DE1258980B - A B-Lumineszenzdiode í¬insbesondere GaAs-Lumineszenzdiode-mit geringem Temperaturkoeffizienten und hoher Lichtausbeute - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H05b

Deutsche Kl.: 2If-89/03

Nummer: 1258 980

Aktenzeichen: S 102202 VIII c/21 f

Anmeldetag: 24. Februar 1966

Auslegetag: 18. Januar 1968

Die Erfindung betrifft eine doppelt dotierte Lumineszenzdiode mit verringerter Temperaturabhängigkeit.

Es ist bekannt, daß herkömmliche A^BV-Lumineszenzdioden, insbesondere diffundierte Dioden, bezuglieh ihrer Lichtausbeute, d. h. ihrer Intensität, und der spektralen Lage des Emissionsmaximums stark von der Temperatur abhängen (I). Im Zimmertemperaturbereich findet man für den Temperaturkoeffizienten Werte von größenordnungsmäßig

j ^ — 2 °/o P^ro ° C (Intensitätsabnahme).

Dieser Temperatureinfluß kann durch den im folgenden kurz beschriebenen Abschneideeffekt erklärt werden: Da der effektive Bandabstand im Halbleiter mit steigender Temperatur abnimmt, weist der kurzwellige Anteil der Strahlung einen höheren eV-Wert auf, als dem verringerten effektiven Bandabstand entspricht, und wird deshalb in zunehmendem Maße mit steigender Temperatur absorbiert (Intensitätsabnahme).

Dieser Temperatureinfluß (Abschneideeffekt bzw. Intensitätsabnahme mit steigender Temperatur) ist eine nachteilige Eigenschaft herkömmlicher Lumineszenzdioden, da sie sich während des Betriebs z. B. im Laufe der Zeit erwärmen, wenn sie nicht durch zusätzliche Geräte — meist Kühlung auf eine bestimmte Temperatur — auf konstanter Temperatur gehalten werden. ■

Bei Zimmertemperaturen liegt die Lichtausbeute gewöhnlicher AⁿⁱB^v-Lumineszenzdioden bei nur wenigen Prozent. Zur Erhöhung der Ausbeute mit dem Ziel, die Diode auch bei Zimmertemperaturen zu betreiben, wurden vem Erfinder bereits verschiedene Methoden vorgeschlagen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine AiiiB^v-Lumineszenzdiode — insbesondere auf GaAs-Basis — mit nur geringem Temperaturkoeffizienten herzustellen.

Diese Aufgabe wird bei einer Lumineszenzdiode der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die p-Zone der Diode durch Einlegieren einer Legierungspille in den n-Typ-Trägerkristall eingebracht ist, wobei die Legierungspille aus einem Akzeptoren bildenden Material A (z. B. Zink) und Zinn im Verhältnis 10~² < A/Sn < 10"¹ besteht. Durch diese Maßnahmen wird die Struktur des Valenz- und vor allem des Leitungsbandes so verändert, daß der Temperaturkoeffizient -r= der Strahlungsintensität nur weniger als 1% — vielfach sogar A^mB^v-Lumineszenzdiode

— insbesondere GaAs-Lumineszenzdiode — mit

geringem Temperaturkoeffizienten und hoher Lichtausbeute

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft,

Berlin und München,

8000 München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Klaus Mettler

Dipl.-Phys. Dr. Günter Winstel, Dipl.-Phys. Karl-Heinz Zschauer, 8000 München

weniger als 0,5% — beträgt. Insbesondere haben Untersuchungen an legierten Lumineszenzdioden ergeben, daß die Emissionsintensität im Bereich der Zimmertemperatur ein Maximum durchläuft, dessen Lage geringfügig vom Betriebsstrom abhängt. Deshalb

geht der Temperaturkoeffizient -^= solcher legierten Dioden praktisch gegen Null, wenn man sie bei einer Temperatur betreibt, die etwa maximaler Lichtintensität entspricht. Stark vereinfacht kann man sich die Wirkung der Gegendotierung dadurch erklären, daß mit dem zusätzlichen Einbau von Donatoren im vorliegenden Fall also von Sn-Atomen auf Ga-Plätzen, an die Stelle der Unterkante des Leitfähigkeitsbandes die Donatorterme treten.

Die spezielle Herstellungsmethode führt außerdem dazu, daß die erzeugte Lumineszenzstrahlung so langwellig ist, daß sie fast ohne Absorption nach außen gelangt; die Lichtausbeute einer solchen erfindungsgemäßen A^mB^v-Lumineszenzdiode ist also sehr hoch. Der entscheidende Fortschritt besteht aber in dem geringen Temperaturgang der Intensität, der bei Betrieb im Bereich der Zimmertemperatur sogar praktisch ganz verschwindet.

Im folgenden ist an Hand der F i g. 1 und 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel angegeben:

Für GaAs als A^mB^v-Grundmaterial wurden bei Verwendung von Zn/Sn-Legierungspillen der Zusammensetzung Zn: Sn im Verhältnis zwischen 10~² und 10"¹ Lumineszenzdioden hergestellt, deren Temperatur-

709 719/183

koeffizient bei Zimmertemperatur praktisch vernachlässigbar ist.

In F i g. 1 sind einige Meßergebnisse wiedergegeben. Es ist

a = diffundierte GaAs-Lumineszenzdiode (100 niA

Betriebsstroni),
b = legierte GaAs-Lumineszenzdiode (78 niA

Betriebsstrom),
c = legierte GaAs-Lumineszenzdiode (126 niA

Betriebsstrom).

Man erkennt deutlich, daß der Temperaturkoeffizient -τψ für die legierte Diode im Bereich der Zimmertemperaturen (etwa zwischen 0 und 25⁰C) praktisch gleich Null wird, während er für die diffundierte Diode merklich vor Null verschieden ist.

F i g. 2 zeigt den Aufbau einer solchen legierten A^B^Lumineszenzdiode. Zur Vermeidung von Reflexionsverlusten an der Oberfläche 4 und zur gleichzeitigen Bündelung des ausfallenden Lichtes hat der n-Typ-Trägerkristall 1 geeignete Gestalt, z. B. sogenannte Weierstrass-Geometrie. Die p-Zone 2 entsteht durch Einlegierung; 3 kennzeichnet den pn-Übergang, S und 6 sind die sperrschichtfreien Elektrodenkontakte, + und
Betrieb.

kennzeichnen die Polung der Diode im

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Doppelt dotierte A^ßV-Lumineszenzdiode mit verringerter Temperaturabhängigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die p-Zone (2) der Diode durch Einlegieren einer Legierungspille in den n-Typ-Trägerkristall (1) eingebracht ist, wobei die Legierungspille aus einem Akzeptoren bildenden Material A (z. B. Zink) und Zinn im Verhältnis 10~² < A/Sn < 10-¹ besteht.

2. Doppelt dotierte A^mB^v-Lumineszenzdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das AmB^y-Material GaAs ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
W. N. Carr, G. E. Pittmann, Appl. Phys.

Let., Bd.

3, Nr. 10 (1963), S. 173 bis 175;
W. Thielemann, phys. stat, solid., 6 (1964),

K3.; Solid State Communications, Bd. 2, Nr.

4, April

1964, S. 119 bis 122.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 719/183 1.68 © Bundesdruckerei Berlin