DE1489319B2

DE1489319B2 - Halbleiterhchtquelle

Info

Publication number: DE1489319B2
Application number: DE19651489319
Authority: DE
Inventors: Louis Jack Palo Alto Calif. Kabell (V.St.A)
Original assignee: Fairchild Camera and Instrument Corp
Current assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Priority date: 1964-10-26
Filing date: 1965-08-06
Publication date: 1971-01-07
Also published as: CH455040A; SE315041B; BE671409A; DE1489319A1; BR6574263D0; NL6513870A; GB1114565A; US3341857A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbau- kenntnis, daß eine integrierte Mosaikschaltung von

teil, das als Halbleiterlichtquelle bei einer Mosaik- sehr kleinen pn-Übergängen, welche selektiv zur

anordnung von pn-Übergängen verwendet wird. Lichtemission angeregt werden können, wesentlich

Informationen, insbesondere digitale Daten, kön- bessere Ergebnisse liefert. Die Tatsache, daß eine nen auf einem Speichermittel, beispielsweise photo- 5 Lichtemission infolge mikroplasmatischer Erscheigraphischem Material, mit Hilfe einer Kathoden- nungen in pn-Übergängen stattfindet, bei denen strahlröhre oder eines Elektronenstrahl-Erzeugungs- Lawineneffekte auftreten, war der Wissenschaft besystems gespeichert werden. In solchen Systemen reits bekannt. Entsprechende Ausführungen finden wird der Strahl in die Datenspeicherstellung abge- sich beispielsweise in Physical Review, Bd. 102, lenkt, und ein Film wird dadurch belichtet, daß der io Nr. 2, S. 369 bis 376 (15. April 1956). Diese Emission Strahl in dieser Lage eingeblendet wird. Der Elek- wurde zwar als eine recht interessante Erscheinung tronenstrahl und das Speichermittel können in einer gewertet, jedoch wurden praktische Nutzanwendun-Vakuumkammer angeordnet sein, oder der Elektro- gen nur in geringem Maße gezogen. Dies mag insnenstrahl kann Teil einer Kathodenstrahlröhre sein, besondere auf die allgemeine Ansicht zurückzuführen deren Stirnseite mit dem Speichermittel optisch ge- 15 sein, daß die Lichtausbeute zu gering ist, um nützkoppelt ist. Außer der Strahlablenkung sind auch liehe Effekte hervorzubringen. Die Erfindung beruht andere Verfahren verwendet worden, um die relative demgegenüber auf der gegenteiligen Erkenntnis; erEinstellung des Speicherwandlers und des Speicher- findungsgemäß wird ein Silizium-Halbleiterkörper mittels vorzunehmen, beispielsweise ein System, wie verwendet, um eine technisch verwendbare, nützliche es in der USA.-Patentschrift 3 048 334 beschrie- 20 Lichtmenge zu emittieren. Gegenüber der bisherigen ben ist. Technik werden dabei insbesondere dadurch erheb-

Die Elektronenstrahlsysteme sind bei manchen liehe Verbesserungen erreicht, daß alle optischen Anwendungen durchaus betriebsfähig und auch Systeme zwischen der Lichtquelle und dem Speicherzweckmäßig, jedoch haben sie den Nachteil, daß sie mittel entfallen und die Lichtquelle sehr nah an dem die gleiche Datenposition nicht genau und wiederholt 25 Speichermittel angeordnet wird, um praktisch eine einhalten können. Außerdem haben die gespeicherten Kontaktspeicherung zu erhalten. Außerdem werden Punkte keine gleichmäßige Dichteverteilung von die pn-Ubergänge mit einer hohen Konzentration von Punkt zu Punkt und innerhalb eines einzelnen Punk- Dotierungsmitteln in der Nähe der Oberfläche des tes, so daß die Zuverlässigkeit der Ablesung herab- Halbleiterkörpers dotiert, um eine maximale Ausgesetzt ist. Schließlich sind komplizierte optische 30 beute des Vorganges der Lichterzeugung zu erhalten. Systeme erforderlich, um die Stirnseite der Kathoden- Diese hohe Konzentration an Dotierungsmitteln in strahlröhre auf dem photographischen Mittel abzu- der Nähe der Oberfläche führt dazu, daß der Lawinenbilden oder aber es sind komplizierte Vakuumkam- durchschlag nur in der Nähe der Oberfläche des mern, Transport- und Steuerungsvorgänge erforder- Halbleiterkörpers auftritt; es wird daher nur ein lieh, um das Mittel in die gleiche Vakuumkammer 35 Minimum an Licht durch den Halbleiterkörper abzu bringen wie das Elektronenstrahl-Erzeugungs- sorbiert. Die vorteilhafte Folge ist, daß die kurzen system. Wellenlängen, die im allgemeinen am wirksamsten

Die Nachteile der bisher verwendeten Systeme bei der Exponierung photographischer Speichermittel zur Strahleinstellung können behoben werden durch sind, durch den Halbleiterkörper nicht wesentlich die Verwendung eines Mosaiks sehr kleiner statio- 40 beeinträchtigt werden. Die Begrenzung des Lawinennärer Lichtquellen, welche selektiv angeregt werden durchschlages auf die Oberfläche hat ferner die erkönnen, um einen Punkt in einer gegebenen Daten- wünschte Folge, daß der Energieverlust, der bei der position zu registrieren. Dabei entfallen die bisherigen Erzeugung nutzloser mikroplasmatischer Erscheinun-Probleme der genauen Einstellung, denn wenn die gen unter der Oberfläche eintritt, sehr gering gehalten Lichtquelle den Fabrikationsvorgang verlassen hat, 45 wird. Das von dem pn-übergang emittierte Licht ersind die Datenpositionen festgelegt, und jede Daten- zeugt Lichtpunkte gleichmäßiger Dichte sowohl von position kann genau und wiederholt eingehalten wer- Punkt zu Punkt als auch innerhalb jedes Punktes, den. Bisher scheiterte eine solche Lösung schon -Wie erwähnt, wird bei der Einrichtung vorzugsweise allein an praktischen Gegebenheiten, da keine Licht- ein Siliziumkörper verwendet. Dadurch kann man quellen so klein hergestellt werden konnten, daß für 50 bei der Herstellung der Lichtquelle alle diejenigen die Speicherung praktisch verwendbare Dichten zur Vorteile ausnutzen, die die Planartechnik gestattet. Verfügung standen, ohne komplizierte optische Die Einrichtung kann in der Massenherstellung er-" Systeme zu verwenden. Selbst wenn man aber auf- zeugt werden, und zwar mit einem hohen Grad von wendige optische Systeme verwendete, waren die Automation und Zuverlässigkeit. Im Hinblick auf die Speichergeschwindigkeiten der mit Lichtpunkten ar- 55 körperliche Ausbildung der Einrichtung sind kaum beitenden Einrichtungen ungenügend. Auch konnten Grenzen gesetzt.

solche Lichtquellen, wie z. B. eine Anordnung von Außer den erwähnten Vorteilen der zweckmäßigen Gasentladungszellen, nicht zu lichtemittierenden Be- Herstellung, der Genauigkeit und Wiederholbarkeit reichen zusammengesetzt werden, welche die erfor- der Einstellung, des Fortfalls komplizierter optischer derlichen sehr kleinen Dimensionen hatten, beispiels- 60 Einrichtungen oder Vakuumanlagen, der Ausbildung weise von einer -Seitenlänge von etwa 5 · 10~³ cm; einer sehr kleinen Lichtquelle mit gutem Wirkungsdie Arbeitsgeschwindigkeit solcher Gasentladungs- grad und der Ausbildung von Punkten gleichmäßiger zellen ist verhältnismäßig gering. Eine solche Gas- Dichte hat diese Lichtquelle den Vorteil einer Ausentladungszelle als Lichtquelle ist in der USA.-Patent- schalt- und Einschaltzeit von weniger als 5 Nanoschrift 2 933 648 beschrieben. Ähnliche Nachteile 65 Sekunden, so daß sich eine verhältnismäßig hohe treten bei der Verwendung von Glühlampen als Arbeitsgeschwindigkeit ergibt. Hinzu kommen natur-Lichtquellen auf. gemäß noch die Vorteile der Festkörper-Bauweise,

Die Erfindung beruht demgegenüber auf der Er- . insbesondere also die lange Lebensdauer und die

der Oberfläche auftritt und nur ein sehr geringer Teil von Licht kurzer Wellenlänge im Halbleitermaterial absorbiert wird.

Vorzugsweise hat der Verlauf der Dotierungskonzentration senkrecht zur Oberfläche nach innen die Form einer Kurve mit einer scharfen Spitze, wobei die Spitze 1 Mikrometer (μΐη) oder weniger unter der Oberfläche liegt.

Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung kann die Dotierungskonzentration so bemessen sein, daß ein Lawinendurchschlag nur innerhalb einer Zone, die sich bis zu 0,5 Mikrometer (μπι) unterhalb der Oberfläche erstreckt, auftreten

Tatsache, daß keine mechanisch bewegten Teile vor- Halbleitergebieten vom entgegengesetzten Leitfähighanden sind. keitstyp, welche jeweils einen sich bis zur Oberin der britischen Patentschrift 914 645 bzw. der fläche des Halbleiterkörpers erstreckenden pn-Über-. deutschen Auslegeschrift 1156 506 ist eine Steuer- gang bilden und mosaikartig angeordnet in Reihen bare elektrolumineszente Halbleiterlichtquelle be- 5 und Spalten geschaltet werden können; die Erfindung schrieben, welche aus Siliziumkarbid mit einer Zone ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungsvon η-Leitung und einer Zone von p-Leitung be- konzentration des Halbleitereinkristalls in einem Absteht, die durch eine Zone mit Eigenleitung getrennt stand von weniger als einem Mikrometer (μΐη) von sind. Dabei ist vorgesehen, daß die Zonen von der Oberfläche am höchsten ist, so daß bei Anlegen p- und η-Leitung mosaikartig aus je einer Vielzahl io eines hinreichend starken Erregerstromes bei dem. umrissener Teilbereiche bestehen, die nach Zeilen pn-übergang ein Lawinendurchbruch in bzw. nahe und Spalten zusammengeschaltet sind. Hier ist es
notwendig, einen speziellen Werkstoff, also einen
durchscheinenden Werkstoff, zu verwenden, da
andernfalls die Menge des emittierten Lichtes für 15
praktische Anwendungen nicht ausreichen würde.
Der Grund hierfür ist, daß bei den bisher bekannten
Halbleiterlichtquellen der Lawinendurchbruch über
den ganzen Bereich des Überganges auftritt. Da jedoch der größere Teil des Überganges innerhalb der 20
Masse oder des Substrates der Einrichtung liegt, ergibt sich bei Bauteilen aus nicht durchsichtigem oder
nicht transparentem Material der Nachteil, daß der
bei weitem überwiegende Teil der emittierten Energie
von dem lichtundurchlässigen Material absorbiert 35 kann,
wird. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, daß

Demgegenüber ermöglicht die Erfindung eine vor- die Dotierung in der der Oberfläche nahen Zone teilhafte und auch gegenüber den beiden genannten so verteilt ist, daß das Konzentrationsgefälle an Schriften neue Lösung dadurch, daß ein planarer der Oberfläche wenigstens bei 7 · 10²³ dotierende pn-übergang bzw. pn-Übergänge so ausgebildet sind, 30 Atome · cmr³ · cmr¹ liegt und ein Konzentrationsdaß der Lawinendurchbruch praktisch auf einen gefälle in einer Entfernung von weniger als etwa Bereich an der Oberfläche des Bauelementes bzw.
Bauteiles konzentriert wird. Auf diese Weise ist
sichergestellt, daß nahezu die gesamte Lichtstrahlung
in oder nahe der Oberfläche erzeugt wird, und sie 35
kann hier ohne Schwierigkeiten emittiert werden.
Eine für den praktischen Gebrauch verwendbare
Lichtquelle mit einem pn-übergang gemäß der Erfindung kann daher im Gegensatz zu den beiden genannten Schriften im wesentlichen aus beliebigem 40 meter (μπι) unter der Oberfläche in der Größenord-Halbleitermaterial hergestellt werden, ohne Rück- nung von ungefähr 2 · 10²³ bis 2,5 · 10²³ dotierende sieht darauf, ob das Halbleitermaterial lichtdurch- Atome · cm~³ · cm"¹ liegt.

lässig bzw. transparent ist oder nicht. Vorzugsweise ist auch vorgesehen, daß das Ge-

Außerdem hat die neue Halbleiterlichtquelle den fälle der Dotierungskonzentration in einem Abstand Vorteil, daß die Emission von Licht in einem extrem 45 von weniger als einem Mikrometer (μπι) von der lokalisierten Bereich stattfindet. Das bedeutet, daß Oberfläche so bemessen ist, daß die Durchbruchsdas Licht ausschließlich von demjenigen Bereich spannung weniger als etwa 6 Volt beträgt, und das der Oberfläche emittiert wird, welcher dem Rand Gefälle der Dotierungskonzentration in einer Entdes pn-Überganges entspricht, und man erhält dem- fernung von weniger als etwa 5 Mikrometer (μΐη) entsprechend eine gleichförmige Dichte. Demgegen- 50 unter der Oberfläche so bemessen ist, daß die Durchüber hat eine Halbleiterlichtquelle, wie sie in den bruchsspannung größer als etwa 7 Volt ist. beiden genannten Schriften beschrieben ist, den Als Material des Halbleitereinkristalls hat sich

Nachteil, daß das innerhalb des Körpers erzeugte Silizium vom p-Leitfähigkeitstyp bewährt, in wel-Licht auf Grund von Brechungs- und/oder Re- chem Gebiete vom n-Leitfähigkeitstyp eindiffundiert flexionserscheinungen, durch Verunreinigungen oder 55 sind.
Fehler im Aufbau des Materials des Körpers zer- Eine Halbleiterlichtquelle gemäß der Erfindung

5 Mikrometer unter der Oberfläche von wenigstens etwa 2 · 10²³ dotierenden Atomen· cm~³ -cm"¹ vorhanden ist.

Auch kann es zweckmäßig sein, daß das Konzentrationsgefälle an der Oberfläche in der Größenordnung von 7 · 10²³ bis 4 · IO²⁴ dotierende Atome ■ cm~³ · cm"¹ und das Konzentrationsgefälle in einer Entfernung von weniger als etwa 5 Mikro-

streut wird, so daß die Emission von der Oberfläche des Bauteils erheblichen zufälligen Schwankungen unterworfen ist und man Lichtflecke von ungleichförmiger Dichte erhält.

Die Erfindung bezweckt demgegenüber, eine Halbleiterlichtquelle zu schaffen, bei der die erwähnten Nachteile vermieden sind, und welche insbesondere ermöglicht, daß Energie gespart und die Genauigkeit der Abbildung verbessert wird.

Die Erfindung geht aus von einer Halbleiterlichtquelle aus einem tafelförmigen Halbleitereinkristall eines Leitfähigkeitstyps mit darin ■ angeordneten

enthält also pn-Übergänge, welche in einem regelmäßigen Mosaik angeordnet sind, beispielsweise mit parallelen x-y-Reihen, welche so geschaltet sind, daß

60 jeweils nur ein einziger Kreuzungspunkt aufleuchtet. Außerdem ist eine Anregungsenergiequelle vorhanden, durch die bei einer Anordnung senkrecht zueinander verlaufender x-y-Reihen und Spalten ein Signal an eine bestimmte Reihe und Spalte angelegt

65 werden kann, so daß der gewählte pn-übergang angeregt wird. Aus den erwähnten Gründen sind die Übergänge insbesondere mit einer hohen Konzentration an Dotierungsmitteln in der Nähe der Ober-

fläche des Halbleiterkörper dotiert, und die An- Konzentrationsgradient bei 1 Mikrometer oder weniregungsenergiequelle regt die Übergänge derart an, ger Entfernung von der Oberfläche auf. daß Lawinendurchbrüche auftreten. Die erforderliche Änderung des Konzentrations-Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Verlaufs mit der Tiefe wird dadurch erreicht, daß die Zeichnungen näher erläutert. Zum besseren Ver- 5 Dotierungskonzentration mit der Tiefe auf einer Seite ständnis wird ein bestimmtes Ausführungsbeispiel oder auf beiden Seiten des Überganges abnimmt. Die dargestellt und beschrieben, und es werden zusatz- Dotierungskonzentration hat bei wenigstens der liehe Abänderungen angegeben. Die Erfindung ist niedriger dotierten Seite des Überganges einen Maxijedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungs- malwert in der Nähe der Oberfläche, so daß der beispiele und Merkmale beschränkt. *o Maximalwert der Dotierungskonzentration über dem Fig. 1 zeigt im wesentlichen schematisch einen Übergang in einem Gebiet liegt, das sich von der pn-übergang in der Arbeitsweise gemäß der Erfin- Oberfläche bis 0,5 Mikrometer von der Oberfläche dung; des Halbleiterkörpers erstreckt. Bei einer bevor-Fi'g. 2 zeigt im Diagramm den Verlauf der Dotie- zugten praktischen Ausführungsform tritt das Maxirungskonzentration von der Oberfläche eines Halb- 15 ^mum der Dotierung und des Verlaufs der Dotieleiterkörpers in das dotierte Gebiet; rungskonzentration in einem Gebiet von 0,1 bis Fig. 3 zeigt schematisch, wie ein quadratischer 0,3 Mikrometer von der Oberfläche auf. Dabei nimmt Übergang zur Abbildung eines kreisförmigen Licht- die Konzentration vorzugsweise mit einem Konzenflecks führt; trationsgradienten von wenigstens 7 · 10¹⁹ ab, zweck-F ig. 4 zeigt stark vergrößert eine Draufsicht auf 20 mäßig bei etwa 1,5 · 10²⁴ dotierende Atome-cm-³· einen Teil einer x-y-Reihen-Spalten-Schaltung; cm"¹. Das starke Gefälle an der Oberfläche wird in Fig. 5 und 6 zeigen Schnitte der x-y-Reihen- erster Linie durch Abkürzung der Diffusionszeit erSpalten-Schaltung nach den Linien 5-5 bzw. 6-6 der reicht. Die genaue Diffusionszeit hängt ab von der F i g. 4. Oberflächenkonzentration, der Stärke der Oxidschicht Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ist nur ein 25 ^bei Anwendung des Planarverfahrens, der Tempeeinziger pn-übergang 10 dargestellt. Dieser Über- ratur und dem verwendeten Dotierungsmittel, gang 10 trennt einen Körper 8 eines Leitfähigkeits- Es braucht nur eines der Leitfähigkeitsgebiete des typs von einem Gebiet 14 eines zweiten, entgegen- Überganges den beschriebenen Konzentrationsgesetzten Leitfähigkeitstyps, das durch bekannte gradienten aufzuweisen. Im allgemeinen ist es zweck-Verfahren der thermischen Diffusion gebildet wird. 30 mäßig, daß der andere Leitfähigkeitstyp eine Kon-Der Körper 8 ist vorzugsweise ein p-Halbleiter, bei- zentration aufweist, die wenigstens eine Größenspielsweise aus Silizium, das mit Bor, Aluminium, Ordnung und vorzugsweise zwei Größenordnungen Indium oder Gallium dotiert ist, während das Ge- ^{oder menr} größer ist als die leicht dotierte Seite des biet 14 ein η-Gebiet ist und als Dotierungsmittel Überganges. Es ist nicht erforderlich, daß dieser Phosphor, Arsen oder Antimon enthält. Für die 35 Leitfähigkeitstyp scharf abnimmt. Die Anwesenheit Zwecke der Lichtemission wird vorzugsweise Phos- wenigstens eines scharf abnehmenden Leitfähigkeitsphor für das n-Gebiet 14 und Bor für das p-Gebiet8 ^tvP^s führt dazu, daß der Punkt des Lawinendurchverwendet. Etwa 0,1 bis 0,3 Mikrometer entfernt Schlags genau unter Kontrolle gehalten werden kann, von der Oberfläche hat die Konzentration an Bor ^wobei lediglich ein einziger genau kontrollierter Difihren höchsten Wert von etwa 7 · 10¹⁸ Atomen je 40 fusionsschritt vorzunehmen ist. Es kann in bestimmcm³, während Phosphor dort in der Größenordnung ^ten Fällen zweckmäßig sein, beide Gebiete mit scharf von 10²⁰ bis 10²¹ Atomen je cm³ anwesend ist. Diese abnehmender Konzentration in der Nähe der Ober-Konzentration in dem Körper 8 nimmt bei größerer ^fläche auszubilden. In diesem Fall haben beide GeEntfernung von dem Punkt an der Oberfläche, bis ^{biete die} Tendenz, den Bereich der niedrigsten zu dem sich der Übergang erstreckt, in Richtung in 45 Durchschlagsspannung in die Nähe der Oberfläche den Halbleiterkörper scharf ab. Die geringe Kon- ^zu verlegen. <

zentration in den weiter unterhalb liegenden Teilen ^Eine bevorzugte Ausbildung ist in Fig.4 dar-

des Körpers 8 bestimmt die Spannung, bei der der gestellt, bei der die Tiefe des Gebietes 60 (Fig. 5

Lawinendurchschlag erfolgt. Die Konzentrations- und 6) etwa 2 bis 4 Mikrometer beträgt, mit einer

verteilung ist in dem Diagramm der F i g. 2 dar- 50 Oberflächenkonzentration in der Größenordnung von

gestellt, welches nachfolgend erläutert wird. ^{etwa 1Q18 bis 1QX9} dotierende Atome · cm~³. Das Ge-

Ein besonders wichtiges Merkmal des Überganges ^{biet 64 nat eine} Oberflächenkonzentration in der

gemäß der Erfindung ist die Änderung des Konzen- Größenordnung von etwa 10²⁰ bis 10²* und eine

trationsverlaufes über dem Übergang von der Ober- Tiefe in der Größenordnung von etwa 0,7 bis

fläche bis zu einer Tiefe von 5 Mikrometer oder 55 ¹J⁵ Mikrometer.

weniger, gemessen von der Oberfläche zum Inneren. Die angegebenen Einzelheiten und Merkmale der An der Oberfläche hat der erfindungsgemäße Über- Ausbildung des Überganges sind Ausführungsgang einen Konzentrationsgradienten, welcher bei beispiele der allgemeineren Lehre zur Ausbildung 4-10²⁴ bis 7-10²³ dotierende Atome · cm~³ · cm"¹ der Dotierungskonzentration, durch die erreicht liegt, so daß sich eine Durchschlagsspannung von 60 wird, daß ein Lawinendurchschlag so nahe wie mögetwa 5 bis 6VoIt ergibt, während bei 5 Mikro- lieh an der Oberfläche, und zwar vorzugsweise meter oder weniger Entfernung von der Oberfläche innerhalb von 0,5 Mikrometer erfolgt, während ein der Konzentrationsgradient über dem Übergang in Lawinendurchschlag in Abständen von mehr als der Größenordnung von etwa 2,5 · 10²³ bis 2,0 · 10²³ 0,5 Mikrometer praktisch nicht mehr auftritt. Dies dotierende Atome · cm~³ · cm"¹ liegt, so daß sich 65 wird durch einen hohen Konzentrationsgradienten ein Durchschlag bei etwa 8 bis 9VoIt ergibt. Bei über dem Übergang an der Oberfläche erreicht, so einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung daß sich eine niedrige Durchschlagsspannung und tritt der 8-bis-9-Volt-Durchschlag und der zugehörige ein hohes Konzentrationsgefälle bei wenigstens einem

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der Gebiete parallel zu dem pn-übergang einwärts von der Lichtquelle eingenommen wird, kann

von der Oberfläche zum Inneren ergibt. 25 · 10~⁶ cm² oder weniger betragen.

Die Einrichtung, durch die der pn-übergang ver- Bevor die Wirkungsweise der in den F i g. 1 und 3 anlaßt wird, nach Art eines Lawineneffektes zu dargestellten Einrichtungen näher beschrieben wird, arbeiten, ist in Fig. 1 schematisch dargestellt; sie 5 seien noch einige grundsätzliche Fragen im Zusamenthält eine Anregungs-Energiequelle 18, welche menhang mit den pn-Übergängen und der Ausnutihren Strom zu dem pn-übergang 10 zwischen einem zung des Lawineneffektes erörtert. Eine wesentliche Anschlußstreifen 22 und einer leitfähigen Schicht 24 Überlegung, auf der die Erfindung beruht, ist die über Schalter 30 bzw. 32 liefert. Der Anschluß- Darstellung einer Festkörper-Lichtquelle, beispielsstreifen 22 kann beispielsweise so hergestellt sein, ro weise eines Licht-Impulsgebers aus Silizium, der sehr wie es in der USA.-Patentschrift 2 981 877 beschrie- kleine Lichtpunkte erzeugen kann. Eine Erzeugung ben ist. Nach diesem Verfahren wird eine isolierende von Licht in einem Festkörper-Bauteil findet statt, Oxidschicht, z. B. Schicht 16, auf der Oberfläche wenn in dem pn-übergang ein Lawinendurchschlag ausgebildet, und es wird dann selektiv ein Teil der erfolgt, wobei keine zerstörenden Wirkungen einSchicht über dem n-Gebiet 14. entfernt. Anschließend 15 treten. Um eine solche Arbeitsweise zu ermöglichen, wird ein Metallbelag, beispielsweise aus Aluminium, muß die Konzentrationsverteilung der Dotierung des auf die gesamte Oberfläche des Halbleiterkörpers Überganges so gewählt sein, daß der Durchschlag in und die Isolierschicht aufgebracht, und es werden erster Linie durch Lawinenmultiplikation erfolgt, und dann überflüssige oder unerwünschte Teile durch nicht durch Feldemission, welche überwiegt, wenn die photographische Verfahren entfernt, so daß lediglich 20 Durchschlagsspannung des Überganges unter einen der Anschlußstreifen 22 zurückbleibt. Die Oxid- vorgegebenen Wert fällt. Die Feldemission setzt den schicht 16 isoliert den Anschlußstreifen 22 gegen- Wirkungsgrad der Erzeugung sichtbaren Lichts über der Oberfläche des Halbleiterkörpers, außer herab. Der jeweilige Wert der optimalen Durchan derjenigen Stelle, wo er mit dem n-Gebiet 14 in Schlagsspannung ändert sich abhängig von dem Kon-Kontakt steht. 25 zentrationsgefälle des Überganges. In jedem Fall ist

Die Schalter 30 und 32 sind schematisch als ein- eine Spannung erforderlich, die oberhalb der Feldfache Schaltarme dargestellt, jedoch wird man in der emisisons-Durchbruchsspannung liegt, um einen gu-Praxis, wenn eine große Zahl von pn-Übergängen in ten Wirkungsgrad zu erhalten. Bei den erwähnten einer Gesamtanordnung vorhanden ist, die Schalter Konzentrationen liegt das Optimum bei etwa 5,5 bis in bekannter Weise als Transistorschaltungen oder 30 6 Volt.

siliziumgesteuerte Gleichrichterschaltkreise ausbilden, Der grundsätzliche Vorgang, der mit einiger Wahrweiche die Anregungs-Energiequelle 18 selektiv an scheinlichkeit für die Emission von Licht aus dem einen pn-übergang anschalten können. Man kann Übergang, in dem ein Lawineneffekt stattfindet, ureine große Zahl von pn-Übergängen, von denen sächlich ist, ist das Freiwerden von Strahlungsenergie, einer in Fig. 1 gezeigt ist, herstellen und neben-.35 wenn »heiße« geladene Träger den Übergang unter einander anordnen. Durch selektives Schließen der dem Einfluß eines kräftigen elektrischen Feldes durchSchalter, welche mit diesen einzelnen Einheiten zu- queren. Diese Träger haben eine breite Energieverteisammenarbeiten, werden ein oder mehrere dieser lung, und die spektrale Verteilung von Photonen, die Übergänge nach dem Schaltprogramm angeregt. bei den Strahlungsvorgängen emittiert werden, ist da-

F i g. 3 zeigt den Halbleiterkörper 8 und seinen 40 her verhältnismäßig weit. Wenn die Strahlung tief in pn-übergang 10 zusammen mit einem Speichermittel der Masse des Siliziums auftritt, werden die meisten 34, beispielsweise photographischem Material. Bei Photonen kurzer Wellenlängen durch das Silizium diesem Ausführungsbeispiel hat der Übergang 10 absorbiert, und das emittierte Licht liegt dann großeneine quadratische oder rechteckige Form. Falls er- teils im roten und infraroten Teil des Spektrums,
forderlich, kann er auch jede andere zweckmäßige 45 Die Erfindung macht sich die beschriebenen ErForm haben. Selbst wenn aber eine quadratische scheinungen in der Weise zunutze, daß eine optimale Form verwendet wird, ist es möglich, eine kreis- Spannung an den Übergang angelegt wird, und außerförmige oder punktförmige Belichtung auf dem dem der Übergang so ausgebildet wird, daß der Laphotographischen Material 34 zu erhalten. Die Aus- winendurchschlag zwangläufig innerhalb eines Mikrobildung eines Punktes wird dadurch erreicht, daß 5° meters oder weniger von der Oberfläche des Siliziumdas photographische Material in einer bestimmten körpers auftritt, so daß die kurzen Wellenlängen Entfernung von der Lichtquelle des Überganges an- nicht absorbiert werden. Auf diese Weise liegt ein geordnet ist, so daß die Lambertsche Ausbreitung beträchtlicher Teil des erzeugten Lichtes in dem Blaudes Lichtes von jedem Punkt auf dem Umfang des Grün-Bereich des Spektrums, und das emittierte Licht Überganges zur Kombination in der Emulsionsfläche 55 erscheint dem Auge als warmes Weiß. Eine Ausbilführt und sich das gewünschte kreisförmige oder dung des Überganges, bei der der Lawinendurchpunktförmige Schwärzungsprofil ergibt. Es hat sich schlag in der Nähe der Oberfläche auftritt, bedingt gezeigt, daß bei einem quadratischen Übergang mit eine Dotierungskonzentration, die am höchsten in der 5-10~³cm Kantenlänge das photographische Ma- Nähe der Oberfläche des Überganges ist. Wie aus terial etwa 7,5 bis 25 · 1O^-3 cm von der Oberfläche 60 Fig. 2 hervorgeht, hat die Konzentration der Dotiedes Körpers 8 entfernt sein kann. Der bevorzugte rung eines der Gebiete ein Konzentrationsprofil, das Abstand ist 12,5 bis 15 · 10~^s cm. Bei dieser Form von der Oberfläche abwärts entlang des Überganges und diesem Abstand wird ein Fleck bzw. Punkt auf die Form einer verhältnismäßig schmalen Kurve mit dem photographischen Material 34 erzeugt, dessen scharfer Spitze hat. Dabei ist von wesentlicher Beoptisches Schwärzungsprofil 20· 10~³ cm Durch- 65 deutung, daß die Spitze so nahe wie möglich an der messer beim Punkt der 5O°/oigen Durchlässigkeit be- Oberfläche des Halbleiterkörpers liegt und daß sie trägt und der eine flache Spitze von ungefähr 12,5· verhältnismäßig schmal ist. Bei Verwendung von ΙΟ"³ cm Durchmesser hat. Die gesamte Fläche, die η-Dotierungen kann erreicht werden, daß die Spitze

unmittelbar bei der Oberfläche auftritt. Je größer die Breite der Spitze ist, um so tiefer dringt der Lawinendurchschlag bei Verstärkung des Stromes in den Halbleiterkörper ein; ein solches tiefes Eindringen hat die Folge, daß Licht nur mit schlechtem Wirkungsgrad erzeugt wird.

Wenn man das emittierte Licht unter einem Mikroskop betrachtet, erscheint es als eine gleichmäßige linienförmige Quelle mit einer Breite von ungefähr 3000 A; sie tritt entlang der Linie auf, in der der pn-übergang die Oberfläche des Bauteils schneidet. Die Leuchtdichte einzelner gesättigter mikroplasiriatischer Erscheinungen liegt bei schätzungsweise 1,5 Stilb bei normalen Stromdichten. Eine solche Leuchtdichte würde wahrscheinlich nicht erreicht werden, wenn nach den Lehren des Standes der Technik vorgegangen würde und optische Systeme zur Fokussierung des Lichtes verwendet würden. Im Gegensatz hierzu wird bei der Belichtung eines Speichermediums, beispielsweise eines photographischen Films, im Kontakt oder fast im Kontakt mit dem mikroplasmatischen Bereich eine sehr wirksame Art der Speicherung erreicht.

Im Betrieb wird der in den Fig. 1 und 3 dargestellte pn-übergang durch Schließen der Schalter 30 und 32 selektiv angeregt. Diese Anregung bewirkt, daß an dem Übergang eine Gegenspannung auftritt, deren Höhe ausreicht, um das Auftreten des Lawineneffektes zu erreichen. Beim Auftreten dieses Effektes treten lichtemittierende mikroplasmatische Erscheinungen entlang dem pn-übergang 10 auf. Der pn-übergang ist in einem geeigneten Abstand von dem photographischen Material 34 (Fig. 3) angeordnet, so daß eine Belichtung des photographischen Materials erfolgt und ein kleiner Punkt ausgebildet wird. Dieser durch die Belichtung erzeugte Punkt repräsentiert einen gespeicherten Datenwert.

Die obige Beschreibung eines vereinfachten Ausführungsbeispiels des Erfindung bezog sich auf einen pn-übergang in der Größenordnung von etwa 10~³ oder mehr Zentimeter, der Licht aussenden kann und insbesondere als Registrierwandler zur Belichtung von photographischem Material und zur Bildung eines runden Belichtungspunktes aus einem quadratischen Übergang geeignet ist. Die Wirksamkeit der Lichtemission wird erhöht durch eine besondere Dotierungsart, bei der die höchste Konzentration des Dotierungsmittels sehr nahe an der Oberfläche des Halbleiterkörpers liegt und einen Konzentrationsverlauf von der Oberfläche abwärts normal zu der Halbleiterplatte von dem Rand des Überganges hat, welcher eine Kurve mit einer schmalen Spitze darstellt. Außerdem erfolgt die Registrierung auf dem photographischen Material ohne alle optischen Mittel.

Ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem weitere Einzelheiten und zusätzliche Merkmale der Erfindung auftreten, ist in den F i g. 4 bis 6 dargestellt, welche eine x-y-Reihen-Spalten-Schaltung von pn-Ubergängen zeigen. Diese Schaltung kann mit einer neuen, der Erfindung angepaßten technischen Ausführung der Anregung versehen sein. Sie kann mit Hilfe der bekannten Planartechnik hergestellt werden; dadurch ist es möglich, eine Reihen-Spalten-Schaltung mit einer großen Zahl von Einheiten bei hoher Zuverlässigkeit und unter Anwendung satzweiser Herstellung der Halbleiterkörper bzw. Halbleiterplatten auszubilden. Eine Massenherstellung ist möglich. Die Ausbildung der Verbindungen der einzelnen pn-Übergänge, durch die diese Schaltung gebildet ist, erfolgt durch Diffusion und Vakuumauftragung, so daß die Verbindungen der gesamten Schaltung ebenfalls satzweise nach einem verhältnismäßig einfachen Verfahren hergestellt werden können.

Die Ausbildung der Verbindungen, die bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 4 bis 6 verwendet werden, ist in der Halbleitertechnik bekannt, so daß sich eine Beschreibung von Einzelheiten in diesem

ίο Zusammenhang erübrigt. Trotz der vielen Kreuzungen wird ein niedriger Gesamt-Verbindungswiderstand in den Reihen und Spalten einer großen Zahl x-y-verbundener pn-Übergänge erreicht. Die Ausbildung eines derart niedrigen Verbindungswiderstandes ist von besonderer Bedeutung bei der x-y-Anordnung von pn-Übergängen. Wenn der pn-übergang und die Verbindungen einen hohen Gesamtwiderstand haben, würde eine entsprechend stärkere Anregungs-Energiequelle notwendig sein, damit die erforderliche Ener-

ao gie an den letzten pn-übergang in der Reihe angelegt werden kann. Eine derart starke Energiequelle wäre jedoch von Nachteil, weil dann der erste pn-übergang in der Reihe die Tendenz zum Auftreten von Durchschlägen haben würde; um daher stärkere Energiequellen zu vermeiden, müßte die Zahl der in Reihe geschalteten pn-Übergänge begrenzt werden. Die hochleitfähigen Kreuzungsverbindungen gemäß der Erfindung führen in vorteilhafter Weise zu niedrigen Verbindungswiderständen und setzen den Energieverbrauch herab, so daß mehr pn-Übergänge in Reihe geschaltet werden können.

Unter Berücksichtigung der obigen Gesichtspunkte werden nachfolgend weitere Einzelheiten des Aufbaues eines Ausführungsbeispiels der Erfindung gegeben. Die x-y-Schaltung nach den Fig. 4 bis 6 enthält einen Halbleiterkörper 50, welcher aus einer Einkristall-Halbleiterplatte aus η-Silizium besteht und Phosphor, Antimon oder Arsen als n-Dotierungsmittel enthält. Die Dotierung des Halbleiterkörpers 50 kann durch Einbau von Dotierungsmitteln während des Kristallwachstums oder anschließend durch in der Technik bekannte Verfahren herbeigeführt werden, beispielsweise durch Diffusion. Der Halbleiterkörper 50 weist eine größere Zahl von Zellen auf, beispielsweise 52, 54, 56 und 58. Diese Zellen sind im wesentlichen in gleicher Weise aufgebaut und in einer x-y-Schaltung angeordnet. In F i g. 4 sind nur vier dieser Zellen dargestellt, jedoch sind in der Praxis in vielen Fällen beispielsweise 576 oder mehr dieser Zellen in einem einzigen Halbleiterkörper mit integrierter Schaltung vorhanden. Die dargestellten Zellen 52 und 54 haben einen Mittelpunktabstand von 45 · 10~³ cm, und die Zellen 52 und 58 haben denselben Abstand. Die Zellen 52 und 54 liegen in einer ersten Reihe, während die Zellen 56 und 58 in einer anderen Reihe liegen. Diese Bezeichnungsweise kann naturgemäß auch geändert oder umgekehrt werden, und sie wird im vorliegenden Fall nur aus Definitionsgründen und zur Erleichterung der Beschreibung benutzt.

Bei der Beschreibung der Schnittdarstellungen der F i g. 5 und 6 ist zu berücksichtigen, daß alle Zellen im wesentlichen identisch aufgebaut sind, so daß die Beschreibung einer Zelle genügt, da sie sich in gleieher Weise auch auf alle anderen Zellen der Schaltung bezieht. Zelle 52 weist ein Gebiet 60 eines ersten Leitfähigkeitstyps auf, z. B. p-Leitfähigkeit, wie sie durch Diffusion von Aluminium, Indium oder vor-

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zugsweise Bor erzeugt werden kann; diese Leitfähigkeit ist der η-Leitfähigkeit des Halbleiterkörpers 50 entgegengesetzt. Alle p-Gebiete der Schaltung, beispielsweise das Gebiet 60, können durch die bekannten Verfahren der Photographic und Diffusion gleichzeitig ausgebildet werden, wie es beispielsweise in der USA.-Patentschrift 3 108 359 beschrieben ist. Kurz zusammengefaßt wird dabei in der Regel so vorgegangen, daß bei Verwendung eines Siliziumplättchens als Halbleiterkörper auf der Oberfläche 62 durch Oxydierung des Halbleiterkörpers 60 eine Oxidmaske ausgebildet wird, und dann werden bestimmte Teile des Oxids durch photographische Verfahren selektiv entfernt, und zwar dort, wo die p-Gebiete 60 auszubilden sind. Der Halbleiterkörper 50 wird dann in einen Diffusionsofen gebracht und das erforderliche Dotierungsmittel eingeführt, so daß sich eine Vielzahl von p-Gebieten 60 ergibt.

Innerhalb jedes Gebietes 60 ist ein schlüsseiförmiges Gebiet 64 angeordnet, dessen Leitfähigkeitstyp dem des Gebietes 60 entgegengesetzt ist, und dessen beispielsweise η-Leitfähigkeit durch Verwendung von Antimon, Arsen oder vorzugsweise Phosphor als Dotierungsmittel erzeugt wird. Diese Gebiete können ebenfalls gleichzeitig durch photographische und Diffusionsverfahren hergestellt werden, die bereits im Zusammenhang mit dem Gebiet 60 beschrieben wurden. Das p-Gebiet 60 und das n-Gebiet 64 enthalten Dotierungskonzentrationen, wie sie im Hinblick auf die F i g. 1 bis 3 beschrieben wurden, so daß sich ein pn-übergang ergibt, welcher zur Emittierung von Licht geeignet ist, wenn Lawineneffekte auftreten.

Gleichzeitig mit den n-Gebieten 64 werden zwei Teile 68 und 70 aus hochleitfähigem Halbleitermaterial innerhalb des aktiven p-Gebietes 60 der Zellen 52 bis 58 ausgebildet. Die hochleitfähigen Teile 68 und 70 bilden rechteckige Gebiete, die sich über einen wesentlichen Teil der Zellen erstrecken. Sie sind stark dotiert, damit sie die geforderte hohe Leitfähigkeit erhalten. In den F i g. 4 und 5 sind diese Gebiete mit N+ bezeichnet, um anzudeuten, daß sie eine hohe Leitfähigkeit besitzen. Das Gebiet 64 und die Teile 68 und 70 haben im wesentlichen die gleichen Dotierungskonzentrationen, so daß sie bei allen Zellen der Reihen-Spalten-Schaltung gleichzeitig ausgebildet werden können.

Wenn der Halbleiterteil der Schaltung ausgebildet ist, ist es nur noch erforderlich, die leitfähigen Streifen anzubringen, und die Reihen-Spalten-Schaltung ist vollständig hergestellt. Wie aus den F i g. 4 bis 6 hervorgeht, verbinden die durchlaufenden leitfähigen Streifen 72 bestimmte Zellen, beispielsweise die Zellen 52 und 58 einer Spalte. Dabei ist bei den n-Gebieten 64 jeder Zelle wenigstens ein Teil des Oxids von ihrer Oberfläche (beispielsweise durch photographische Verfahren) entfernt worden, so daß die durchlaufenden leitfähigen Streifen 72 mit allen frei liegenden Flächen der Gebiete 64 im Kontakt stehen und eine größere Zahl aufeinanderfolgender Gebiete 64 verbinden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Streifen 72 verhältnismäßig schmal, wenn sie sich in der Nähe der lichtemittierenden Übergänge zwischen den Gebieten 60 und 64 befinden, während sie außerhalb der Zellen breiter sind. Auf diese Weise ist erreicht, daß die leitfähigen Streifen die Lichtemission möglichst wenig beeinträchtigen, während der Widerstand der Streifen gering gehalten wird.

Die durchlaufenden leitfähigen Streifen 72 werden vorzugsweise derart ausgebildet, daß zunächst ein Teil des Oxids 74 von der Oberfläche 62 dort entfernt wird, wo es über dem Gebiet 64 liegt. Diese selektive Entfernung des Oxids kann durch bekannte photographische Verfahren erfolgen. Nach der Entfernung der betreffenden Teile des Oxids 74 können die durchlaufenden leitfähigen Streifen 72 durch Vakuumaufdampfen aufgebracht werden. Hierfür stehen

ίο wenigstens zwei bekannte Verfahren zur Verfügung. Nach dem ersten Verfahren wird die gesamte Oberfläche des Halbleiters zunächst mit dem leitfähigen Metall bedeckt, aus dem die Streifen hergestellt werden sollen, und es werden anschließend die überschüssigen Teile durch photographische Verfahren selektiv entfernt. Alternativ können auch die leitfähigen Streifen unmittelbar durch Vakuumaufdampfen durch eine Präzisionsmaske erzeugt werden, welche dort Öffnungen aufweist, wo die leitfähigen Streifen ausgebildet werden sollen. Die Maske wird auf das Halbleiterplättchen aufgelegt, das leitfähige Material verdampft und durch die Maske auf dem Halbleiterkörper niedergeschlagen. Nach Abschluß der Vakuumauftragung der Streifen 72 sind die n-Gebiete 64 elektrisch miteinander verbunden.

Wie aus den F i g. 4 und 6 ferner erkennbar ist, können gleichzeitig mit der Ausbildung der durchlaufenden leitfähigen Streifen 72 mehrere kurze leitfähige Streifen 76, 78 und 80 ausgebildet werden.

Diese kurzen leitfähigen Streifen stehen mit ihren Enden mit den leitfähigen Halbleiterstreifen 68 und 70 in Kontakt, so daß eine größere Zahl von p-Gebieten 60 über eine Verbindung niedrigen Widerstandes in Reihe geschaltet wird. Die leitfähigen Streifen 76, 78 und 80 bilden zusammen mit den leitfähigen Teilen 68 und 70 einen durchlaufenden Leiter, welcher unter den Streifen 72 kreuzend hindurchgeführt ist und diesen gegenüber durch die Oxidschicht 74 isoliert ist. Die Oxidschicht 74 kann vor, während oder nach der Diffusion der Gebiete 60, 64 und der diffundierten Teile 68 und 70 ausgebildet werden, und sie kann aus dem gleichen Oxid bestehen, welches als Maske während der Diffundierung dieser Gebiete verwendet wurde. Einige Teile der Schicht 74 sind zusammengesetzte Schichten, welche bei den aufeinanderfolgenden Schritten des Wachstums einer Anzahl von Oxidschichten entstanden. Die in den vorliegenden Schnitten dargestellte Form der Oxidschicht 74 ist zum Zweck der Erleichterung der Be-Schreibung stark vereinfacht. Die kurzen leitfähigen Streifen 76 bis 80 sind gegenüber dem Halbleitermaterial durch die Oxidschicht 74 isoliert, außer an denjenigen Stellen, wo sie mit den Gebieten 60 und den leitfähigen Teil 68 und 70 in Kontakt stehen.

Die durchlaufenden leitfähigen Streifen 72 sind in gleicher Weise durch die Oxidschicht 74 isoliert, außer an denjenigen Stellen, wo sie mit den Gebieten 64 in Kontakt stehen.

Ebenso wie die durchlaufenden leitfähigen Streifen 72 können auch die kurzen leitfähigen Streifen 76, 78 und 80 durch Vakuumaufdampfen und photographische Verfahren ausgebildet werden. Dabei kann das Oxid 74, das über den Enden der Teile 68 und 70 und einem Teil des Gebietes 60 liegt, selektiv entfernt werden, und zwar gleichzeitig mit der Entfernung des Oxides über dem Gebiet 64. Anschließend an die Entfernung des Oxides werden die leitfähigen Streifen 76, 78 und 80 durch Vakuumaufdampfen gleichzeitig

mit der Ausbildung der durchlaufenden leitfähigen Streifen 72 durch das gleiche Verfahren ausgebildet. Alle Verfahrensschritte zur Entfernung von Oxid, die zur Verbindung der Zellen notwendig sind, werden daher gleichzeitig vorgenommen, und es werden dann alle leitfähigen Streifen der Reihen-Spalten-Schaltung gleichzeitig hergestellt, so daß die Ausbildung der gesamten Verbindungen der Schaltung in einfacher und zweckmäßiger Weise in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen kann.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die leitenden Halbleiterteile 68 und 70 aus Material vom Leitfähigkeitstyp p+ auszubilden. Eine solche Ausbildung würde bedingen, daß die Herstellungsweise geringfügig geändert wird. In diesem Fall wurden die ρ+-Teile 68 und 70 nach der Ausibldung der p-Gebiete 60 dadurch fertiggestellt werden, daß das Oxid nur über den noch auszubildenden Teilen 68 und 70 selektiv entfernt wird und anschließend zusätzlich Dotierungsmittel eindiffundiert wird. Die Herstellung des Halbleiterteils der Einrichtung wird dann dadurch abgeschlossen, daß das n-Gebiet 64 in der beschriebenen Weise ausgebildet wird.

Im Betrieb wird eine Energiequelle, beispielsweise eine Strom- oder Spannungsquelle, durch ein (nicht dargestelltes) Rechner-Schaltsystem an eine größere Anzahl von Kontakten 88 angeschlossen; die Kontakte 88 sind mit den durchlaufenden leitfähigen Streifen 72 verbunden, welche die Gebiete 64 in Spalten verbinden. Die gleiche Quelle wird auch an eine größere Zahl von Kontakten 90 angeschlossen, welche mit den kurzen leitfähigen Streifen 76 verbunden sind, die ihrerseits mit den leitfähigen Teilen 68 und 70 in Verbindung stehen. Diese Schaltung ermöglicht es, daß ein durchlaufender leitfähiger Streifen und eine Reihe kurzer leitfähiger Streifen und leitfähiger Teile gleichzeitig erregt werden. Nur diejenige Zelle, die an dem Schnittpunkt der Reihe und der Spalte der erregten leitfähigen Wege liegt, wird angeregt. In der aus Silizium bestehenden Lichtimpulsquelle wird dann die selektiv angeregte Zelle zur Lichtemission veranlaßt; da sie unmittelbar an dem photographischen Material liegt, wird ein belichteter Punkt erzeugt. In der beschriebenen Weise ist also eine x-y-Mosiak-Schaltung aus pn-Übergängen gebildet, in der ein oder mehrere pn-Übergänge selektiv angeregt werden können. Diese Mosaik-Schaltung kann in größeren Stückzahlen bzw. in Massenproduktion hergestellt werden, und zwar nach dem Verfahren der Planartechnik, welche dafür bekannt ist, daß sie eine wirtschaftliche Fertigung ermöglicht und zuverlässige Einrichtungen liefert.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt; insbesondere können im Rahmen des Erfindungsgedankens durch Anwendung fachmännischer Kenntnis auch andere Bauarten oder andere Betriebsweisen vorgesehen werden. Auch können andere Dotierungskonzentrationen verwendet werden, welche zu einer anderen Färbung des Lichtes führen, das von den Zellen ausgesandt wird. Auch ist es möglich, p-Dotierungen an Stelle der η-Dotierungen vorzusehen und umgekehrt.

Bei dem Festkörper-Bauteil gemäß der Erfindung sind insbesondere die folgenden Merkmale und Vorteile hervorzuheben: Es ist eine sehr kleine Lichtquelle geschaffen, deren Größe nur wenige Tausendstel eines Zentimeters beträgt; bei Verwendung von Silizium ist eine Festkörperlichtquelle mit gutem Wirkungsgrad geschaffen; bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Registrierwandler ist kein optisches System notwendig, um eine genaue Lage des Registrierpunktes und die vorgesehene Verteilung bzw. Dichte der Punkte zu erreichen; erfindungsgemäß ist eine x-y-Reihen-Spalten-Schaltung aus pn-Übergängen geschaffen, in der einzelne oder mehrere der pn-Übergänge zugänglich sind; durch die vorgesehene Art der ίο Verbindung kann ein rechteckiges Mosaik aus pn-Übergängen in besonders vorteilhafter Weise verbunden werden; dieses Festkörperbauteil kann in größeren Stückzahlen und unter Anwendung der Planartechnik hergestellt werden.

Claims

Patentansprüche:

ao 1. Halbleiterlichtquelle aus einem tafelförmigen

Halbleitereinkristall eines Leitfähigkeitstyps mit darin angeordneten Halbleitergebieten vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, welche jeweils einen sich bis zur Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckenden pn-übergang bilden, und die mosaikartig angeordnet in Reihen und Spalten geschaltet werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration des Halbleitereinkristalls (8, 50) in einem Abstand von weniger als 1 Mikrometer (μπι) von der Oberfläche (62) am höchsten ist, so daß bei Anlegen eines hinreichend starken Erregerstromes bei dem pn-übergang (10, 52) ein Lawinendurchbruch in bzw. nahe der Oberfläche auftritt und nur ein sehr geringer Teil von Licht kurzer Wellenlänge im Halbleitermaterial absorbiert wird.
2. Halbleiterlichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Dotierungskonzentration senkrecht zur Oberfläche nach innen die Form einer Kurve mit einer scharfen Spitze hat, wobei die Spitze 1 Mikrometer (,um) oder weniger unter der Oberfläche liegt.
3. Halbleiterlichtquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration so bemessen ist, daß ein Lawinendurchschlag nur innerhalb einer Zone, die sich bis zu 0,5 Mikrometer (μΐη) unterhalb der Oberfläche erstreckt, auftreten kann.
4. Halbleiterlichtquelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung in der der Oberfläche nahen Zone so verteilt ist, daß das Konzentrationsgefälle an der Oberfläche wenigstens bei 7 · ΙΟ²³ dotierende Atome · cm~³ · cm"¹ liegt und ein Konzentrationsgefälle in einer Entfernung von weniger als etwa 5 Mikrometer unter der Oberfläche von wenigstens etwa 2 · 10²³ dotierenden Atomen · cm"³ · cm"¹ vorhanden ist.
5. Halbleiterlichtquelle nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrationsgefälle an der Oberfläche in der Größenordnung von 7 · 10²³ bis 4 · 10²⁴ dotierende Atome · cm~³ · cm"¹ und das Konzentrationsgefälle in einer Entfernung von weniger als etwa 5 Mikrometer (μτη) unter der Oberfläche in der Größenordnung von ungefähr 2 · 10²³ bis 2,5 · 10²³ dotierende Atome · cm~³ · cm"¹ liegt.
6. Halbleiterlichtquelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das

Gefälle der Dotierungskonzentration in einem Abstand von weniger als 1 Mikrometer (μηα) von der Oberfläche so bemessen ist, daß die Durchbruchsspannung weniger als etwa 6 Volt beträgt und das Gefälle der Dotierungskonzentration in einer Entfernung von weniger als etwa 5 Mikrometer (um) unter der Oberfläche so bemessen ist,

daß die Durchbruchsspannung größer als etwa 7Voltist.
7. Halbleiterlichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleitereinkristall aus Silizium vom p-Leitf ähigkeitstyp besteht, in welchen Gebiete vom n-Leitfähigkeitstyp eindiffundiert sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

009 582/144