DE1489171B2 - Opto-elektronische halbleitervorrichtung - Google Patents

Opto-elektronische halbleitervorrichtung

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Description

kann diese gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zwei Zeilenraster aufweisen, von denen eines fest steht und das andere an der Blende im Lichtweg befestigt ist und gegenüber dem ersten und dem zweiten Halbleiterteil beweglich ist.
Wenn der erste und der zweite pn-übergang nahezu in der gleichen Ebene angeordnet sind und von einer biegsamen Platte abgestützt werden, oder wenn die Übergänge nahezu in der gleichen Ebene liegen und die Modulationseinrichtung ein Glied mit einem im Lichtweg beweglichen Schlitz umfaßt, kann es erforderlich sein, bei bestimmten Anwendungen die opto-elektronische'Halbleitervorrichtung derart auf zubauen, daß ein pn-übergang über einen sehr kleinen Abstand aus einer Lage verschoben ist, in der die beiden pn-Übergänge in der gleichen Ebene liegen, um zu verhüten, daß die Vorrichtung als Frequenzverdoppler wirksam wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen die
F i g. 1 bis 4 aufeinanderfolgende Stufen in der Herstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer opto-elektronischen Halbleitervorrichtung nach der Erfindung und
F i g. 5 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.
Ein Einkristallkörper 1 aus n-Galliumarsenid mit einem kreisförmigen Querschnitt, gleichmäßig mit Tellur in einer Konzentration von 1017 Atom/cm3 dotiert, ist mit einer cadmium-dotierten Diffusionsschicht in der Oberfläche zur Bildung einer p-Zone 2 versehen (F i g. 1). Die p-Zone wird darauf von der unteren Oberfläche und von den Seitenkanten durch Läppen entfernt, so daß ein Einkristallkörper mit einem pn-übergang 3 erhalten wird, der die η-Zone I von der p-Zone 2 trennt (Fig. 2). Der Einkristallkörper wird dann mit Wachs umgeben. Ein ringförmiger Teil 4 wird durch Ultraschallbohren entfernt, so daß ein erster Halbleiterteil 5 erhalten wird, der einen pn-übergang 6 besitzt, während ein zweiter ringförmiger Halbleiterteil 7 mit einem pn-übergang 8 erhalten wird.
Fig. 3 zeigt die Halbleiterteile 5 und 7 nach der Montage auf einer dünnen Molybdänplatte 10, wobei der erste Halbleiterteil 5 koaxial von dem zweiten Halbleiterteil 7 umgeben ist, während die pn-Ubergänge 6 und 8 in der gleichen Ebene liegen. Die Montage erfolgt dadurch, daß zunächst eine Goldschicht 11 auf die untere Fläche des Einkristallkörpers 1 aufgedampft wird, bevor der ringförmige Halbleiterteil gebohrt wird. Nach dem Bohren wird das zurückbleibende Wachs von den Flächen des Einkristallkörpers abgelöst. Die obere Fläche der Molybdänplatte 10 wird mit einer Goldschicht versehen und dann mit Zinn überzogen, während die Halbleiterteile 5 und 7 des Einkristallkörpers in Berührung mit der abgedeckten Oberfläche der Platte 10 zum Herstellen einer Lötverbindung erhitzt werden.
Die p-Zonen der Halbleiterteile 5 und 7 des Einkristallkörpers werden mit Kontaktverbindungen versehen, indem Wismut-Cadmium-Legierungskügelchen zur Bildung Ohmscher Kontakte 12 und 13 auflegiert werden (Fig. 4). Es kann auch ein Ohmscher Kontakt dadurch erhalten werden, daß eine Wismut-Legierung auf der oberen Fläche der p-Zone 2 in Form einer Scheibe oder Folie angebracht und einlegiert wird, bevor der ringförmige Halbleiterteil 4 gebohrt wird.
Darauf werden Zuführungsdrähte aus Platin mit
Indiumlot auf den Ohmschen Kontakten 12 und 13 der p-»Emitter«- und »Kollektor«-Zonen festgelötet, und es wird ein Zuführungsdraht mit den n-»Basis«- Zonen verbunden, indem er an der Molybdänplatte
10 befestigt wird.
Bei Anlegen einer geeigneten Vorspannung in der
xo Vorwärtsrichtung an den Emitter-Basis-Übergang, den ersten pn-übergang 6, entsteht Photonenemission in der Nähe des Überganges.
Bei Anlegen einer geeigneten Sperrspannung an den Kollektor-Basis-Übergang, den photoempfindliehen pn-übergang 8, erzeugen die Photonen aus der Nähe des Überganges 6 in Richtung der Pfeile (Fig. 4), welche den Halbleiterteil 7 des Einkristallkörpers in der Nähe des Überganges 8 treffen, innerhalb der Erschöpfungsschicht dieses Überganges,
ao Elektronlochpaare und erhöhen den Strom zwischen der Kollektor- und der Basiszone.
Um den Strom zwischen dem Kollektor und der Basis des Halbleiterteils 7 zu modulieren, wird die am Übergang 8 zur Verfügung stehende Photonenemission durch die Bewegung des Überganges 6 relativ zum Übergang 8 moduliert, so daß eine Intensitätsänderung der Strahlung an diesem Bereich des Halbleiterteils in der Nähe des photoempfindlichen Überganges 8 eine entsprechende Änderung der Erzeugungsrate von Elektronenlochpaaren mit sich bringt. Die relative Bewegung der pn-Ubergänge 6, 8 kann durch Biegen der dünnen Metallplatte 10 erreicht werden. Bei einem konstanten Strom durch den in der Vorwärtsrichtung vorgespannten ersten (Emitter-Basis)-pn-Übergang 6 und bei Zufuhr eines Schallsignals an die Metallplatte 10, die als mechanische Modulationseinrichtung wirksam ist, wird der Strom durch den in der Sperrichtung vorgespannten photoempfindlichen (Kollektor-Basis)-pn-Ubergang 8 moduliert, so daß die Vorrichtung als Mikrophon wirksam ist.
In der Vorrichtung nach F i g. 5 erstreckt sich der ringförmige Halbleiterteil 7, der durch Ultraschallbohren erhalten ist, nur teilweise in die η-Zone des Einkristallkörpers, so daß die Halbleiterteile 5 und 7 des Einkristallkörpers mit den pn-Übergängen 6 bzw. 8 gebildet werden und die n-Zone 1 den beiden gemeinsam ist.
Nach dem Bohren wird der Einkristallkörper auf einer steifen Platte 19 angebracht, indem zunächst die untere Fläche der n-Zone 1 mit einer Goldschicht
11 überzogen und dann in Berührung mit der oberen Fläche der Platte 19, die mit Zinn überzogen ist, zum Erzielen einer Lötverbindung erhitzt wird.
Die biegsame Blende 21 mit einem beweglichen Ende 22 in Form eines ringförmigen Teils, der in dem Raum zwischen den Halbleiterteilen 5 und 7 liegt, wird über dem Körper montiert, so daß die unteren Ränder des ringförmigen Halbleiterteils 7 in der Bahn der Photonenemission von dem ersten pn-Ubergang 6 zu dem photoempfindlichen Übergang 8 liegen. Diese Vorrichtung ist auf die gleiche Weise wie die der F i g. 4 wirksam, aber in diesem Falle sind die Übergänge einander gegenüber fest angeordnet, während
die Intensität des Photonenflusses an dem Übergänge durch mechanische Mittel moduliert wird, d. h. durch die Bewegung der Blende 21.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

ι 2 nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gePatentansprüche: kennzeichnet, daß der erste und/oder der zweite Halbleiterteil (5 und/oder 7) aus Galliumarsenid
1. Opto-elektronische Halbleitervorrichtung be- besteht,
stehend aus einer baulich einheitlichen Kombi- 5
nation eines ersten Halbleiterteils, der einen ersten, bei genügender Vorspannung in Vorwärts-
richtung Photonen emittierenden pn-übergang
enthält, eines zweiten Halbleiterteils, der einen
zweiten pn-übergang enthält, der photoempfind- io Die Erfindung betrifft eine opto-elektronische Halblich ist und einer Modulationseinrichtung zur Mo- leitervorrichtung bestehend aus einer baulich einheitdulation des auf den zweiten, photoempfindlichen liehen Kombination eines ersten Halbleiterteils, der pn-übergang auf treffenden Lichtstroms, da- einen ersten, bei genügender Vorspannung in Vordur ch gekennzeichnet, daß der photo- wärtsrichtung Photonen emittierenden pn-übergang empfindliche pn-übergang (8) nahezu in der glei- 15 enthält, eines zweiten Halbleiterteils, der einen zweichen Ebene liegt, wie der erste pn-übergang (6) ten pn-übergang enthält, der photoempfindlich ist und daß die Modulation des Lichtstroms mecha- und einer Modulationseinrichtung zur Modulation nisch erfolgt und dadurch mechanische in elek- des auf den zweiten, photoempfindlichen pn-Übertrische Größen umgewandelt werden. gang auf treffenden Lichtstroms.
2. Opto-elektronische Halbleitervorrichtung 20 Eine entsprechende Halbleitervorrichtung ist aus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der amerikanischen Patentschrift 2 776 367 bekannt; die mechanische Modulationseinrichtung (10, 21, bei ihr erfolgt die Modulation des auf den photoemp-22) zwischen dem ersten Halbleiterteil (5) und findlichen pn-Ubergang auf treffenden Lichtstroms mit dem zweiten Halbleiterteil (7) eine relative Bewe- Hilfe eines weiteren im Lichtweg angeordneten HaIbgung hervorrufen kann. 25 leiterteils, dessen Photoabsorption elektrisch beein-
3. Opto-elektronische Halbleitervorrichtung flußt wird.
nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Ein solcher Modulator gestattet jedoch nur eine der erste und der zweite Halbleiterteil von der elektrische Ansteuerung. Der Erfindung liegt daher mechanischen Modulationseinrichtung, bestehend die Aufgabe zugrunde, eine opto-elektronische Halbaus einer biegsamen Platte (10), abgestützt 30 leitervorrichtung der eingangs genannten Art so zu werden. verbessern, daß sie sich, ohne daß weitere Umsetzer
4. Opto-elektronische Halbleitervorrichtung erforderlich sind, als Mikrophon, Tonabnehmer für nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch Schallplattenspieler usw. oder sonstiges Druckelement gekennzeichnet, daß der erste Halbleiterteil (5) verwenden läßt.
einen kreisförmigen und der zweite Halbleiter- 35 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-
teil (7) einen ringförmigen Querschnitt hat, und löst, daß der photoempfindliche pn-übergang nahezu
letzterer den ersten Halbleiterteil (5) koaxial um- in der gleichen Ebene liegt wie der erste pn-übergang
gibt. und daß die Modulation des Lichtstroms mechanisch
5. Opto-elektronische Halbleitervorrichtung erfolgt und dadurch mechanische in elektrische Grönach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, 40 ßen umgewandelt werden. . )
daß der erste und der zweite Halbleiterteil (5 und 7) Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung
derart angebracht sind, daß die mechanische ist die mechanische Modulationseinrichtung >o ge-
Modulationseinrichtung sich in dem Lichtweg wählt, daß sie zwischen dem ersten Halbleiterteil und
zwischen den beiden pn- Übergängen bewegen dem zweiten Halbleiterteii eine relative Bewegung
kann. 45 hervorrufen kann. Dabei kann die mechanische Mo-
6. Opto-elektronische Halbleitervorrichtung dulationseinrichtung aus einer biegsamen Platte benach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß stehen, welche den ersten und den zweiten Halbleiterder erste und der zweite Halbleiterteil (5 und 7) teil abstützt. Wird dieser Platte ein Schallsignal ungegeneinander unbeweglich sind. mittelbar zugeführt,, so wirkt, die Vorrichtung als
7. Opto-elektronische Halbleitervorrichtung 50 Mikrophon.
nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
der erste (5) und der zweite Halbleiterteil (7) in hat der erste Halbleiterteil einen kreisförmigen und
einem einzigen Halbleiterkörper vereint sind. der zweite Halbleiterteil einen ringförmigen Quer-
8. Opto-elektronische Halbleitervorrichtung schnitt, wobei der letztere den ersten koaxial umgibt, nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge- 55 Der erste und der zweite Halbleiterteil der Vorkennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung aus richtung können auch so angebracht sein, daß sich einer Blende (21) mit einem im Lichtweg zwi- die mechanische Modulationseinrichtung in dem sehen dem ersten und zweiten pn-Ubergang be- Lichtweg zwischen den beiden pn-Übergängen beweglichen Ende (22) besteht. wegen kann. Vorzugsweise sind dabei der erste und
9. Opto-elektronische Halbleitervorrichtung 60 der zweite Halbleiterteil gegeneinander unbeweglich, nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge- was dadurch erreicht werden kann, daß beide Halbkennzeichnet, daß die mechanische Modulations- leiterteile in einem einzigen Halbleiterkörper vereint einrichtung (21, 22) zwei Zeilenraster besitzt. sind. Die Modulationseinrichtung kann dann aus von denen eines fest steht und das andere an der einer Blende mit einem im Lichtweg zwischen dem Blende (21) befestigt und gegenüber dem ersten 65 ersten und zweiten pn-übergang beweglichen Ende und dem zweiten Halbleiterteil (5 und 7) beweg- bestehen.
lieh ist. Um die bewegte Masse der mechanischen Modu-
10. Opto-elektronische Halbleitervorrichtung lationseinrichtung so klein wie möglich zu machen,
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