DE1285623C2

DE1285623C2 - Elektrolumineszenzdiode

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Publication number: DE1285623C2
Application number: DE19651285623
Authority: DE
Priority date: 1964-04-30
Filing date: 1965-04-30
Publication date: 1973-10-04
Also published as: NL6505554A; US3456167A; GB1110281A; MY6900236A; US3404304A; DE1285623B

Description

Überraschenderweise ergab sich nun, daß die er-

findungsgemäße Anwendung dieses bekannten Prin-

zins, nämlich eine Halbleiterzone an ihrem Rand mit

50 einem schwach dotierten Bereich zu versehen, auf

Leuchtdioden der eingangs beschriebenen Art nicht

nur zu einer Unterdrückung unerwünschter Strom-

Die Erfindung betrifft eine Elektrolumineszenz- komponenten führt, sondern darüber hinaus eine diode, bestehend aus einem Halbleiterkörper mit nur Stabilisierung der Lichtausbeute einer Lumineszenzzwei aneinandergrenzenden Zonen entgegengesetzten 55 diode zur Folge hat, wofür bisher noch keine befrie-Leitfähigkekstyps, die einen flächenhaften, in Fluß- digende Erklärung gefunden werden konnte. Dieser richtung zu belastenden PN-Übergang miteinander Sachverhalt sowie Vorteile der Erfindung werden in bilden, bei der die eine der beiden Zonen einen ersten der nachstehenden Beschreibung an Hand einer mittleren Bereich großer Leitfähigkeit umfaßt, an Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt dem der elektrische Kontakt für diese Zone ange- 60 1 F i g. 1 eine perspektivische Schnittdarstellung einer ordnet ist, und bei der der elektrische Kontakt für bekannten elektrolumineszenten Halbleitervorrichdie andere Zone in der Nähe des Randes des Halb- tung aus Galliumarsenid, leiterkörpers vorgesehen ist. · F i g. 2 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Vor-

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art besteht aus richtung nach Fig. 1,

einem Halbleiterkörper aus Galliumarsenid (GaAs), «ö Fig. 3 eine graphische Darstellung der elektrischen welcher nach Anlegen einer Spannung an die beiden Ströme durch die Vorrichtung nach Fig. 1 als Funk-Zonen infolge des Stromflusses durch den gleich- tion der angelegten Spannung, richtenden Übergang eine optische Strahlung im Fi g. 4 A bis 4 K Schnittansichten zur Darstellung

des Hersteilungsverfahrens einer bevorzugten Aus- nkTSUom bezeichnet. Bei Beobachtung der Stromführungsform gemäß der Erfindung. Spannungscharakteristik ist es möglich, zu bestimmen,

Fig. j eine perspektivische Schnittdarstellung der ob neben dem AT-Strom eine /lAT-Stromkomponente gemäß Fig. 4A bis 4K hergestellten Ausführungs- vorliegt,
f°^rm· 5 Fig. 1 zeigt eine perspektivische Schnittansicht

Fig. 6 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Vor- einer Vorrichtung zur Erzeugung optischer Strahnchtung nach Fig.-i. _{lung In eine Fläche einer} Einkristallplatte 2 aus

Fig./ en.e graphische Darstellung der Ströme Galliumarsenid, gewöhnlich mit N-Leitfähigkeit, ist durch die Vorrichtung nach Fig. 5 in logarith- ein Bereich 4 mit P-Leitfähiekeit eindiffundiert, mischem Maßstab in Abhängigkeit von der in line- ίο welcher stark dotiert und von größerer elektrischer arern Maßstab dargestellten Spannung. Leitfähigkeit ist als die ursprüngliche Platte 2. Der

Fig. 8A bis 8C Ansichten der lichtemittierenden Bereich 4 wird wegen seiner hohen Leitfähigkeit mit Fläche der Vorrichtung aus Fi ;. 1 zur Erläuterung P J- bezeichnet. Die Grenzen zwischen den beiden des Abbaueffektes mit Bezug if den Lichtausgang Bereichen 2 und 4 bilden den kegelstumpfförmigen in Abhängigkeit von der Betriebszeit. 15 übergang 6 oder den Übergangsbereich, welcher sich

F i c. 9 eine Fchnittansicht einer Abwandlung der _mit seinem Kegelmantelteil in Richtung auf die Ausführungsform gemäß F i g. 5. Oberfläche 8 erstreckt und diese schneidet. In dem

Fig. 1OA bis 1OF Schnittansichten eines Herstel- dargestellten Fall ist die eigentliche Ubergangsfläche lungsverfahrens einer anderen trfindungsgemäßen _VOn kreisförmiger Gestalt, u«.< die Schnittlinie zwi-Ausführungsform, «, _{schen dem} Mantelteil des Übergangs und Fläche 8

Fig. 11 eine perspektivische Schnittansicht der bildet einen Kreis. Lediglich aus Darstellungsgründen gemäß Fig. 1OA bis 1OF hergestellten Ausführungs- ist der wirksame Teil des Übergangs, welcher innerform, halS der Masse des Körpers und parallel zur Ober-

F ig. 12 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Aus- fläche der Vorrichtung ^erläuft, durch eine strichlierte fühningsform nach Fig. 11, ■ 35 Linie 7 eingeschlossen. Ein ringförmiger, durch die

Fig. 13 eine graphische Darstellung des durch die strichlierte Linie 9 eingeschlossener äußerer Teil des Vorrichtung gemäß Fig. 11 fließenden Stromes als Übergangs, welcher den die Oberfläche der Vorrich-Funktion der angelegten Spannung, tung schneidenden Abschnitt des Übergangs und einen

F i g. 14 eine graphische Darstellung der Quan^n- in die Masse des Körpers hinein verlaufenden kegelausbeute als Funktion des durch die Vorrichtung 3" förmigen Abschnitt umfaßt, wird als peripherer Teil fließenden Stromes, des Übergangs bezeichnet. Der A-7-Volumenstrom

F i e. 15 eine Schnittansicht einer Abwandlung der I₀ fließt, wie oben festgestellt, durch den wirk-Ausführungsform gemäß Fig. 11, samen Teil 7 des Übergangs, während der periphere

Fig. 16A bis 16D Schnittdarstellungen des Her- nAT-Strom I„ durch beide Bereiche 7 und 9 fließt. Im Stellungsverfahrens einer weiteren Ausführungsform 35 Bereich 4 ist ein Ohmscher Kontakt 10 vorgesehen; gemäß der Erfindung, in ähnlicher Weise ist an dem Bereich 1 ein ringför-

F i g. 17 eine perspektivische Schnittansicht der ge- miger Ohmscher Kontakt 12 angeordnet. Mit den maß Fig. 16A bis 16D hergestellten Ausführungs- Ohmschen Kontakten sind Elektroden 16 und 18 verform, bunden, so daß das Anlegen einer Spannung zwischen

F i g. 18 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Vor- *⁰ den Kontakten einen Stromfluß durch den Übergang richtung nach F i g. 17, , hindurch verursacht. Dabei bewirkt der /tlT-Strom I_B

Fig. 19 eine graphische Darstellung der Licht-) die Erzeugung von optischer Strahlung, die schemaleistung der Vorrichtung nach F ig. 17 in Abhängig- tisch in Fig. 3 als /V₀ angedeutet ist. Gewöhnlich keit vom Stromfiuß, wird eine Schicht aus Siliziumdioxyd 14 auf der Ober-

F i g. 20 eine Schnittansicht der Vorrichtung nach 45 fläche der Vorrichtung zwischen den Kontakten wäh-F i g. 17 in besonderer Anwendung in einem Strom- rend der Fabrikation der Vorrichtung ausgebildet, so kreis und | daß der Übergang dort geschützt ist, wo er die Fläche

F i g. 21 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung der Vorrichtung schneidet. Dieser Schutz i^ct jedoch nach Fig. 17 in einer anderen Anwendung bei einem nicht in der Lage, den peripheren Stromfluß merklich elektrischen Stromkreis. |5° zu reduzieren.

Bei den bekannten elektrolumineszenten Halb-j I Das Ersatzschaubild der Vorrichtung aus Fig. 1 leitervorrichtungen tritt ein Volumenstrom I_B auf, ist in F i g. 2 dargestellt und umfaßt zwei Dioden 7 dem die angestrebte Betriebsweise zugeschrieben wird. und 9, die zueinander parallel liegen, da ein Teil Er wird durch folgende Gleichung ausgedrückt: ,des Gesamtstroms durch den peripheren Über-

_qV |55 gangsabschi.at 9 entsprechend Gleichung (2) fließt.

J_B — J _ekf π) j während der Rest durch den wirksamen Übergangs

abschnitt 7 entsprechend Gleichung (1) fließt.

/_n ist eine Konstante, q ist die Elektronenladung, Die beiden Stromkomponenten /_;) und I_P fließen

V ist die Spannung am Übergang, k ist die Boltz- zusammen durch die Elektrode 18 im Ersatzschaumann-Konstante, und T stellt die absolute Tempera- ^6o
tür dar. Dieser Strom wird gewöhnlich als λΤ-Strom
bezeichnet. Daneben tritt ein Oberflächenstrom l_P auf,
der durch folgende Gleichung dargestellt wird:

bild aus.

Die Strom-Spannungs-Kennlinie der Vorrichtung gemäß F i g. 1 ist graphisch in F i g. 3 dargestellt. Der gesamte Diodenstrom ist in logarithmischem Maßstab

_qV in Milliampere auf der Ordinate aufgetragen. Die

/ -.-: /'. —- J c"^kr (2) '⁵ Diodenspannung ist in Volt in linearem Maßstab auf

der Abszisse abgetragen. Die Strom-Spannungs-Kenn-

I_x ist eine weitere Konstante, η ist eine ganze Zahl ; linie der Diode 9 ist eine Gerade, die mit /,. bezeichgrößer als 1. Dieser Strom wird gewöhnlich als 'net ist. Das gleiche eilt für die Kennlinie /„ der

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Diode 7, die ebenfalls eine Gerade, jedoch mit anderem Neigungswinkel ist. Da der Strom I₈ die einzige Komponente darstellt, die die Erzeugung von Licht in der Vorrichtung bewirkt, ist es offensichtlich, daß die angestrebte Kennlinie, oder das, was sich als die ideale Kennlinie bezeichnen läßt, die mit I_n bezeichnete Kurve ist. Es wurde jedoch gefunden, daß die Vorrichtung der F i g. 1 beide Komponenten zeigt. Die beiden Ströme addieren sich und liefern die

mittels, das nur das Oxyd, nicht aber die Galliumarsenidplatte angreift. Nachdem das Oxyd, wie in F i g. 4 B dargestellt, teilweise entfernt ist, wird die Platte zusammen mit einer geeigneten Verunreini-5 gung, beispielsweise Zink oder Zinkarsenid (ZnAs₂), in eine Quarzampulle eingeschlossen und auf eine Temperatur von etwa 900⁰C während etwa 4 Minuten erhitzt. Dadurch wird die Verunreinigung veranlaßt, unter den Öffnungen in der Oxydschicht bis zu

Kennlinie /, die, wie dargestellt, gleich der Summe I_n io einer Tiefe von etwa 8 Mikrometer einzudiffundieren. und Ip ist. Es ist zu beachten, daß bei niederen Die Verunreinigung bestimmt die P-Leitfähigkeit, Spannungen der Gesamtstrom der Vorrichtung der wenn sie in einen η-Halbleiter eindiffundiert ist. Auf /p-Kurve folgt, während bei höheren Spannungen diese Weise wird ein Bereich 30 mit P-Leitfähigkeit der Strom der /_ß-Kurve folgt. Bei ausreichend hohen unter der Öffnung 26 gebildet, welcher von der urStrömen, etwa oberhalb 10OmA, knickt die zusam-'is sprünglichen N-leitenden Platte durch einen gleichmengesetzte Kurve, wie dargestellt, ab, und zwar richtenden Obergang 7 getrennt ist In ähnlicher wegen des Volumen-Reihenwiderstands der Vorrich- Weise wird unterhalb der Ringöffnung 28 ein Ringtung, welcher hier ohne Bedeutung ist. Es ist ersieht- bereich 32 gebildet, welcher ebenfalls P-leitend ist. Hch, daß wenigstens eine Wirkung des peripheren Bei der praktischen Herstellung werden die Bereiche Stromes I_P sich darin äußert, daß die Erzeugung einer 20 30 und 32 iu Bereiche mit relativ hoher P-Leitfähigwesentlichen optischen Strahlung bei niederen Strö- keit verwände!!, so daß sie besser als P+-Bereiche men verhindert wird. In Fig. 3 ist weiterhin die !bezeichnet wenden, was angibt, daß diese Bereiche

Kennlinie der Lichtemission N₀ als Funktion der an die Diode angelegten Spannung dargestellt. Da der

von wesentlich höherer Leitfähigkeit als die ursprüngliche Platte sind.

Strom I_B die Lichtemissior» TV₀ erzeugt und diese bei- »5 Im Unterschied zu anderen Verunreinigungen, den Größen einander proportional sind, verläuft die welche gewöhnlich im Zusammenhang mit Silizium-Kurve /V₀ parallel zur Kurve I₈. Wenn deshalb der und Germanium-Halbleitern benutzt werden dilTunideale Strom I_B graphisch als Funktion der Licht- diert .-,as Zink oder Zinkarsenid durch eine Sili/iumemission dargestellt wird, resultiert, wie später noch dioxydschicht hindurch, während die üblichen, bei gezeigt, eine lineare Beziehung. Wegen der Existenz 30 Silizium und Germanium verwendeten Verunr'rinider Stromkomponente I_P ist jedoch die Lichtemission gungen durch eine Siliziumdioxvdschicht blockiert Ν« keine lineare Funktion des Gesamtstromes der werden. Auf Hirse Weise durchdrin-t das DiffünJ^T-VOrrichtung. mitleiden Oxydbelag und bildeV'd&ineTri^fönniee

In den Fig. 4A bis 4K, welche die Herstellungs- Kanalbereiche 34 und 36, die unterhalb des Oxydes methode einer bevorzugten Ausführungsform der Er- 35 liegen und P-Leitfähigkeit aufweisen Die Wirkung findung zeigen, sind Schnittansichten einer Platte aus der Oxydschicht besteht jedoch darin die Obcr-Galliumarsenid-Halbleitermaterial während verachte- flächenkonzentration der VerunreinigunE an der dener Herstellungsstufen dargestellt. Zu Anfang wird Plattenoberfläche unter der Oxydschicht in starkem eine dünne Schicht aus Siliziumdioxyd 22 auf der Maße zu reduzieren, und zwar im Gegensatz zu der Oberfläche 24 der einkristallen Galliumarsenid- 40,relativ hohon Oberflächenkonzentration der Verunplatte 20 abgeschieden, wobei diese Platte gewohn- ₍reinigung an denjenigen Oberflächenstellen der Platte,

wo diese unmittelbar mit den Öffnungen in Verbindung steht. Als Ergebnis hiervon haben die Diffuisionsbereiche unterhalb der Oxydschicht eine relativ

wird zweckmäßigerweise vor der Abscheidung der Siliziumdioxydschicht poliert. Die

Siliziumdioxydschicht kann durch irgendwelche ge- 45

geringe elektrische Leitfähigkeit. Die Kanalbereiche

eigneten Maßnahmen abgeschieden werden beispiels- |sind entsprechend dem oben beschriebenen Diffusi-

weise durch Zerstäubung oder durch Absetzung des onsverfahren sehr dünn und besitera eine™ iefe von

Siliziumdioxydes aus dem Dampfzustand mit pyro- etwa 1 Mikrometer

lytischer Zersetzung einer geeigneten organischen" Nachdem die Diffusion der verschiedener Bereiche

Verbindung. Alle diese Vorgänge sind an sich be- ₅o abgeschlossen ist, wird, wie inT ^S

kannt und werden deshalb hier nicht mehr beschne- das Oxyd von der

ben. Nach Abscheidung der Oxydschicht wird eine neue Schicht 40

photographische Maskier- und Ätztechnik benutzt, gesamte Oberfläche

um bestimmte Teile des Oxydes zu entfernen, so daß schließend wird eine

die Diffusion einer als Dotiermittel benutzten Ver- ₅₅ an der T

unreinigung in die Platte hinein stattfinden kann. Le- _dünnen,

diglidAus Gründen der Darstellung wird die Platte Uetaa,'

in ihrer Geometrie als kreisförmig angenommen wo- i_egt, wie dies in

bei die Schnittansichten der Figuren längs eines Plat- i

abdedrt h rifi

die 4ΕΪ

Die Platte

umfaßt die Maskierung desjenigen Teiles des Oxydes, welcher auf der Oberfläche verbleiben soll, und Abätzung des restlichen Oxydes mit Hilfe eines passenden Ätz-

. „ - -■·" -"»«·■ "■» die Oxydschicht 40, wie !•4 H dargestellt, entfernt, so daß eine neue

Schicht 46 gemäß Fig. 41 aufgebracht werden kann. Anschließend wird in diese Öxydschiehl eine kreisförmige Öffnung 48 eingeschnitten, die den Mittelbereich 30 freilegt. Ferner wird eine ringförmige öffnung 50 im Oxyd ausgebildet, so daß der Umfang der Platt·· und ein Teil des ringförmigen P ! -Bereiches frei liegt, wie dies in Fig. 4J gezeigt ist. In dieser Ausbildung umfaßt die Vorrichtung einen gleichrichtenden Übergang, der die Fläche 44 der Platte an der

Diodenspannung. Bei sehr niederen Spannungen fließt der größte Teil des an die Diode gemäß F i g. 5 angelegten Stromes durch den parallelen Widerstand R_c. Bei einer Diodenspanniing von etwa 0.8 bis 1.0 V 5 fließt jedoch nahezu der gesamte, an die Vorrichtung angelegte Strom durch den Diodenübergang 7. Die Kurve des zusammengesetzten Stromes im F.rsatzschaubild gemäß F-" i g. (S ist als /«-<■//■ bezeichnet. Aus den Kurven ist ersichtlich, daß die ideale

Stelle 51 schneidet. Schließlich werden an denjenigen io AT-Kennlinie der verbesserten Vorrichtung bei etwa Flächen der Vorrichtung, die durch die Öffnungen der gleichen Stromstärke erreicht wird wie bei der im Oxyd frei liegen. Metallkontakte angebracht. Bei- nicht verbesserten Vorrichtung gemäß Fig. 1. Jedoch spielsweise wird eine Legierung aus 4⁰O Zink und geht die Abweichung der Kurve von der AT-Kenn-96°n Gold aufgedampft und mit der Fläche des Be- linie bei niederen Strömen auf den Widerstand/?,, reiches .10 durch Legieren verbunden, so daß sic mit 15 zurück und nicht auf einen peripheren /»AT-Stromdieser einen Ohmschen Kontakt 52 bildet. Auf die fluß.

durch die Öffnung 50 hindurch frei liegende Fläche Die voranstellend besprochenen Schaubildcr illu-

wird eine Legierung aus O,6°'o Antimon und 99.4⁰O strieren die elektrischen Kennlinien nicht verbesser-GoId aufgedampft, anschließend mit Nickel plattiert ter und der erfindungsgemäß verbesserten Vorrich- und legiert, so daß sich ein einstückiger, ringförmiger «ο tungen mit im wesentlichen identischen Abmessun-Ohmscher Kontakt 54 sowohl mit der ursprünglichen gen und Parametern mit Ausnahme des einen hohen N-leitenden Plattenfläche 44 und dem P + -Bereich 32 Widerstand aufweisenden Kanalbereiches und des ergibt, welcher diese beiden Teile kurzschließt. Hier- kurzgeschlossenen Kontaktes bei der erfindungsgcauf werden Elektroden 56 und 58 mit den Kontakten . mäßen Vorrichtung. Ein Beispiel für die Abmessun-52 bzw. 54 verschweißt. Der Schnitt 51 des Über- »5 gen und Parameter der erfindungsgemäßen Vorrichgangs mit der Fläche ist in Wirklichkeit eine Ver- tung ist: Durchmesser des wirksamen /'+-Bereiches längerung des zentralen wirksamen Übergangs 7 und 30 gewöhnlich bis etwa 0,125 mm, Innendurchmesser stellt den unwirksamen Übergangsbereich dar, des tiefen, ringförmigen Bereiches 32 etwa 1,25 mm. durch welchen der unerwünschte periphere Strom Dies führt zu einem ringförmigen Kanalbereich 34 ohne entsprechende Vorkehrungen fließen würde. 30 mit einer seitlichen Abmessung von etwa 1,125 mm. Der Kontakt 54 schließt jedoch diesen unwirksamen Der oben beschriebene Diffusionsprozeß liefert einen Obergangsbereich kurz. Irgendein an dieser Stelle Kanalbereich mit etwa 300 Ohm.
durch den Übergang fließender Strom wird durch den Zu den Vorteilen der Ausführungsform gemäß

Kontakt als »shunt« abgeleitet. Der wirksame VoIu- Fig. 5 gehört die Tatsache, daß kein Strom durch menübergang 7 ist jedoch nicht kurzgeschlossen und 35 den unwirksamen Teil 51 des PN-Übergangs Hießt, vom Kontakt 54 durch den einen hohen Widerstand wo dieser eine Fläche der Vorrichtung schneide:, und aufweisenden, ringförmigen Kanalbereich 34 isoliert.
All dies ist klar in der perspektivischen Ansicht der
vollständigen Vorrichtung gemäß F i g. 5 dargestellt,
die ebenfalls einen Querschnitt an einem Durch- 4°
messer der Platte zeigt. Wie später noch erläutert,
fließt lediglich ein sehr kleiner Prozentsatz des an die
Vorrichtung angelehnten Gesamtstromes durch den
Kanal 34.

Das Ersatzschaltbild für die Vorrichtung gemäß 45

daß im Zusammenhang damit unerwarteterweisc festgestellt wurde, daß die Lebensdauereigenschaften beträchtlich verbessert sind.

Das Phänomen der Alterung, d. h. der im Lauf der Zeit verringerten Lichtausbeute, wie es bei bekannten Elektrolumineszenzdioden zu beobachten war, wird nachstehend an Hand der Fig. 8A bis 8C näher erläutert.

F i g. 8 A zeigt in Draufsicht schematisch die licht-

F i g. 5 ist in Fi g. 6 dargestellt und umfaßt den wirk- emittierende Oberfläche einer bekannten Elektrosamen Übergang 7 zwischen dem Mittelbereich 30 lumineszenzdiode, beispielsweise die dem elektrischen und der ursprünglichen Platte 20, wobei der Über- Kontakt 10 gegenüberliegende lichtemittierende Flägang7 parallel zu einem Widerstand R_g liegt, der den ehe der Vorrichtung gemäß Fig. 1. Wie aus der äquivalenten Widerstand des Kanals 34 zwischen 5° schematischen Darstellung gemäß F i g. 8 A deutlich dem Kontakt 54 und dem wirksamen Übergangs- wird, wird das Licht bei der bekannten Elektrolumibereich 30 darstellt. Ein peripherer Übergang liegt neszenzdiode bei der ersten Inbetriebnahme derselben nicht vor, da ein solcher durch den Kontakt 54 kurz- von dem gesamten Oberflächenbereich emittiert,
geschlossen ist. Der Strom durch die Diode 7 ist der Nach einigen Stunden Betriebsdauer beginnen jeideale oder Volumenstrom I_n nach Gleichung (1), 55 doch dunkle Linien oder Streifen am Rand der lichtwährend der nun als peripherer Strom I_P bezeichnete emittierenden Oberfläche zu erscheinen, wobei diese Strom durch den Widerstand R₁ gleich -ζ- ist, ^Unien^ ™^e M^{1 Fi}8· ^8B dargestellt, in W|ⁿ>eln von

* &* ^ etwa 60° zueinander geneigt sind. Diese Winkel ent-

wobei V die Spannung an der Diode darstellt. Es ist sprechen vermutlich der Kristallstruktur der Galliumjedoch zu beachten, daß der periphere Strom von 6o arsenidplatte. Durch quantitative Messungen ergibt demjenigen verschieden ist, der durch einen Über- sich, daß der gesamte Lichtausgang bei gleichem Eingang an der Peripherie der Vorrichtung fließt. gangsstrom abgenommen hat. Nach weiterem Betrieb Die Strom-Spannungs-Kennlinien der Vorrichtung der Vorrichtung werden die Dunkellinien länger und aus F i g. 5 sind in F i g. 7 dargestellt. Der Stromfluß zahlreicher und verlaufen gegebenenfalls über den durch den parallelen Widerstand /?, oder derjenige ⁶5 gesamten Durchmesser der Platte, so daß sie einen Strom, der durch den engen Kanalbcreich 34 parallel erheblich großen Teil des Oberflächenbereiches (vgl. zum Übergang 7 verläuft, ist in der Darstellung mit Fig. 8C) einnehmen. Es läßt sich leicht einsehen, Ip bezeichnet und variiert linear als Funktion der daß derjenige Teil der Platte, der von den Dunkel-

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ίο

linien besetzt ist, kein Licht mehr emittiert, und es arsenidplatte während verschiedener Herstellungsist anzunehmen, daß die entsprechenden Teile des stufen dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform. gleichrichtenden Übergangs innerhalb der Platte mit Eine Schicht 72 aus Siliziumdioxyd wird auf der Bezug auf die Lichterzeugung unwirksam geworden Oberfläche einer einkristallinen Galliumarsenidplatte sind, so daß sie einen Stromverlust darstellen. Das 5 70 abgeschieden. Maskier- und Ätztechniken gelan-Auftreten dieses Effektes ist noch nicht restlos ver- gen zur Anwendung, um in der Oxydschicht eine ständlich, und es konnte bisher hierfür noch kein kreisförmige öffnung76 gemäß Fig. 1OA zu erzeueinleuchtender Grund angegeben werden. Es ist je- gen. In die Platte wird dann eine geeignete Verundoch offensichtlich, daß eine Vorrichtung, die mit reinigung eindiffundiert, wie dies bereits zuvor bedem eben beschriebenen Mangel behaftet ist, zu kei- io schrieben wurde. Auf diese Weise entsteht ein P+- ner zuverlässigen Anwendung in einer Schaltung Bereich 78 unterhalb der Öffnung 76, welcher gemäß führt. Fig. 10B mit der N-leitenden Galliumarsenklplatte Die quantitative Beobachtung der Lichtemission 70 einen gleichrichtenden Übergang 82 bildet. Die bei konstanten Strömen in Abhängigkeit von der Be- Verunreinigung dringt auch durch die Siliziumdioxydtriebsdauer bei einer Vorrichtung mit Einrichtungen »5 schicht 72 hindurch und bildet einen sehi dünnen, zur Ausschließung des Stromflusses durch den un- mit Diffusionsmaterial durchsetzten Kanalbereich 80, wirksamen peripheren Übergangsteii, wie dies bei der welcher in ringförmiger Gestalt den kreisförmigen oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Ausfüh- P + -Bereich 78 umgibt. Wiederum ist der Boreich 80 rungsform gemäß Fig. 5 der Fall ist, zeigt an, daß P-leitcnd, besitzt jedoch einen sehr hohen Widerstand. die Dunkellinien nicht auftreten und daß die Licht- *° Die Oxydschicht 72 wird hierauf entfernt, und es emission konstant bleibt. Dies ist olfentsichtlich ein wird eine neue Schicht über die gesamte Oberfläche überraschendes und sehr brauchbares Ergebnis. Das der Platte abgesetzt. Anschließend wird ein Teil des Ergebnis ist deswegen sehr brauchbar, weil die I icht- Siliziumdioxyds entfernt, so daß eine ringförmige emission der Vorrichtung über eine unbegrenzte öffnung 86 eni-teht, die einen Teil des Kanal' creichs Betriebszeit hinweg sich nicht ändert. Offensichtlich *5 80 freilegt, wie dies in Fi e IOC dargestellt ist Die ist der «λΤ-Stromfluß an der Peripherie des Über- _rcstlichc Oxydschicht 84 bedeckt den gesamt, η P + gangs die Ursache des hier in Rede stehenden Man- ßreich 78 und einen Teil des Kanalbereichc«. «0. Die gels, und die Ausschaltung dieses πΛΓ-Stromes ver- _{Piatle wird hicrauf Ws unterhaib des zwisci}._:n dem

hütpt ifolirhp Altenineserscheinune. Die Tatsache. ΐίιη,ιι :.u on .._ ■ , „, .. .... ,*, ..

j._o . . " . j _or ... , · .. — 'vivivii on mm ucr riaiie /w eeouaeu^%:> uuci-

daß die Vorrichtung bei niederen Stromstarken nicht 30 _{gangs ab üut (} , _p, J> die Silizium-

mehr Licht als die nicht verbesserte Vorrichtung er- dicmdabdeckun» 84 die damn erliesende Platte da-

zeugt, ist verhältnismäßig unwicht.g da die Vorncta- _{vor bcwahrt vom Ä} ; , ?_{ffen zu} „_erden.

tung gemäß Fig 5 in erster Lime fur hohe Ströme _{Auf diese Wejse wj d} 8 8 Kanalbcreiches

der Ausführungsform gemäß «. gS^J ⁹² ™ der Schicht erg.b.;

Bei der vorangehenden Ausführungsform wurde der 45 gibt dklh iednt -"kV"^{1 Kanalbereich Μ UI}£ tie e, ringförmige P-f-Bereich32 deswegen geschaf- ^ig 10S^liS'i" ²^/^{31131 80 erSt}f,S f di Htil einer Ohmschen Verbindun ⁸0F i V Ti^/" ^P£?£

fen, um die Herstellung einer Ohmschen Verbindung Fig IOF ^_SS ΪΪ iiw *«*n «*
zum engen Kanalbereich 34 zu erleichtern. Es ist reich 78 und IM t!, ³^! ?**£ ^{% im} o, „ nämlich leichter, eine Ohmsche Verbindung zum uSang au^sebMei inlif ^ 5^" Γ ^?of S stark leitenden P+-Bereich 32 herzustellen als zu 50 ₁₀₀ HeSeJTqS „Ä-T* ΐ° ^^?
dem einen hohen Widerstand aufweisenden Bereich Die ASShrunLfo™ ? ^νεΓ°™^η ^ len.
34. Solche Verbindungen lassen sich jedoch herstd- mäßen VoniS» w.af ^er.^solche".ertindungsgelen, um die Vorrichtung gemäß Fig. 9 mit Metall- __{ch ist} emTn ΑΖ^κΓ^{6 aU}\£^lg,· " ^f« kontakten 54 auszurüsten, die direkt mit dem Kanal- dem ώπ^ηΤΐΪ2λ W "V^ ^S bereich 34 und der N-leitenden Platte 20 verbunden 55 WeiterhbSneWet de? tL· ί π~\ eiTt sind. Auf diese Weise lassen sich einige Fabrikations- Vorrichtung ^υ^Λ ⁸^*⁶ -¹^v \t stufen einsparen bzw. kann die Notwendigkeit einer reiches 80 ΙβΗηρίΐΐ⁸·*? ™&^ΟΤΪΩ1&^Ώ Kanalbephotographischen Maskierung mit ringförmiger öff- pheren Über«™ J"^uo,^{Stromfluß über den} Pf^0-Sung und die Schaffung des tiefen P+-Bereiches 32 sCd des κΑ^ΐ ^U£^aA ^{den hohen} ^' umeaneen werden 'fc «Z k. ^ ^¹*^{8 M} verhindert, wie dies

Tm nachsTehiSen wird eine weitere Ausführung,- S^pJ ^~*«-. beschriebenen Vorrichform der Erfindung beschrieben, die zu besserer Au·- _phere ÜbereaSw ^ ^ ^{ώε8επΐ Fal1 def} ***' biüte als die voranstehend beschriebene Ausführungt-: .echlossen ist. elektrisch nicht kurzge-

form führt, die weiterhin einen linearen Zusammen- D_{35 ε}ι_ι_ηβ h c
hang zwischen Uchtemission und Stromeingang bei I₅ führunt.sfnrm^ ♦ ■ ^^atzscha»bfld für diese Aus·

niederen Stromstärken besitzt und bei der die er- eine DiodeTO¹⁵^ ^'^gx^{12 dar}8^estellt ^wd ^¹^ wähnte Alterungserscheinung weitgehend vermindert überannopiJ · ?^{c 1}^ Äquivalent des wirksanieD au ult r i E. IU/* uiS Auf Ztigt 11 £ΐΠ6 vjäjιϊUm- hintPrpJno«^ j — "^w * Siouci £.111 iAGw —

mmereinander _der äquivalente Widerstand Γ '"

Kanalbereiches 80 und der periphere Diodenbereich 81 geschaltet. Die Betriebsweise der Vorrichtung läßt sich am besten im Zusammenhang mit der graphischen Darstellung der F i g. 13 beschreiben, die den Gesamtstrom der Vorrichtung in logarithmischem Maßstab auf der Ordinate in Abhängigkeit von der auf der Abszisse in linearem Maßstab abgetragenen Spannung

eben beschriebenen Ausführungsform erstreckt sich der Kanalbereich überall zur Seite der Platte. Anstatt der Anbringung eines Kontaktringes ίΟΟ auf der Oberseite der Platte gemäß Fig. Il wird ein solcher 5 ringförmiger Kontakt 104 nun an der Unterseite der η-leitenden Platte an deren Umfang vorgesehen. P^s in der Vorrichtung erzeugte Licht wird durch die vom Kontakt 104 umgebene öffnung 108 emittiert. Im übrigen entspricht diese Vorrichtung in elekder zuvor beschriebenen Vor

zeigt. Bei niederen Spannungen wird der durch die
Vorrichtung fließende Gesamtstrom durch die Diode
81 gesteuert, d. h., bei ausreichend kleinen Span- io Irischer Hinsicht nungen ist die Impedanz der Diode 81 groß im Ver- richtung.

gleich mit dem Widerstand R_s, jedoch klein im Ver- In den Fig. 16A bis 16D ist das Herstellungsgleich zur Impedanz der Diode 79. Wenn die Span- verfahren einer weiteren Ausführungsform der Ernung an der Vorrichtung steigt, wird die Impedanz findung dargestellt. Diese Figuren zeigen in Schnittder Diode 81 klein, und der Spannungsanstieg er- 15 ansichten einer Platte aus Galliumarsenid die verscheint am Widerstand R₁, so lange, bis bei höheren schiedenen Herstellungsstufen dieser Ausführungs-Spannungen der Spannungsanstieg an der Diode 79 form, wobei die Herstellung ähnlich derjenigen ersichtlich ist. Dies alles tritt bei niederen Spannungen der Vorrichtung gemäß F i g. 4 ist. Zunächst wird und sehr geringen Strömen ein, beispielsweise bei auf der Oberfläche 124 einer einkristallinen Platte Strömen zwischen 0.1 und etwa 1,0 mA, wie ir. ao 120 aus Galliumarsenid eine dünne Lage 122 aus Fig. 13 angegeben. Oberhalb 1,0 mA wirkt die Vor- Siliziumdioxyd gemäß Fig. 16A abgeschieden. Dies richtung so, als würde sie lediglich den idealen
JtT-Strom umfassen. Es ist zu beachten, daß die
Stromstärke, bei der der Vorrichtungsstrom der

erfolgt dadurch, daß nach Polieren der Plattenoberfläche 124 reaktiv ein Film aus Siliziumdioxyd (SiO₂) aufgesprüht wird, und zwar mit einer Dicke

idealen ΛΓ-Stromkurve zu folgen beginnt, sehr viel «s von etwa 6000 A. Daneben können auch andere gekJeiner ist als bei der nicht verbesserten Vorrichtung eignete Verfahren zur Aufbringung der Oxydschicht gemäß Fig. 1 und der zuvor beschriebenen, erfin- zur Anwendung gelangen. Lediglich aus Darstellungsdungsgcüiä&cn Aüsführungsform. Dies folgt aus der gründen ist die Platte wieder kreisförmig angenom-Reihenschaltung der Diode 81 mit dem Widerstand men, wobei die Schnittansichten gemäß Fig. ifiA 80. Auf diese Weise ist die wirksame Verbesserung 30 bis 16 D entlang eines Plattendurchmessers genommen bei kleinen Strömen sehr viel größer als bei der sind. In der Platunmitte wird entsprechend Fig. 16 B anderen Ausführungsform. Obwohl ein gewisser eine ringförmige öffnung 126 in die Oxydschicht einperipherer Strom durch die Diode 81 fließt, ist er geschnitten. Ferner wird eine ringförmige öffnung unbedeutend gegenüber dem, welcher durch die nicht 128 in der Oxydschicht am Umfang der Platte anverbesserte Vorrichtung gemäß F i g. 1 fließt, und 35 gebracht, die die öffnung 126 umgibt, was durch auf diese Weise sind die Alterungserscheinungen photographische Maskier- und Oxydätztechniken erzum großen Teil vermindert. reicht wird. Hierauf wird eine Verunreinigung durch

Zur weiteren Veranschaulichung der durch die die öffnungen im Oxyd bis zu einer Tiefe von etwa Erfindung vermittelten Verbesserung ist in Fig. 14 0,075 mm eindiffundiert. Es ist ersichtlich, daß unterdie Quantenausbeute n_E als Funktion des gesamten 40 halb der kreisförmigen öffnung 126 ein kreisförmiger Diodenstroms in mA dargestellt. Die Quantenaus- Bereich 130 mit P+ -Leitfähigkeit ausgebildet wird beute ist in einem linearen Maßstab und der Strom in und unterhalb der ringförmigen öffnung 128 am logarithmischem Maßstab aufgetragen. Die Quanten- Plattenumfang ein Ringbereich 132 mit ebenfalls ausbeute ist definiert als das Verhältnis der Menge /'+-Leitfähigkeit entsteht. Neben einer Diffusion des emittierten Lichtes zur Gesamtanzahl der Einhei- 45 durch die erwähnten öffnungen diffundiert die Ve· ten des an die Vorrichtung angelegten elektrischen unreinigung auch durch die Oxydschicht hindurch Stromes. Unter der Voraussetzung des IdeaUalles, in und bildet einen dünnen, ringförmigen, mit Diffusionsdem der allein durch die Vorrichtung fließende Strom material durchsetzten Kanal 134, der unterhalb der der ÄT-Volumenstrom durch den wirksamen Über- Oxydschicht liegt. Die ursprüngliche Galliumarsenidgangsteil ist, liegt eine konstante Beziehung zwischen 50 platte ist N-leitend, während das in die Platte einder erzeugten Lichtmenge und dem Eingangsstrom diffundierte Zink oder Zinkarsenid die Platte in den vor, was in der Zeichnung mit π = konstant ange- betreffenden Bereichen P-lekend macht. In der Praxis geben ist In diesem Falle variiert die Intensität der werden die Diffusionsbereiche unterhalb der öffnun-Lichtemission linear mit dem Diodenstrom. Die Aus- gen im Oxyd in Bereiche mit relativ hoher P-Leitbeute als Funktion des Gesamtstromes für die Vor- 55'fähigkeit umgewandelt, und zwar wegen der hohen richtung gemäß F i g. 1 ist in der Darstellung bei A Oberflächenkonzentration der Verunreinigung. Diese gezeigt, wo ersichtlich ist, daß der Gesamtstrom Bereiche werden deshalb als P+-Bereiche bezeichnet, durch die Vorrichtung einen beträchtlichen Wert er- Der Einfluß der Oxydschicht geht dahin, die Oberreichen muß, z. B. 100 mA, bevor die Ausbeute sich flachenkonzentration der Verunreinigung unterhalb dem Idealfall annähert. Der Verlauf der Quanten- 60 der Oxydschicht weitgehend einzudämmen, und zwar ausbeute als Funktion des Gesamtstromes für die 'i bflhki

eben beschriebene, erfindungsgemäße Ausführungs-

dll

gg

form ist in der Zeichnung bei B dargestellt, wo er- : ichtlich ist, daß die Ausbeute bei allen Stromstärken beträchtlich verbessert und etwa die Hälfte der idealen Ausbeute bei einem Strom erreicht, der klei- ner als 1 mA ist.

Bei der in Fig. 15 dargestellten Abwandlung der

y g

'im Vergleich mit der Oberflächenkonzentration der !Verunreinigung an der Plattenoberfläche, dift unterhlb d öff li Al Fl hi

gg ,

' halb der öffnungen liegen. Als Folge hiervon besitzt der P-leitende Kanalbereich 134 eine geringe elekirische Leitfähigkeit und wirkt als relativ hoher {Widerstand gegenüber einem seitlichen Stromfluß zwischen den durch ihn verbundenen Bereichen 13« und 132. Der Kanalbereich 134 ist sehr dünn, seine

3 ,.

Stärke Wen in der Größenordnung von etwa 1 Mikro- periphere Strom /,. vollständig unterdrückt wird. Die meter oder kleiner. Der Übergang zwischen dem Verwendung einer relativ kleinen Spannung V_: und mittleren Bereich 130 und der ursprünglichen Platte eines relativ kleinen Vorspannungsstromes I_z wird stellt den wirksamen Übergang der Vorrichtung dar. durch den hohen Wert des Widerstandes R₁, ermögwährend der unwirksame ^TeU des Übergangs eine i licht. Auf diese Weise ist die im Aufbau des Schutz-Fläche 109 der Platte am Umfang an einer Stelle rings verbrauchte elektrische Leistung unbedeutend, schneidet, die vom wirksamen Teil beträchtlich ent- Tatsächlich ist dieser Leistungsbetrag klein im Verfemt und von diesem durch den Kanalbereich 134 gleich zu derjenigen Leistung, die wegen des perivon hohem Widerstand getrennt ist. Die Oberflachen- pheren Stromflusses in der Vorrichtung gemäß Fi g. 1 Schnittstelle 109 ist der" Ort. wo der unerwünschte to verlorengeht. Als ein Ergebnis dieser Anordnung periphere Strom fließt, wenn er nicht unterdrückt läßt sich so insgesamt ein Gewinn an Ausbeute verwird, wirklichen. Wegen der Unterdrückung des peripheren

Nachdem die DifTusionsberciche gebildet sind. Stromflusses ist" der durch die Vorrichtung fließende

werden an den Bereichen 130. 132" und an der Strom gänzlich durch den wirksamen Übergang der

N-leitenden Plane 120 in der oben beschriebenen 15 Vorrichtung beherrscht. Für alle praktischen Zwecke

Weise metallische Kontakte angeordnet. ist der Gesamteingangs- und Ausgangsstrom gleich

Beispielsweise wird eine Legierung aus 4⁰Z₀ Zink ti em Volumen-fcT-Strom Z₈. In einem solchen Fall

und 96 ⁰O Gold aufgedampft und dann mit den Be- nimmt der Gesamtstrom gegenüber der Spannimgs-

reichen 130 und 132 legiert, so daß sich dort Ohmsche charakteristik die ideale Kennlinienform an, und dies

Kontakte 136 und 138 bilden. Eine Legierung aus ao ist die gleiche Form, wie sie die idealen 1_B- und N₀-

0.6 ⁰O Antimon und 99.4⁰O Gold wird auf die Boden- Kurven aus Fi g. 3 haben.

fläche der n-ieitenden Platte 120 aufgedampft, an- Der Durchmesser des wirksamen P+-Bereichs der schließend mit Nickel plattiert, teilweise abgeätzt, um Vorrichtung wird gewöhnlich bei etwa 0,125 mm lediglich einen Ring 140 zu belassen, und schließlich gewählt. Der Innendurchmesser des ringförmigen legiert, so daß sich ein Ohmscher Kontakt bildet. Der 35 P--Bereiches 132 wird bei etwa 1,25 mm gewählt, Kontakt 136 dient als Anode, der Ringkontakt MO wobei die Abmessungen der Öffnungen in der Oxydais Kathode, während der Kontakt 138 als sj ;er schicht dementsprechend eingestellt werden. Dies noch zu beschreibender Schutzring dient. Passende führt zu einem ringförmigen Kanalbereich 134. desElektroden 150. 152 und 156 werden mit den Kon- sen Seitenabmessungen bei etwa 1,125 mm liegen. takten 136. 138 bzw. 140 verschweißt, wodurch die 30 Der obenerwähnte Diffusionsprozeß führt, wie früher elektrischen Anschlüsse für die Vorrichtung ent- bereits festgestellt, zu einer Kanaltiefe von lediglich stehen. Die ringförmige Ausbildung des Kontaktes etwa 0.75 ifm. Der Widerstand dieses Bereichs gegen- 140 auf der gegenüberliegenden Fläche der Platte über einem seitlichen Stromfluß beträgt dann etwa ermöglicht den Lichtaustritt aus der Vorrichtung. 300 Ohm. Es wurde gefunden, daß eine Vorspannung wenn ein Vorwärtsstrom durch den Übergang 107 35 von etwa 1,2 V ausreicht, um einen peripheren Strommit Hilfe der Elektroden 150 und 156 geleitet wird. fluß vollständig zu unterdrücken, was zu einem Ohne Anlegung einer irgendwie gearteten Vorspan- Strom von etwa 4 mA durch den ringförmigen Kanal nung an den Schutzring 138 fließt nur ein geringer 134 führt. Auf diese Weise beträgt die erforderliche peripherer Strom durch den Übergang, wo dieser die elektrische Leistung etwa 5 mW. Es ist noch zu beFläche 109 der Vorrichtung schneidet. Jedoch ist 40 achten, daß der Stromfluß durch den Reihenwidereine vollständige Unterdrückung dieses Stromes er- stand R₁ sich weder addiert noch subtrahiert zu demstrebenswert. ienigen Strom, der durch die Hauptelektrode der

Die komplette Vorrichtung ist perspektivisch in Vorrichtung fließt, so daß er in keiner Weise die

Fig. 17 wiedergegeben, und zwar im Schnitt entlang ideale Kennlinie der Vorrichtung oder die lineare

eines Plattendurchmessers. Zur vollständigen Unter- +5 Beziehung zwischen Strom und Lichtausgang beein-

drückung des peripheren Stromflusses an der Schnitt- flußt.

stelle 109 des Überganges mit der Oberfläche wird Die Lichtemission N₀ in μ W ist als Funktion des zwischen die Elektroden 150 und 152 eine passende Vorwärtsstromes durch die Vorrichtung in mA auf Vorspannung V₁ angelegt, die aus einer Spannungs- der Darstellung gemäß Fig. 19 für verschiedene quelle 154 stammt, deren positive Klemme mit der 50 Vorspannungen V₁ dargestellt. Sowohl für die Ordi-Elektrode 150 verbunden ist. Das elektrische Ersatz- nate als auch für die Abszisse wurde ein logarithschaltbild der Vorrichtung gemäß F i g. 17 ist in mischer Maßstab gewählt. Die verschiedenen Stei-Fig. 18 dargestellt und umfaßt einen Wider·land R_g, gungen für die verschiedenen Vorspannungen treten der in Reihe mit einer Diode 109 geschaltet ist, wo- deutlich hervor. In dieser Zeichnung in doppeltbei diese Reihenschaltung parallel zu einer Diode 107 55 logarithmischem Maßstab stellt lediglich eine gerade liegt. Der Widerstand R_g ist der äquivalente Reihen- Linie mit einer Steigung von 45° eine lineare Funkwiderstand des Kanalbereiches 134 gegenüber einem tion dar. Es ist deshalb ersichtlich, daß lediglich die Stromfluß zwischen den Bereichen 130 und 132. Die mit V_t = -1,2 V bezeichnete Kurve, welche einen Diode 109 ist äquivalent zur Diode an der Schnitt- peripheren Stromfluß der Stärke 0 durch die Diode stelle Übergang/Oberfläche, wo.der periphere Strom 60 109 ergibt, eine lineare Funktion zwischen Lichtausunterdrückt werden soll, während die Diode 107 dem gang und Diodenvorwärtsstrom liefert. Für alle anwirksamen Übergang der Vorrichtung äquivalent ist. deren Vorspannungen und für eine übliche Licht-Die Vorspannung 154 liegt am Reihenwiderstand R₁. quelle mit Übergang ohne Vorspannung des Schutz-Durch passende Einstellung der Spannung V_t, was ringes (in der Zeichnung nicht dargestellt) ist die zur Ausbildung eines Stromes I₁. durch den Reihen- 65 Quantenausbeute der Vorrichtung bei allen Stromwiderstand R₁₁ führt, kann der Spannungsabfall an stärken beträchtlich reduziert. Dies ist deutlicher in der Diode 109 auf 0 reduziert oder sogar in umge- der graphischen Darstellung der Fig. 14 gezeigt, die kehrter Richtung vorgespannt werden, wodurch der die Quantenausbeute /1 in linearem Maßstab als

i 285 623

15 '16

Funktion des gesamten Diodenstroms in mA z.eict. dere Sinnalquelle angeschlossen, die den Antriebs-Im Falle eines gegcnvorgespannten Schutzrinaes. um strom liefert Das Potential an der Klemme 156 wird so den peripheren Stromfhiß vollständig zu unter- relativ zu Klemme 150 negativ sehalten, so daß am druc.cn. bleibt die Ausbeute der Yorrichtun» bei Über«an<- eine «ceiunete vorwärts aerichtete Vorallen Strömen konstant, während bei einer Diode f ;pannuni entsteht. Auf diese Weise kann ein Signal ohne Schutzring ein beträchtlicher Stnimfluß erreicht zwischen" der Eincanasklemme 188 des Verstärkers werden muß, bevor die Ausbeute diejenige des ae-en- und der Freie am-eleef werden. Solange das Signal an vorgespannten Zustandes erreicht. In Wirklichkeit der Klemme IZO in "seiner Spannung mit Bezug auf muß der Strom eine Höhe von etwa 100 mA er- die Klemme 150 negativ bleibt, liefert die Vorrichreichen. bevor die Ausbeute der Vorrichtung diejenige io tuna eine Lichtemission Λ'_ο. die proportional zum mit gegenvorgespanntem Schutzring erreicht. Der Stromfluß / ist. Da das Potential zwischen den Klem-Grund. warum eier periphere Stromfluß bei niederen men 150 und 152 konstant bi^iDt, und zwar ohne Strömen in einer Vorrichtung gemäß Fig.] eine Rücksicht auf das Potential an der Klemme 156, Rolle spielt, liegt darin, daß der wirksame Übergang bleibt auch die Verstärkung der Vorrichtung bei allen nicht ausreichend in Vorwärtsrichtung bei diesen ge"- 15 Antriebssignnlen konstant. Da sich alle Klemmen der ringen Strömen vorgespannt ist. Vorrichtun auf eine einzige Spannungsquelle, wie

Neben dem Vorteil der gesteigerten Ausbeute der dargestellt, geziehen können, ist die ,Betriebsweise

Vorrichtung und der erreichten, vollständigen Line- der Vorrichtung der Benutzung einer getrennten Vor-

arität zwischen Lichtausgang und Gesamtstrümein- spannungsbatterie mit konstantem Potential äquiva-

gang sind auch die Lebensdauereigenschaften der- 20 lent. Diese Schaltung kann dadurch abgewandelt

Ausführungsform gemäß Fig. 17 merklich ver- werden, daß beispielsweise die SchuUringklemme 152

bessert. " mit Erdpotential und die Klemme 150 mit einem

Die 'Xusführungsform cemäß F i a. 17 benötiet. stärker positiven Potential verbunden wird,
wie dargestellt, eine besondere Batterie 154. die die Um eine konstante Verstärkung als Funktion des erforderliche Gcgeinorspannur.g V. liefert. Daneben 25 Eingangsstromes aufrechtzuerhalten, muß die Vorist eine iik.üi^uvuv uiwuuiiLi,, um der Vorrichtung richtung vollständig gegenvorgespannt sein, um periden Betriebsstrom zuzuführen. In bestimmten An- pheren Stromfluß zu unterdrücken, wie dies in der wendungsfällen, z. B. wenn die Vorrichtung in eine Kurve mit V_e = -1.2 V der Fig. 19 dargestellt ist. Miniaturschaltung eingebaut wird, sind getrennte Ein anderes Schutzringpotential, das den peripheren Stromquellen gewöhnlich nicht verfügbar, insbeson- 30 Stromnuß nicht vollständig unterdrückt, führt zu einer dere solche, deren Klemmen von der übrigen Schal- nichtlincaren Funktion zwischen Lichtemission und tung isoliert sind. Um die verbesserte Vorrichtung Stromeingang, wie dies in den übrigen Kurven der an Anwendungen dieser Art anzupassen, wurde die Fig. 19 gezeigt ist Dieser letztere Effekt kann \or-Schaltung gemäß F i g. 20 entwickelt, bei der die teilhaft in der Schaltung gemäß F 1 g. 20 ausgenutzt Notwendigkeit einer getrennten Vorspannungsquelle 35 werden, um bestimmte analoge Funktionen auszuumgangen ist. " führen, die der Strcm-Lichtemissions-Kennlinie ent-

Dic Vorrichtung der F i g. 20 entspricht derjenigen sprechen. Um die Vielseitigkeit der Vorrichtung zu

in Fig. 17. Die Anode oder die mit dem P +-Bereich steigern, wenn diese für solche Zwecke eingesetzt

verbundene Klemme 150 ist an einen Bezugspunkt wird, kann die Schaltung nach Fig. 21 benutzt wer-

bzw. an Erdpotential 180 angeschlossen. Die Schutz- 4° den. die mit derjenigen aus F ι g. 20 identisch ist,

ringklemme 152 ist mit einem konstanten Potential mit der Ausnahme, daß die Schutzringklemme 152

184 über einen Strombegrenzungswiderstand 182 ver- als Steuerklemme benutzt wird. Bei dieser Anwen-

bunden. Die Spannungsquelle 184 kann der Haupt- dung kann die Vorrichtung als wirkliche Drei-

leistungsspeiseausgangder Schaltung sein, an welchen klemmenvorrichtung aufgefaßt werden mit einer die Vorrichtung angelegt ist. Wie dargestellt, ist der 45 Steuerelektrode zur Variation der Verstärkung als

Schutzring mit der negativen Klemme dieses Ausgangs Funktion des Steuersignals. Die Steuersignalquelle ist

verbunden, so daß der Schutzring negativ mit Bezug allgemein als Verstärker 190 Tit Eingangsklemme

auf das Erdpotential vorgespannt ist, an welches die 192 dargestellt. Das Steuersignalpotential ist mit Be-

Klemme 150 angeschlossen ist. Die Größe des Wider- ~ug auf die Klemme 150 negativ. Die übrigen Verstandes 182 wird so gewählt, daß der angestrebte Vor- 50 hältnisse bleiben die gleichen. Auf diese Weise kön-

spannungseffekt erreicht wird, wobei gewöhnlich der nen eine Kurvenschar — die beispielsweise in F i g. 19

Schutzring vollständig in Gegenrichtung vorgespannt dargestellt — und entweder eine oder beide derPoten-

wird, um einen peripheren Stromfluß auszuschalten, tiale an den Klemmen 152 und 156 variiert werden,

beispielsweise entsprechend der Kurve V₁ = -1,2V Eine solche Betriebsweise entspricht dem Arbeiten in Fig. 19. Tm Betrieb der Vorrichtung wird die an 55 einer Triodenröhre oder eines Transistors an den

die η-leitende Platte 120 angeschlossene Klemme 156 nichtlinearen Enden ihrer Arbeitskennlinien. Es ist

mit einer geeigneten Antriebsquelle, beispielsweise ersichtlich, daß zahlreiche analoge Funktionen mit

einem Verstärker 186 (das Wort in seinem breitesten Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht

Sinne verstanden) verbunden oder auch an eine an- werden, wenn diese hierzu benutzt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

i 285 623 3 Infrarotgebiet abgibt. Diese Halbleitervorrichtung ist Patentansprüche: in verschiedener Hinsicht unbefriedigend. Der Wir kungsgrad d h. das Verhältnis zwischen der Anzahl

1. Elektrolumineszenzdiode, bestehend aus der erzeugten Photonen und der zugeführten elektrieinem Halbleiterkörper mit nur zwei aneinander- 5 sehen Energie, ist nicht befriedigend. Insbesondere bei grenzenden Zonen entgegengesetzten Leitfähig- niederen Stromstärken ist die erzeugte Lichtmenge keittyps, die einen flächenhaften, in Flußrichtung gering. Eine Linearität zwischen der erzeugter. Licntzu belastenden PN-Übergang miteinander bilden, menge und der zugeführten elektrischen Energie bei der die eine der beiden Zonen einen ersten konnte nicht erzielt werden. Daneben zeigt uese mittleren Bereich großer Leitfähigkeit umfaßt, an io Halbleitervorrichtung bei längerer Betriebsdauer eine dem der elektrische Kontakt für diese Zone auge- Änderung ihrer Kenndaten, da bei gleichbleibender ordnet ist, und bei der der elektrische Kontakt für zugeführter Energie die Anzahl der erzeugten ι notodie andere Zone in der Nähe des Randes des Halb- nen zurückgeht.

leiterkörpers vorgesehen ist, dadurch gc- Ausgehend von diesem Stand der Technik lag ^r

kennzeichnet, daß der erste mittlere Be- i₅ vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde. · ; reich (30, 78, 130) der einen Zone, welcher eine Stabilisierung der Lichtausbeute bei Elektrolurn-.nc■ .-große Leitfähigkeit (P-) besitzt, in einen ihn zenzdioden zu erreichen und möglichst eleich. it ^ umgebenden zweiten Bereich (34, 80 134) dieser eine Verbesserung der Lichtausbeute zu erzielen. Zone mit vt ^leichweise geringer Leitfähigkeit (P) Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei ein,-,

übergeht und auf diese Weise vom äußeren Rand so Elektrolumineszenzdiode der eingangs beschrieben· (51, 81, 109) des PN-Übergangs zu der anderen Art der erste mittlere Bereich der einen Zone. Ar Zone (20, 70, 120) entgegengesetzten Leitfähig- eher eine große Leitfälligkeit besitzt, in einen ih : keitstyps (N) getrennt ist. · umgebenden zweiten Bereich dieser Zone mit ve

2. Elektrolumineszenzdiode nach Anspruch 1, gleichsweise geringer Leitfähigkeit übergeht und a. dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper as diese Weise vom äußeren Rand des PN-Übergan,.-aus Galliumarsenid besteht. zu der anderen Zone entgegengesetzten Leitfähig

3. Elektrolumineszenzdiode nach Anspruch 1 keitstyps getrennt ist.

oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Bei einer erfindungsgemäßen Elcktrolumineszen;

Zone (4) einen dritten hochleitfähigen Bereich diode besteht also die eine der beiden Zonen, zu, (32, 132) umfaßt, der an den zweiten Bereich 30 sehen denen sich ein PN-Übergang befindet, ai. (34, 134) angrenzt und ihn ; jitlich umgibt. einem Bereich großer Leitfähigkeit, welcher zumir

4. Elektrolumineszenzdiode nach einem der dest von einem weiteren Bereich umgeben ist, de: Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine vergleichsweise geringe I -Mtfähigkeit besitzt, eine elektrisch kurzschließende Verbindung (54) Eine solche Ausgestaltung einer Zone eines Halb den zweiten bzw. dritten Bereich (34 bzw. 32) mit 35 leiterbauelementes ist an sich bekannt und beispieh der anderen Zone (20) verbindet. weise in der französischen Patentschrift 1 229 784

5. Elektrolumineszenzdiode nach Anspruch 3, beschrieben. Zweck dieser Maßnahme ist es, bei ac. dadurch gekennzeichnet, daß der dritte hochleit- bekannten Halbleiterbauelementen zu erreichen, daß fähige Bereich (132) der einen Zone (4) an einen die stark dotierten Bereiche dec wesentlichen Anteil elektrischen Kontakt (138) angeschlossen ist, der 40 des Stromes bei Belastung in Flußrichtung tragen und gegenüber dem elektrischen Kontakt (136) an daß bei in Sperrichtung betriebenen PN-Übergängen dem ersten Bereich (130) dieser Zone (4) elek- eine definierte Durchbruchsspannung erhalten wird, trisch vorgespannt ist. wobei durch die schwächere Dotierung der Randzone

in beiden Fällen die sonst praktisch unvermeidlichen 45 Störungen, die von dieser Zone ausgehen, ausgeschaltet werden.