liegenden Halbleiterteil, wobei, abhängig von dem geladen werden können.
Rekombinationsverfahren, Strahlung einer bestimm- 20 Obwohl die obenerwähnten Aktivierungsmöglichten
Wellenlänge erzeugt wird. Wenn diese Rekombi- keiten des photoleitenden Teiles für den verfolgten
nation durch unmittelbaren Übergang zwischen Zweck geeignet sind, haben sie trotzdem den NachLeitungsband
und Valenzband erfolgt, so wird der teil, daß sie noch nicht völlig den maximal zu er-Wert
der erzeugten Strahlungsquanten im wesent- zielenden Wert des spezifischen Widerstandes von
liehen gleich dem Wert der verbotenen Energiezone 25 Silicium benutzen, weil die wirksamen Energieniveaus
dieses halbleitenden Teiles sein. In vielen Fällen hier noch nicht so weit wie möglich vom betreffenden
jedoch werden Strahlungszentren in diesen halbleiten- Energieband liegen. Vorzugsweise wird man die wirkden
Teil eingebaut, die die Rekombination über ein in samen Energieniveaus derart wählen, daß das Fermider
verbotenen Energiezone ligendes Zwischenenergie- niveau etwa in der Mitte der verbotenen Energiezone
niveau erfolgen lassen, wodurch die Energie innerhalb 30 liegt. Durch Hinzufügung eines nahe am Leitungsband
des Strahlungsquantums kleiner sein wird als die ver- liegenden Donatorniveaus kann man den Ladungsbotene
Energiezone, und zwar gleich dem Wert des zustand des Zinkniveaus derart regeln, daß sich der
Rekombinationsübergangs. spezifische Widerstand von dem Silicium im wesent-Der
photoleitende Teil 2 besteht aus einem Halb- liehen den maximalen eigenleitenden Werten des speleiter,
der eine verbotene Energiezone zwischen Lei- 35 zifischen Widerstandes annähert, nämlich durch Hintungs-
und Valenzband aufweist, die ebenso groß wie zufügung von so viel dieser Donatorniveaus, daß das
oder größer ist als der Energieinhalt des im Teil 1 er- Ferminiveau bei der Betriebstemperatur im wesentzeugten
Strahlungsquantums. Im photoleitenden Teil 2 liehen in der Mitte des Bandes liegt. Im vorliegenden
sind, besonders in dem Stromweg zwischen den zwei Fall einer atomaren Konzentration von etwa 10~5 Zn
Elektroden 5 und 6, Störzentren eingebaut, die Ener- 40 bedeutet dies, daß durch Hinzufügung von Donatoren
gieniveaus erzeugen, welche auf die betreffenden die Zinkakzeptorniveaus zu einem großen Teil bis den
Strahlungsquanten ansprechen, und durch welche doppelt negativen Ladungszustand mit Elektroden beunter
Einfluß dieser Strahlungsquanten eine von der setzt werden müssen, d. h., daß also wegen der zwei
Strahlungsintensität abhängige Anzahl von Akzeptorniveaus, welche Zink enthalten, fast zweimal
Ladungsträgem in einem der Energiebänder frei ge- 45 soviel Donatoratome als Zinkatome hinzugefügt wermacht
wird und auf diese Weise die elektrische Leit- den müssen, um das Ferminiveau bei Betriebstempefähigkeit
zwischen den Elektroden 5 und 6 als Funk- ratur etwa in der Mitte der verbotenen Energiezone zu
tion der Strahlungsintensität beeinflußt werden kann. legen. So wird man z. B. eine atomare Konzentration
Die Strahlungsintensität ist mit der der p-n-Rekom- von etwa 1,9 · 10~5 an Phosphoratomen hinzufügen
binationsstrahlungsquelle zugeführten elektrischen 5° können. In diesem Zustand können durch die gege-Energie
regelbar. benen Strahlungsquanten Elektronen aus den doppelt Zur Erläuterung seien noch einige Beispiele aus- negativ geladenen Zinkniveaus zu dem Leitungsband
führlich beschrieben. gebracht werden, und diese Elektronen können dort
Der Halbleiterteil 1 der p-n-Strahlungsquelle kann zu freier Elektronenleitung veranlassen,
z. B. aus im wesentlichen eigenleitendem Germani- 55 Ein Halbleiter, der mit einer Verunreinigung eines
mit einem spezifischen Widerstand von etwa 50 bis bestimmten Typs aktiviert ist und dem eine zweite
60 Ωαη bestehen, wobei die Elektrode 3 durch eine Verunreinigung, ein sogenannter Koaktivator, hinzuaufgeschmolzene
Indiumelektrode, der noch einige gefügt wird, um den Halbleiter im wesentlichen mög-Prozente
Gallium hinzugefügt sind, gebildet wird; die liehst hochohmig zu machen, wird üblicherweise ein
Elektrode 4 wird durch eine aufgeschmolzene Blei- 60 kompensierter Halbleiter genannt. Im vorliegenden
Antimon- oder Blei-Arsen-Elektrode gebildet. Im Fall, in dem der Halbleiter ein aktivierter Photoleiter
Halbleiterteil 1 können dann beim Betrieb des p-n- ist, wird durch einen solchen Ausgleichsvorgang ein
Überganges in der Vorwärtsrichtung Strahlungsquan- kompensierter aktivierter Photoleiter erhalten,
ten mit einem Energieinhalt von etwa 0,72 eV erzeugt Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird
werden. 65 im photoleitenden Teil vorzugsweise ein im wesent-Der photoleitende Teil 2 kann dann z. B. aus SiIi- liehen kompensierter aktivierter Photoleiter verwencium
bestehen, das eine verbotene Energiezone von det. Es wird übrigens wohl ohne weiteres deutlich
etwa 1,12 eV aufweist. Im normalen Stromweg zwi- sein, daß es außer dem vorliegenden Fall, in dem ein
tiefliegendes Akzeptorniveau durch eine nahe an dem Leitungsband liegendes Donatorniveau in den geeigneten
Ladungszustand gebracht und kompensiert wird, auch möglich ist, einen kompensierten aktivierten
Photoleiter zu verwenden, in dem ein tiefliegendes Donatorniveau durch ein nahe am Valenzband Hegendes Akzeptorniveau in den geeigneten Ladungszustand
gebracht und kompensiert wird.
Im obigen Beispiel wird im photoleitenden Teil ein Halbleiter mit einer verbotenen Energiezone verwendet,
welche größer war als das Strahlungsquantum.
Abschließend wird noch ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung
gegeben, bei der für die p-n-Rekombinationsstrahlungsquelle und den photoleitenden Teil
der gleiche Halbleiter mit der gleichen verbotenen Energiezone verwendet wird. Zu diesem Zweck kann
z. B. der ganze Halbleiterkörper aus hoehohmigen Silicium bestehen, wobei die eine Hälfte des Körpers
als photoleitender Teil verwendet wird und auf gleiche Weise aktiviert sein kann wie im vorigen Beispiel erwähnt,
während in der anderen Hälfte des Körpers die p-n-Rekombinationsstrahlungsquelle angeordnet
ist, deren p-Typ-Elektrode, z. B. durch Aufschmelzen von Aluminium, und die n-Typ-Elektrode, z. B. durch
Aufschmelzen einer Gold-Antimon-Legierung, erhalten werden kann.
Es wird noch bemerkt, daß die Erfindung selbstverständlich nicht auf die hier beispielsweise erwähnten
Ausführungsformen beschränkt ist. Es können z. B. auch andere Halbleiter verwendet werden, und die
Anordnung der Elektroden auf dem Körper kann auch abgeändert werden. Weiter ist es möglich, z. B.
mehr als eine p-n-Strahlungsquelle mit einem Photoleiter
zu einer konstruktiven Einheit zu kombinieren oder eine p-n-Strahlungsquelle mit mehr als einem
photoleitenden Teil oder mehr als eine p-n-Strahlungsquelle mit mehr als einem photoleitenden Teil. Da der
Verstärkungsfaktor einer Halbleitervorrichtung nach der Erfindung beträchtlich größer als 1 sein kann,
kann damit durch Verwendung von elektrischer Rückkopplung eine regenerative Wirkung erhalten werden,
durch welche es möglich ist, bistabile Elemente, Oszillatoren und Multivibratoren zu erhalten.
Claims (5)
- PATENTANSPRÜCHE: 1. Halbleitervorrichtung für elektrische Verstärker- oder Schaltzwecke, bestehend aus einer zu einer konstruktiven Einheit zusammengebauten, vorzugsweise zu einem Körper vereinigten Kom-45 bination von wenigstens einer den elektrischen Eingang der Vorrichtung bildenden p-n-Rekombinationsstrahlungsquelle mit wenigstens einem mit der Quelle optisch gekoppelten und den elektrischen Ausgang der Vorrichtung bildenden photoleitenden Teil, dadurch gekennzeichnet, daß der photoleitende Teil aus einem Halbleiter besteht, der eine verbotene Energiezone zwischen Leitungsband und Valenzband aufweist, deren Energiebetrag ebenso groß wie oder größer ist als die Energie der durch die p-n-Rekombinationsstrahlungsquelle erzeugten Strahlungsquanten, und der Störzentren aufweist, welche in der verbotenen Energiezone Energieniveaus entstehen lassen, die auf die betreffenden Strahlungsquanten der Rekombinationsstrahlung ansprechfähig sind.
- 2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der photoleitende Teil aus einem Halbleiter besteht, der eine verbotene Zone aufweist, deren Energiebetrag gleich der Energie des Strahlungsquantums der Rekombinationsstrahlung ist, und daß die p-n-Rekombinationsstrahlungsquelle und der photoleitende Teil aus dem gleichen Halbleitermaterial mit dem gleichen Wert der verbotenen Energiezone aufgebaut und zu einem gemeinsamen Halbleiterkörper vereinigt sind,
- 3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der photoleitende Teil aus einem Halbleiter besteht mit einer verbotenen Zone, deren Energiebetrag größer ist als die Energie des Strahlungsquantums der Rekombinationsstrahlung.
- 4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Störzentren im wesentlichen in jenem Teil des photoleitenden Teiles eingebaut sind, der mit dem bei Abwesenheit von Strahlung auftretenden normalen Stromweg zwischen den Elektroden zusammenfällt.
- 5. Halbleitervorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im photoleitenden Teil ein hochohmiger, im wesentlichen kompensierter oder eigenleitender Photoleiter verwendet wird.In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 820 015;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 054179.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen© 209 607/298 5.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL243305 | 1959-09-12 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1130535B true DE1130535B (de) | 1962-05-30 |
DE1130535C2 DE1130535C2 (de) | 1962-12-06 |
Family
ID=19751915
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEN18876A Granted DE1130535B (de) | 1959-09-12 | 1960-09-08 | Halbleitervorrichtung fuer elektrische Verstaerker- oder Schaltzwecke |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3043959A (de) |
JP (1) | JPS4026014B1 (de) |
CH (1) | CH384085A (de) |
DE (1) | DE1130535B (de) |
FR (1) | FR1267057A (de) |
GB (1) | GB967438A (de) |
NL (2) | NL113647C (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1220054B (de) * | 1962-12-31 | 1966-06-30 | Ibm | Optischer Sender mit einer Halbleiterdiode als stimulierbarem Medium, das in Richtung der UEbergangsflaeche ausstrahlt |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL260956A (de) * | 1961-02-07 | |||
US3278814A (en) * | 1962-12-14 | 1966-10-11 | Ibm | High-gain photon-coupled semiconductor device |
US3229104A (en) * | 1962-12-24 | 1966-01-11 | Ibm | Four terminal electro-optical semiconductor device using light coupling |
US3369132A (en) * | 1962-11-14 | 1968-02-13 | Ibm | Opto-electronic semiconductor devices |
US3369133A (en) * | 1962-11-23 | 1968-02-13 | Ibm | Fast responding semiconductor device using light as the transporting medium |
US3257626A (en) * | 1962-12-31 | 1966-06-21 | Ibm | Semiconductor laser structures |
DE1190506B (de) * | 1963-10-10 | 1965-04-08 | Siemens Ag | Optisch gesteuerte, mindestens vier Zonen von abwechselnd unterschiedlichem Leitungstyp aufweisende Schalt- oder Kippdiode |
US3283160A (en) * | 1963-11-26 | 1966-11-01 | Ibm | Photoelectronic semiconductor devices comprising an injection luminescent diode and a light sensitive diode with a common n-region |
DE1264513C2 (de) * | 1963-11-29 | 1973-01-25 | Texas Instruments Inc | Bezugspotentialfreier gleichstromdifferenzverstaerker |
US3358146A (en) * | 1964-04-29 | 1967-12-12 | Gen Electric | Integrally constructed solid state light emissive-light responsive negative resistance device |
GB1102749A (en) * | 1964-07-29 | 1968-02-07 | Hitachi Ltd | A light modulator arrangement |
US3399313A (en) * | 1965-04-07 | 1968-08-27 | Sperry Rand Corp | Photoparametric amplifier diode |
US3385981A (en) * | 1965-05-03 | 1968-05-28 | Hughes Aircraft Co | Double injection two carrier devices and method of operation |
US3728593A (en) * | 1971-10-06 | 1973-04-17 | Motorola Inc | Electro optical device comprising a unitary photoemitting junction and a photosensitive body portion having highly doped semiconductor electrodes |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE820015C (de) * | 1949-09-10 | 1951-11-08 | Siemens & Halske A G | Verstaerker |
DE1054179B (de) * | 1957-09-25 | 1959-04-02 | Siemens Ag | Halbleiterbauelement zur Stromverstaerkung |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2863056A (en) * | 1954-02-01 | 1958-12-02 | Rca Corp | Semiconductor devices |
US2929923A (en) * | 1954-08-19 | 1960-03-22 | Sprague Electric Co | Light modulation device |
US2836766A (en) * | 1956-05-15 | 1958-05-27 | Gen Electric | Electroluminescent devices and circuits |
US2885564A (en) * | 1957-03-07 | 1959-05-05 | Ncr Co | Logical circuit element |
US2959681A (en) * | 1959-06-18 | 1960-11-08 | Fairchild Semiconductor | Semiconductor scanning device |
-
0
- NL NL243305D patent/NL243305A/xx unknown
- NL NL113647D patent/NL113647C/xx active
-
1960
- 1960-09-08 DE DEN18876A patent/DE1130535B/de active Granted
- 1960-09-08 JP JP3733060A patent/JPS4026014B1/ja active Pending
- 1960-09-09 CH CH1021460A patent/CH384085A/de unknown
- 1960-09-09 GB GB31145/60A patent/GB967438A/en not_active Expired
- 1960-09-09 FR FR838255A patent/FR1267057A/fr not_active Expired
- 1960-09-12 US US55454A patent/US3043959A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE820015C (de) * | 1949-09-10 | 1951-11-08 | Siemens & Halske A G | Verstaerker |
DE1054179B (de) * | 1957-09-25 | 1959-04-02 | Siemens Ag | Halbleiterbauelement zur Stromverstaerkung |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1220054B (de) * | 1962-12-31 | 1966-06-30 | Ibm | Optischer Sender mit einer Halbleiterdiode als stimulierbarem Medium, das in Richtung der UEbergangsflaeche ausstrahlt |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3043959A (en) | 1962-07-10 |
JPS4026014B1 (de) | 1965-11-12 |
NL243305A (de) | |
DE1130535C2 (de) | 1962-12-06 |
CH384085A (de) | 1964-11-15 |
NL113647C (de) | |
GB967438A (en) | 1964-08-19 |
FR1267057A (fr) | 1961-07-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE1130535B (de) | Halbleitervorrichtung fuer elektrische Verstaerker- oder Schaltzwecke | |
DE891580C (de) | Lichtelektrische Halbleitereinrichtungen | |
DE1007887B (de) | Halbleiterverstaerker | |
DE1005194B (de) | Flaechentransistor | |
DE1180458B (de) | Einrichtung zur Erzeugung kohaerenter Strahlung in einem einkristallinen Halbleiter | |
DE1152763B (de) | Halbleiterbauelement mit mindestens einem PN-UEbergang | |
DE1045566B (de) | Kristallfotozelle | |
DE1037026B (de) | Anordnung zur Erzeugung eines freien Elektronenstroms | |
DE19935998B4 (de) | Mehrfach-Halbleiterlaserstruktur mit schmaler Wellenlängenverteilung | |
DE1639265A1 (de) | Halbleiterbauelement zur Transformation von Gleich- und Wechselspannungen | |
DE3027599C2 (de) | ||
DE2008679A1 (de) | Festkörperbauteil mit Elektronenübergangseffekt | |
DE1489942B1 (de) | Schaltungsanordnung zur Frequenzmodulation eines optischen Senders (Laser) mit einer Halbleiterdiode als stimulierbarem Medium | |
DE1285623C2 (de) | Elektrolumineszenzdiode | |
DE2848925A1 (de) | Lawinen-photodiode mit heterouebergang | |
DE2430687C3 (de) | Kaltemissionshalbleitervorrichtung | |
DE1541413B2 (de) | Anordnung zur erzeugung von elektromagnetischen schockwellenschwingungen | |
AT220674B (de) | Halbleitervorrichtung für Verstärker- oder Schaltzwecke | |
DE2612328C3 (de) | Halbleiterbauelement | |
DE2409784C3 (de) | Schwingungserzeuger aus einem optoelektronischen Paar | |
DE1564142A1 (de) | Elektrolumineszentes Halbleiterbauelement | |
DE1464979C3 (de) | Halbleiterschaltelement | |
DE1464331C3 (de) | Elektrisch steuerbares opto-elektronisches Halbleiterbauelement | |
DE1489426C3 (de) | Halbleitervorrichtung mit einer gesteuerten Strahlungsquelle | |
DE3906345A1 (de) | Thermoelektrisches wandlerelement |