DE1489426A1

DE1489426A1 - Halbleitervorrichtung mit einer einen Halbleiterkoerper enthaltenden gesteuerten Injektions-Rekombinations-Strahlungsquelle

Info

Publication number: DE1489426A1
Application number: DE19651489426
Authority: DE
Inventors: Grimmeiss Dr Hermann Georg; Simons Peter Johannes Gerardus
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1964-02-12
Filing date: 1965-02-09
Publication date: 1969-04-24
Also published as: NL143402B; DE1489426B2; NL6401189A; GB1096734A; US3555283A; DE1489426C3; BE659706A

Description

Anne!'¹- ¹L V. ρ'^ί-ΐ t^i.UMrEH

A!,:-: PHN- 77
Anmeldung vom; 8. PeDr. 1965 U89426

Kts/AvdV.

"Halbleitervorrichtung mit einer einen Halbleiterkörper enthaltenden gesteuerten Injektions-Rekombinations-Strahlungsquelle".

Die Erfindung bezieht sich auf dine Halbleitervorrichtung mit einer einen Halbleiterkörper enthaltenden gesteuerten Injektions-Rekombinations-Strahlungsquelle.

In Halbleiterkörper einer Injektions-Rekombinations-Strahlungsquella wird eine Strahlung dadurch erzeugt, dass Ladungsträger injiziert werden, wodurch Rekombination von Elektronen mit Löchern unter Strahlungsemission auftritt. Die Injektion von Ladungsträgern wird dadurch erhalten, dasu ein elektrischer Strom durch den Halbleiterkörper hindurchgeschickt wird, üblicherweise enthält der Halbleiterkörper einen pn-übergang, wodurch beim Stroadurchgang in dsr Vorwärtsrichtung über den pn-übergang 21ektronen in denp-leitenden Teil des Halbleiterkörpers und/oder Löcher in den n-lsitenden Teil des Helbleiterkörpers injiziert werden. Dia Intensität der emittierten Strahlung ist vom V/ert des den Halbleiterkörper durchfliessenden Stromes abhängig.

Eine gesteuerte Injektiona-Rekombinationp-Strahlungsquelle kann zur optischen Signalübertragung Verwendung finden. Dabei wird z.B. eine Speisertromquelle an die Strahlungsquelle angeschlossen und ein Speisestrom durch die Strahlungsquelle hindurchgeführt, wodurch diese in den strahlenden Zustand gelangt. Für die Signalübertragung muss ferner die emittierte Strahlung moduliert werden. Die modulierte Strahlung kann mit Hilfe eines Photodetektors empfangen und in elektrische Signale umgewandelt v/erden.

Eine Modulation der emittierten Strahlung kann durch Steuerung

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der Quelle selber erhalten werden, wobei mit Hilfe einer elektrischen Signalquelle der die Injektions-Rekombinations-Strahlungsquelle durch- . · fliessende Speisestrom moduliert wird. Dieses Modulationsverfahren ist häufig jedoch nicht zweckmässig. Es kann z.B. 8chaltungstechnisch unvorteilhaft sein, bei der Übertragung schwacher Signale diese der Strahlungsquelle durch Modulation eines grossen Speistromes zuzuführen. Weiter ist es vielfach erwünscht, eine elektrische Kopplung zwischen der Signalquelle und der Speisestromquelle zu vermeiden. Ausserdem kann es für'einige Anwendungen nützlich sein, die Injektions-Rekombinstions-Strahlungsquelle ohne elektrische Verbindungen fernzusteuern.

Sine andere Uodulationsmo'glichkeit besteht darin, die von der Injektions-Rekombinations-Strahlun^squelle bereits emittiarte Strahlung ausserhalb der Strahlungsquelle dadurch zu modulieren, dass diese Strahlung durch einen gesonderten !iodulatcr hindurchgeführt wird. In der Praxis stellt es sich jedoch heraus, dass solche Modulationsverfahren im allgemeinen weniger wirkungsvoll sind als das vorstehend erwähnte Verfahren.

Eine Steuerung einer Injektions-Rskombinations-Strahlungsquelle trittveiter bei optoelektronischen Schaltelementen auf, die aus einer f Injektions-Rekombinations-Strahlungsquölle, an die der elektrische Eingang des Schaltelementes angeschlossen ist, und aus einem optisch mit dieser Strahlungsquelle gekoppelten photoempfindlichen Halbleiterkörper bestehen, an den der elektrische Ausgang des Schaltelementes angeschlossen ist. Auch bei diesen optoelektronischen Schaltelementen ist es häufig ein Nachteil, dass ein Speisestrom und elektrische Eingangssignale dem gleichen elektrischen Eingang des Schaltelementes zugeführt werden müssen.

Die Erfindung bezweckt u.a., einen vollignöuen Typus einer Halbleitervorrichtung mit einer gesteuerten Injektions-Rekotnbinations-

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Strahlungequelle zu schaffen, bei dem die vorstehende erörterten Nachteile vermieden werden können.

GemSss der Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung mit einer einen Halbleiterkörper enthaltenden gesteuerten Injektions—Rekombinations-Strahl ungsquelle dadurch gekennzeichnet, dass die im Halbleiterkörper infolge der Injektion von Ladungsträgern auftretende Rekombination von Elektronen mit Löchern unter Strahlungsemission dadurch gesteuert wird, dass der Elektrodenbeaetzung eines im verbotenen Band zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband des fialbleiterkörpers liegenden Zwischenniveaus mit Hilfe einer optiech mit der gesteuerten Strahlungsquelle gekoppelten steuernden Strahlungsquelle gesteuert wird, die eine Strahlung emittiert, durch die im Halbleiterkörper Elektronen in einen höheren Energiezustand gebracht werden können.

Die Eingangssignal können bei einer Halbleitervorrichtung nach der Erfindung der steuernden Strahlungsquelle getrennt vom Speisestrom, der der gesteuerten Strahlungsquelle zugeführt wird., zugeführt werden, und es laset sich erforderlichenfalls eine elektrische Kopplung zwischen einer elektrischen Signalquelle, die an die steuernde Strahlungsquelle angeschlossen ist, und einer Speisestromquelle, die an die gesteuerte Strahlungsquelle angeschlossen ist, vermeiden. Weiter ist es möglich, die StrahlungBquellen im Abstand voneinander anzuordnen und die gesteuerte Strahlungsquelle mit Hilfe der steuernden Strahlungsquelle fernzusteuern.

Die steuernde Strahlungsquelle kann eine beliebige Strahlungsquelle sein, die Strahlung mit der gewünschten ''»'ellenlange emittiert, z.B. ein Wolframbandlampe, die mit einem Monochromator, vie einem Interferenzfilter, versehen ist. Vorzugsweise ist die steurnde Strshlungsquelle jedoch ebenfalls eine Injektions-Rekombinetions-Strohlungsquelle, wodurch

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die in manchen Fällen gewünschte bauliche Kombination der beiden Strahlungequellen einfacher und gedringter sein kann.

Eine wichtige AusfUhrungsform einer Halbleitervorrichtung naoh der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenbesetzung des Zwischenniveaus dadurch steuerbar, ist, dass die von der steuernden Strahlungequelle emittierte Strahlung Elektronen aus dem Valenzband in das Zwieohenniveau zu bringen vermag, während die Rekombination unter Strahlungsemieeion Über dieses Zwisohenniveau erfolgt und durch Erhöhung der erwähnten Besetzung gehemmt werden kann, denn, wenn dae Zwischeniveau

W bereits ganz oder teilweise mit Elektronen besetzt ist, können Elektronen aus dem Leitungeband nicht oder nur schwer Ober dieses Zwisohenniveau das Valenzband erreichen und dort mit Löchern rekombinieren.

Günstige Ergebnisse sind mit einer gesteurten Injektions-Rekombinatione-Strahlungsquelle erreicht, die einen Halbleiterkörper aus Galliumphosphid enthSlt, das zum Herstellen des erwünschten Zwischenniveaus wenigstens in der Umgebung des p-n-Uberganges mit Zink und Sauerstoff dotiert ist. Galliumphosphid hat eine Breite des verbotenen Bandes von 2,25 eV, wShrend das durch Zink und Sauerstoff herbeigeführte Zwieohenniveau in einem Abstand von etwa 0,45 ⁰V vom Valenzband und in einem Abstand von etwa 1,8 eV vom Leitungsband in verbotenen Band liegt. Dl« Bekombinationöetrahlung hat in diesem Falle eine Wellenlänge von etwa 7000 A₁ was einer Quantenenergie von etwa 1,8 eV entspricht. Die steuernde Strahlungsquelle «oll in diesem Falle eine Strahlung mit einer Quantenenergie emittieren, die oindeetene gleich 0,45 eV aber kleiner ist, als der Quantenenergie der Rekombinationeetrahlung (1.8 eV) entspricht. Auf diese Veise kann di· steuernde Strahlungsquell· z.B. eine ein Oalliumarsenid- oder Indiumphoephidkifrper enthaltend· Injektions-Rekombinations-Strahlungs-

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quell· sein, die eine Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 9100 i (was einer Quantenenergie von etwa 1,36 eV entspricht) emittieren kann,

Eimweitere wichtige Aue führ ungs form einer Halbleitervorrichtung naoh der Erfindung ist daduroh gekennzeichnet, dass das ZwisohenniVeau eine strahlungslöse Rekombination von Elektronen mit Löchern ermöglicht, wodurch wenigstens in einem Teil des Strombereiohe» der gesteuerten Strahlungsquelle die Rekombination unter Strahlungsemiseion beschränkt wird, während die strahlungslose Rekombination und somit auch die erwähnte Beschränkung durch die Steuerung der Elektronenbesetzung des Zwischenniveaus gesteuert werden können·

Die strahlungsloae Rekombination über das Zwischenniveau lässt sich a.B. dadurch beschränken oder verhindern, dass eine steuernde Strahlungsquelle Verwendung findet, die eine Strahlung emittiert, die Elektronen aus dem Zwisc.henniveau in das Leitungsband zu bringen vermag. Elektronen, die aus dem Leitungsband das Zwischenniveau erreichen, gehen in diesem Falle nicht sämtlich für eine Rekombination unter Strahlung» emission verloren, weil wenigstens ein Teil dieser Elektronen durch die von der steuernden Strahlungsquelle emittierte Strahlung wieder in das Leitungsband zurückgebracht werden und doch noch eine Möglichkeit haben, unter Strahlungsemission mit Löchern zu rekombinieren. Bei diesem Verfahren wird mithin die Grosse der möglichen Elektronenbesetzung des Zwisohenniveaus beschränkt.

Die straklungslose Rekombination über das Zwisohenniveau lässt sich auch auf ähnliche Weise steuern, wie bei der vorstehenden AusfUhrungeform die Rekombination unter Strahlungsemission gesteuert wird, d.h. indem die Flektronenbesetzung des Zwischenniveaus dadurch geregelt wird, dass Elektronen aus dem Valenzband zum Zwisohenniveau gebracht werden, .

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■ο dass gleiohsam der Weg für Elektronen im Leitungsband, die Ober dieses Zwiechenniveau das Valenzband erreiche«¹ könnten, mehr oder weniger gesperrt wird* Sie von der steuernden Strahlungequelle emittiert· Strahlung soll hierbei eine Qu»ntenenergie besitzen, die mindestens der Energie entspricht, die erforderlich ist, um ein Elektron aus dem Valensband zum Zwisohenniveau zu bringen·

Die Rekombination und Strahlungsemisaion findet bei dieser weiteren AusfOhrungsform somit nicht Ober das erwähnte Zwischenniveau, sondern über ein anderes Zwisohenniveau oder z.B. durch Band-Band-UbergMnge statt»

Ein Halbleiterkörper kann dadurch im verbotenen Band ein Zwischenniveau, das eine strahlungslose Rekombination ermöglicht, enthalten, das in den Halbleiterkörper strahlungslose Rekombinationszentren, die in der Literatur oft als "killers" bezeichnet werden, eingebaut sind. Wie dies üblich ist, wird unter einem strahlungslosen Rekotr.binationszentrua ein Zentrum verstanden, über das eine Rekombination ohne Strahlungsemission, d.h. wenigstens ohne Emission von Strahlung mit der bzw. den für die optoelektronische Vorrichtung wirkungsvollen Wellenlänge bzw. Wellenlingen, auftreten kann, während diese Rekombination meistens unter Umwandlung in Wärmeenergie des Kristallgitters erfolgt.

Als besonders geeignet haben sich strahlungslose Rekombinationezentren erwiesen, deren Eingangdurchschnitt für die zur Rekombination injizierten Ladungsträger grosser-al3 der der strahlenden Rekombinationszentren und auch grosser, z.B. 100-mal grosser, als der Einfangquersohnitt, nach der Aufnahme eines injizierten Ladungsträgers in das strahlungslose Rekombinationszentrum, für die vorhandenen Ladungsträger vom entgegengesetzten Typ ist. Solche strahlungslose Rekombinations Zentren können bekanntlich in einem Halbleiterkörper durch Kristallfehler oder durch

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bestimmte Dotierungssubstanzen, meistens übergangBelemente wie Eisen und Kobalt, gebildet werden.

Bei zunehmendem Strom durch eine solche strahlungslose Rekombinetionsaentren enthaltende Injektions-Rekombinations-StrahlungBquelle nimmt in d»m Teil des Strombereiohes der Strahlungsquelle, in dem die Zahl der injisierten LedungstrSger einen '"ert annimmt, bei dem dife strahlungslosen Rekombinationetientren geeBttigt werden, die Strahlungsintensität in suprallntarem VerhSltnie sttr Stlrke des die Strahlungsquelle durchfliessenden Stromes zu· Bei kleinen StSrken des die Strahlungsquelle durchfliessenden Stroaee tritt Rekombination praktisch ausschliesslich über die strahlungslos· Eekomhinatiohszentren auf, wodurch die IntensitSt der endttierten Strahlung sehr gering ist, während bei grösseren Stromsta'rken die Intensität der emittierten Strahlung eupralinear in Verhältnis zur Strotnetfirke euniiamt, wobei eine Sättigung der strahlungalose Rekombinationseentreh auftritt. Ist die Sättigung der etrahlungelosen Rekombinations»? Zentren erreicht so nimmt die Intensität^ der eaittierten Strahlung weniger schnell *u» i#B. in linearem Verhältnis zur Stromstärke.

i)er Strombereich der gesteuerten Injektions-RekombinationB-Strahlungsquelle, in dem die Intensität der emittierten Strahlung eupralinear im Verhältnis zur StromstSrke isunimmt, kann durch Steuerung der Elektronenbeeetzung des Zwiechenniveaus. zu kleineren oder wieder zu grSeeeren StromstSrken hin verschoben werden, woduroh die Möglichkeit auftreten kann, dass die Intensität der emittierten Strahlung supralinear im Verhältnis eu den elektrischen EingangsSignalen, die der steuernden Strahlungsquelle zugeführt werden, bei praktisch gleichbleibendem Streik durch die gesteuerte §tr*hluligsquelle stu- öder abnimmt^ Deshalb ist eUte bevorzugte AuefÖhrungsform einer Halbl#itiirvoTri<jhtun;g nach der Etffinäung

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dadurch gekennzeichnet, dase der Halbleiterkörper der gesteuerten Ittjektione-Rekombinations-Strählungsquelle strahlungeloee RekombinationsZentren .«nthilt, wodurch die Strahlungsintensität dieser Strahlungsquelle wenigstem in einem Teil des Strombereiches dieser Strahlungsquelle in supralinearem Verhältnis zum die Strahlungsquelle durohfliessenden Strom zunimmt.

Günstige Ergebnisse sind mit einem Halbleiterkörper aus Galliumphosphid erreicht, da's wenigstens in der Umgehung des pn-TJberganges mit Zink und Sauerstoff dotiert ist (zum Erhalten strahlender Rekombinationszentren·) und auch strahlungslose Rekombinationszentren enthält. Die Modulation der von der gesteuerten Strahlungsquelle emittierten Strahlung mit Hilfe der steuernden Strahlungsquelle kann sehr schnell sein, da die Modulation durch Wechselwirkung zwischen Strahlungsquanten und Elektronen stattfindet, während Trfigheiteerscheinungen, wie sie z.B. bei Photoleitern auftreten, hier nicht aufzutreten brauchen.

Die Erfindung ermöglicht weiter die Schaffung optoelektronischer Schaltelemente von einem völlig neuen Typus, die eine gesteuerte Injektionen Rekombinatione-Strahlungaquelle enthalten, die optisch mit einem photoempfindlichen HalbleiterkBrper gekoppelt ist. Sine besonders wichtige Aueführungeform einer Halbleitervorrichtung naoh der Erfindung ist denn auch dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitervorrichtung ein optoelektronieob.ee Schaltelement bildet mit einem elektrischen Eingang, der an die gesteuerte Strahlungsquelle angeschlossen ist, und einem elektrischen Eingang, der «n die steuernde Spannungsquelle angeschlossen ist, während ein photoempfindlieher Halbleiterkörper_s vorhanden ist, mit dem die gesteuerte Strahlungsquelle optisch gekoppelt ist und an den der elektrische Ausgang dee Schaltelemente« angeschlossen ist.

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Es dürft» einleuchten, dass das Vorhandensein zweier elektrischer ■SingSnge die Zahl der eohalttechnisohen Möglichkeiten eines optoelektronisch· en Sohaltelementes naah der Erfindung im Vergleich zu bekannten optoelektronischen Schaltelementen, die nur einen elektrischen Eingang besitzen, erhöht· Da das optoelektronische Schaltelement nach der Erfindung die bereits erörterte Kombination einer steuernden Strahlungsquelle und einer gesteuerten Strahlungsquelle besitzt, treten auch die vorstehend erwähnten Vorteile dieser Kombination auf.

Die von der steuernden Strahlungsquelle emittierte Strahlung kann hSufig aus Strahlungsquanten bestehen, die in energetischer Hineicht kleiner als die Strahlungsquenten sind, die von der gesteuerten Strahlungsquelle emittiert werden. Da im photoempfindliohe Halbleiterkörper ein Photoeffekt, z.B. in Form von Photoleitung oder, wenn der photoempfindliohe Halbleiterkörper eine pn-übergang enthält, in Form einer Photospannung und/ oder eines Photostromes, von der gesteuerten Strahlungsquelle erzeugt wird, die energetisch grössere Strahlungsquanten emittiert als die steuernde Strahlungsquelle, kann die Breite des verbotenen Bandes des photoempfindliohen HaIbIeiterkörper8 erheblich grosser sein als der Energie der Strahlung» quanten der steuernden Strahlungsquelle entspricht. Dies bedeutet einerseits, dass die Eingangssignal, die der steuernden Strahlungsquelle zugeführt werden, im Prinzip energetieoh vorteilhaft in energetisbh kleine Strahlungen· quanten umwandelbar sind, wShrend andererseits dennoch ein photoempfindlioher Halbleiterkörper mit einer gröseen Breite de» verbotenen Bandes Verwendung finden kann, d.h. mit einer Breite des verbotenen Bandes, die grosser als die Energie der energetisch kleinen Strahlungsquanten ist, wodurch groase Ausgangsleistungen entnommen werden können. Die Leistung, die bei einem photoempfindliohen Halbleiterkörper entnommen werden kann, nimmt nSmlioh

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mit der Breite des verbotenen Bandes zu. Dies hat einen günstigen Einfluss*

auf die gesammte EnergieverstSrkung des optoelektronischen SchaItelementea nach der Erfindung.

Der photoempfindliche Halbleiterkörper enthalt vorzugsweise einen pn-übergang, wobei er in der Umgebung dieses pn-tTbergenges von der gesteuerten Strahlungsquelle bestrahlt wird... ' ·

Me beiden Strahlungsquellen und der phcterf.r.pflnillieh.- Halbleiterkörper können eine bauliche Kombination bilden, ßo dass sie leicht als ein Ganzes hantierbar sind. Bs können beispielsweise die Strahlungsquelle und der photoeapfindllche Halbleiterkörper in einer vorzugsweise lichtdichten gemeinsamen Hülle untergebracht sein.

Von den Bestand teilen einer Halbleitervorrichtung nach der Erfindung, die von den beiden Strahlungsquellen und gegebenenfalls <is": photoempfindlich· Halbleiterkörper gebildet werden, können wenigstens zv/ei einen temeinsaman IfelMeiterkBrper haben, way eine sehr gedrängte Bauart erlaubt. Die Gefahr störender Reflexionen bei gesonderten Halbleiterkörpern 1338t sich dadurch beschränken, dass die Halbleiterkörper der Bestandteile mit in der Optik üblichen Antireflexschichten vsrsehen werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Auyführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert.

Fig.l zeiget schernatisch und in Prinzip eine Halbleitervorrichtung nach der Erfindung.

Die Figuren 2 und 6 zeigen schematisch Beispiele von Energieband ermodellen von Halbleiterkörpern, wie sie in einer Halbleitervorrichtung nach der Erfindung Verwendung finden können.

Die Figuren 3>4,5 ^und 1° zeigen ;'chematisch und im Querschnitt

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_v(i*i»piele V,6# Ifijtktione-Bekoiabinttione-Strahlungequellen einer '. ί |^j|l*i-i«tfrorriöhttui« nach d»r Erfindung.

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'' '"Ϊά4'ίϊί figur 1 töheaiiiebh tind im Prinzip dargestellte

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ohtung nach der Erfindung weist eine einen Halbleiteren|h«itende Iniektiona-Rekombinationa-etrahlungsquelle 1 auf. Die geiteuertj· Birah^üngsquill· 1 let «it elektrieehen Ansohlussleittrn 2 versehen, tiVfr dl« «in ijplieestrom durch di« Strthlungsquelle hinduroh-

geiqhiokt wtrdfn k*nn, 2>i# von der gesteuerten Strahlungsquelle 1 emittierte Strahlung iet pit der iefeUgeeiffer 3 bezeichnet. Die im Halbleiterkörper der gieteuerten Strihltingequeile 1,infolge voh Injektion von Ladungeträgern auftretende Hekonbination von Elektronen und LSohern unter Emission der Strahlung 3 *ird dadüroh'gisteuert, dass die Elektronenbesetzung eines im verbotenen Band »«lachen dem Valensband und dem Leitungsband des Halbleiterkörper liegenden Zwisohenniveaus'mit Hilfe einer optisch mit der gesteuerten Strahlungsquelle 1 gekoppelten steuernden Strahlungsquelle 6 gesteuert wird, welcae letztere Strahlungsquelle eine Strahlung 8 emittiert,

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durch die im Halbleiterkörper Elektronen in einen höheren Energiezustand gebracht werden können. Die steuernde Strahlungsquelle 6 ist mit Anschlussleitern 7 versehen, über die der ersten Strahlungsquelle 6 elektrische Eingangssignale zugeführt werden können.

Eine Injektions-Rekombinations-Strahlungsquelle enthält in · vielen' Fällen einen Kalbleiterkörper mit einem Energiebänüermodell von der Art, wie es in Figur·2 dargestellt ist, bei dem im verbotenen Band III zwischen dem Valenzband 2 und dem Leitungsband 1 ein zwischenliegendes Energieniveau 20 vorhanden ist, während die Rekombination unter Strahlungsemission über dieses Zwisohenniveau 20 erfolgt. Dabei können Elektronen aus dem Leitungsband I in zwei Übergangsstufen 21 und 22 das Valenzband II erreichen und mit einem Loch rekombinieren. Üblicherweise ist nur die grSssere Übergangsstufe 21 strahlend und sie veranlässt die Emission der Strahlung 3» Die kleinen Ubergangsstufe 22 erfolgt z.B. unter Abgabe von Wärmeenergie an das Kristallgitter.

Es ist möglich, Elektronen aus dem Valenzband in das

Zwisohenniveau 20 mit Hilfe einer Strahlung 8 zu bfingen, deren Quantenenergie genügt um eine Übergangsstufe 25 herbeizuführen, bei der ein Elektron aus dem Valenzband II zum Zwisohenniveau 20 gebracht wird, d.h., 'deren Quantenenergie mindestens gleich den Abstand zwischen dem Valenzband II und dem Zwischenniveau 20 ist. Auf gleiche' Weise lässt sich die Elektronenbesetzung des Zwischenniveaus 20 steuern. Hierbei tritt auch eine Steuerung der Rekombination unter Emission der Strahlung 3 auf, denn wenn das Zwischenniveau 20 bereits ganz oder teilweise mit Elektronen besetzt ist, kSnnen Elektronen aus dem Valenzband I nicht oder nur schwer über dieses Zwieohenniveau 20 das Valenzband II erreichen und unter Emission der Strahlung 3 mit Löchern rekombinieren. Die notwendige Rekombination findet in diesei| gcg^s^^nemgrösseren Teil strahlungslos statt,

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z.B. über RekombinationsZentren in Form fast unvermeidbarer Kristall-■ fehler oder Verunreinigungen. Gegebenenfalls können zusätzliche strahlungalose Rekoinbinätionazentren eingebaut sein, die vorzugsweise praktisch symmetrisch sind, d.h. die Einfangquerschnitte für Elektronen und Löcher sind nahezu die gleichen, wodurch diese Rekombinationszentren nicht sättigbar sind. Auch kann bei Abnahme der strahlenden Hekombination Zunahme der strahlungsloeen Hekombination bei den Anschlueskontakter], mit denen der Halbleiterkörper vorsehen ist, auftreten.

Diese Möglichkeit, die Rekombination unter Strahlungsemission zu steuern, wird bei einer wichtigen Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung nach der Erfindung benutzt, bei der die gesteuerte Injektions-Rekombinationa-Strahlungsquelle 1 einen Halbleiterkörper mit einem Zwischen niveau 20 enthält, dessen Elektronenbesetzung dadurch steuerbar ist, dass die von der steuernde Strahlungsquelle 6 emittierte Strahlung 8 Elektronen aus dem Valenzband in das ZwiscLenniveau 20 ^u bringen vermag, während die Rekombination unter Emission von Strahlung 3 über dieses Zwischenniveau 20 stattfindet und durch die Srhöhung der erwMhnten Elektronenbesetzung gehemmt werden kann.

Die Injefctions-Rekombinations-Strt.hlungsquelle 1 kann z.B. einen Halbleiterkörper 30 (siehe Figur 3) au,i Galliumphosphid mit einem pn-TTbergang 31 enthalten, wobei der Kalbleiterkörper -wenigstens in der Umgebung des pn-Überganges 31 mit Zink und Sauerstoff dotiert ist. Galliumphosphid hat eine Breite des verbotenen Bandes von etwa 2,25 ⁶^, wahrend Zink und Sauerstoff ein zwischenliegendee Energieniveau 20 herbeiführen, das in einem Abstand von etwa 0,45 eV vom Valenzband liegt. Die Rekombinationsstrahlung 3 hat in diesem Falle eine Quantenenergie von 'etwa 1,8 eV und eine Wellenlänge von etwa 7000 S, während die steuernde

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Strahlung 8 einen Quantenenergie haben soll, die zwischen etwa 0,45 ^e^ und 1,8 eV liegt. 7,'enn die Quantenenergie der steuernden Strahlung 8 gleich oder grosser als 1,8 e? ist, kann sie die grössere Übergangastufe 21 herbeiführen, was aber nicht die Absiaht ist«

Der Oalliumphosphidkorpar 3'- hat 2.5, Abmessungen von etwa 3 χ 3 χ 0,5 mm, iat mit Zink und Sauerstoff dotiert und p-leitend. Der pn-übergang 31 kann dadurch hergestellt sein, dass ein Zinnkontakt 32 bei etwa 400 - 700⁰C während einev Zeit von weniger als 1 Sekunde aufgeschmolzen ist. Hierbei ergeben sich das n-leitende rekristallisierte Gebiet 33 und der pn-übergang 31· Gleichzeitig mit den Zinnkontakt 32 kann ein praktisch ohmscher kontakt y_y dadurch hergestellt wer-len, dats eine . Menge Gold, das etwa 4 Gew.$ Zink enilr'lt, aufgesch:r.ol3en vrird. Der Durchmesser der Kontakte 32 und 35 beträgt z.3. etwa 1 mm. Auf eine in der Halbleitertechnik übliche "'eics können die Anschluc;leiter 36 angebracht werden. Wenn ein Speisestrom in der Yorw-irtsrichfcung über uie Anschluss- . leiter 36 durch den Halbleiterkörper 30 geschickt wir.ci., entsteht in der Umgebung des pn-tfbergangs 31 die Rekombinationsstrahlung 3. Die Strahlung 8 der steuernden Strahlungsquelle 6 trifft den Halbleiterkörper 30 beispielsweise an der Seitenfläche 37·

Die steuernde 3 trän lungs quelle 6 (Pig.l) kann ein=! beliebige Strahlungsquelle sein, die die gewünschte steuernde Strahlung fc mit eiiur zwischen etwa 0,45 ^e^ und 1,8 eV liegenden Quantenenergie ^u liefern im Stande ist, z.B. eine mit einem ilonochromator, wie einem Interferenzfilter, versehene Y/olframbandlampe. Dadurch, dass der steuernden Struhlungsquelle 6 über die Anschlussleiter 7 elektrische Eingangssignale zugeführt werden, ergibt sich ein modulierten Str-ihlungsbündel 8, mit ά^·:.ΐ die gesteuerte Strahlungsquelle 1 gesteuert wird.

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Der gesteuerte Strahlungsquelle 1 kann von der eteuernden Strahlungsquelle 6 ferngesteuert werden, während die elektrisohe Eingangssignale getrennt vom Speisestrom, der über die Anschlussleiter 2 der gevittuert·» Strahlungsquelle 1 zugeführt wird, über die Ansohlussleiter 7 der steuernd·» Strahlungsquelle 6 zugeführt werden. Eine elektrisohe Kopplung zwischen einer an die Ansohlussleiter 2 angeschlossenen Speisestrostqutlle und einer an die Ansehlussleiter 7 angeschlossenen elektrischen Bignalquill» liest sieh so vermeiden.Die Modulation der gesteuerten Strahlungsquelle 1 mit Hilfe der eteuernden Strahlungsquelle 6 kann sehr •ohnoll sein, da die Modulation im wesentlichen durch Wechselwirkung swisohnn Strshlungsquanten und Elektronen erfolgt, wihrend Trägheits-♦racheinungen, wie sie bei Photoleitern auftreten können, hier nicht aufsutreten br-auohen.

3)1« steuernde Strahlungsquelle 6 kann zweckmässig aus einer Injektions-Rekoebinations-Strahlungsquelle bestehen, wodurch eine einfache und gedrSngt« bauliche Kombination der steuernden Strahlungsquelle 6 und der gesteuerten Strahlungsquelle 1 erzielbar ist.

Bei» beschrieb·»«» AusfUhrungsbeispiel, bei dem die gesteuerte Strahlungsquelle 1 einen Halbleiterkörper aus Galliumphosphid hat, kann die steuernde Strahlungsquelle 6 2.B. eine Injektions-Rekombinations-Strahlungsquelle bus Galliumarsenid eein. Galliumarsenid hat eine Breite des verbotenen Bandes von etwa 1,36 eV, und eine steuernde Strahlungsquelle mit einem QalliumarsenidkSrper kann Strahlung mit einer Quantenenergie von etwa 1,36 eV und einer WellenlSnge von etwa 91Q0 & emittieren. Diese Strahlung hat somit eine Quantenenergie, die im gewünschten Gebiet zwischen etwa 0,45 eV und etwa 1,8 eV liegt. Auch kann eine Injektions-Rekombinations-.Strahlungsquelle aus Indiumphosphid Verwendung finden, mit der gleichfalls ein Strahlung rait eiqej; ^fejlje.nl^'ftge von etwa 9100 A erzeugt werden kann.

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Figur 4 zeigt eine einfache Anordnung mit einer gesteuerten Injektions-Hekombinations-Strahlungsquelle 40 und einer steuernden .Injektione-Hekombinatione-Strahlungaquelle 50. Die Strahlungsquelle 40 enthält den η-leitenden, mit Sauerstoff dotierten Öalliumphosphidkörper 41» in dem duroh Diffusion.von Zink bei etwa 800⁰C eine p-leitende Zone angebracht ist, mit der zugleich der p-n-Ubergang 43 erhalten ist« Auf eine in der HalbleitertecHnik übliche Weise sind Ansohlusekontakte 44 und 45 mit den Anechlussleitern 46 und 47 angebracht. (Die kontakte 44 und 45 kSnnen euf ähnliche Weise wie die Kontakte 32 bzw. 35 der Figure 3 hergestellt werden·) ^Duroh Stromdurchgang durch die Aneohlussleiter 46 und in der VorwSrterichtung über den pn-übergang 43 wird in der Umgebung des pn-Qberganges 43 die Rekombinationsstrahlung 3 mit einer WellenlSnge von etwa 7000 £ erzeugt.

Die steuernde Strahlungsquelle 50 enthält einen n-leitenden Halbleiterkörper 51 ^aus Galliumarsenid, in dem durch DuffAsion von Zink bei etwa 900⁰C die p-leitende Zone 5² und der pn-übergang 53 hergestellt sind. Die Ansohlusskontakte 54 und 55 können z.B. aus Zinn, bzw, aus Indium mit etwa 3 Oew.ji Zink bestehen und sind bei etwa 6Oo-7OO°C aufgeschmolzen» Auf eine in der Halbleitertechnik Übliche Weise sind die Ansohlussleiter 56 und 57 angebracht. Durch Stromdurchgang duroh die Anaohluealeiter 56 und 57 in der VorwSrterichtung "über den pn-übergang 53 wird in der Umgebung des pn-überganges 53 die Rekombinationsstrahlung 6 mit einer Wellenlänge von etwa 9IOO % erzeugt.

Zwischen den Fliehen 48 und 58 der Strahlungscjuellen 40 und kann *in dielektrisoher Spiegel angeordnet sein, die für die Strahlung durchlSsaig aber für ein· etwaige sich zur Strahlungsquelle 50 hin bewegende Strahlung 3 reflektierend iet. Solche dielektrische Spiegel, die für ein* Strahlungsart durahllssig und für eine andere Strahlungsart re fleictierend sind, sind in der Optik bekannt.

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Die FlSche 59 der Strahlungsquelle 50 kann mit einer gutreflektierenden Schicht, 8.B. einer Metal!schicht, versehen sein, die einheitlich mit dem Aneohlusskontakt 55 sein kann.

Die Strahlungsquellen 40 und 50 können einen gemeinsamen

Halbleiterkörper haben. Es kann z.B. auf einem η-leitenden Galliuraphosphldkorper auf eine in der Halbleit.erteohnik übliche Weise epitaxial ein η-leitender GalliumarsenidkSrper angebracht werden. Durch Diffusion von Zink lSsst sich sowohl im GalliumphosphidkSrper als auch im Galliumarsenidkörper ein pn-übergang erzeugen. Dabei ergibt sich ein Gebilde, wie es in Fig.5 dargestellt ist, das einen Halbleiterkörper 60 mit der nleitenden Zone 61 und der p-leitenden Zone 62, die beide aus Galliumphosphid bestehen, und mit der η-leitenden Zone 63 und der p-leitenden Zone 64, die beide aus Galliumarsenid bestehen, enthält. Die zwei pn-ÜbergSnge sind mit 65 und 66 bezeichnet. Die Anschlußskontakte 67, 68 und 69 können auf ein· ähnliche Yteiae vorgesehen werden, wie sie in Bezug auf Figur 4 beschrieben worden ist.

Wird ein Strom in der Vorwärtsrichtung über den pn-übergang durch die Anschlussleiter 70 und 71 geschickt, so entsteht in der Umgebung des pn-überganges 65 die Rekombinationsstrahlung 3. Wird ein Strom in der "VorwSrtsrichtung über den pn-übergang 66 duroh die Anschlussleiter 72 und 71 geschickt, so entsteht in der Umgebung des pn-überganges 66 die Bskombinationsstrahlung 8.

Wie Figur 5 zeigt, kann der Halbleiterkörper schräg abge- «chliffen sein, um eine grössere Flüche zum Anbringen von Kontakten auf den η-leitenden Zonen 61 und 63 au erhalten.

Bei einer weiteren wichtigen Ausführungeform einer Halbleitervorrichtung nach der Erfindung enthält die gesteuerte Strahlungsquelle

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(Pig.l) einen Halbleiterkörper mit einem Zwischenniveau 80 (Fi^g.6) in verbotenen Band III, das eine strahlungslose Rekombination von Elektronen · mit Löchern ermöglicht, wodurch wenigstens in einem Teil des Stiombereiches dar gesteuerten Strahlungsquelle 1 die Rekombination unter Strahlungeemission beschränkt wire, während die atrahlungalose ÄekombinaiKi«» und somit die strahlende Rekombination durch Steuerung der "lefctronenbesetzung des Zwisohenniv^aus 80 steuerbar sind.

'»ie im vorstehenden b&rcits erörtert wurde, kann beim Vorhandensein solcher Swis-'iiannivesus BQ, <>ie durch strahlungslose Rekombin3tionazentren herbeigeführt werden_f deren Sinfangquerschn¹tt grosser als derjenige der strahlenden Rekombinationszentren ist, die Intensität der emittierten Strahlung 3 in einem Teil des Strostbereiches der Strahlungsquelle 1 in supralinearem Verhältnis zum die Strahlungsquelle durcLfliessenden 3trc~. zunehmen« 'ffird die Intensität I (in beliebigen Einheiten} der emittierten Strahlung 3 logarithmisch (Basis 10} Über den; Logarithmus des die Strahlungsquelle 1 durch liesaenden Stromes i (in beliebigen Einheiten) aufgetragen, so ergibt sich eine Kurve von der in Figur 7 dargestellten Art. Der supralineare Teil der Kennlinie tritt dann auf, wenn die strahlungslosen Hekombinationszentren in die Sättigung geraten. Sine Sättigung der strahlungslosen Reko.r.binationszentren kann ü,3. auftreten, wenn der Sinfangquerschnitt für injizierte Ladungs ,rager grtfaser du der für die vorhandenen Ladungsträger vom entgejjen^-^atftatan Ty? ist, oder umgekehrt.

Der Wert des Stromes i durch die Strahlungsquelle, bei dem eine Sättigung aufzutreten anfangt, hSngt von der Konzentration tier strahlungslosen Rekornbinationszentren ab. 7/i^-"i -lie Zonzantre.tior. «a strahlungslosen Rekonacir.iitionszentren verringert, ac OrIt^ cine Sättigung

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ν»

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|vledriger*n StromstMrken auf. Dies bedeutet, dass

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''i*lf:«UtiriiXtit#»r».feU der Kennlinie na oh Fig. 7 &ioh tu kleineren

Stromilfbt, wie die β durph die gestrichelte Linie angegeben ist.

der strahlungsloeen RekombinationsZentren, über die oke 9fkO«^|,n«tion eines Elektrons aus dem Leitungsband I aui dem Valenzband ΪΙ stattfinden'kann, lässt sich

d.h. wenigstens ein Teil der strahlungslosen i'.iiiet »ich dadurch unwirksam machen, dass der |fttr einör Strahlung bestrahlt wird, deren Quantenenergie #in Ilektron au« dem Zwisohenniveäu 80 in das Leitungsband I ■^!§4v|«riilgeii.;lSrr»ieht'ein llektron über die übergangsstufe 81 das Zwischen- 10 kann diese Strahlung das Elektron wieder zum Leitungsband I

ι wodurch dieses Elektron nicht über die übergangsstufβ 82' ^«· t«letttfb$hd 2 erreioht um dort Strahlungelos mit einem Loch zu !■•kombinieren. Auf diese Weise lassen sioh wenigstens ein Teil der strahlung· los en Rekombinations»entren tatsächlich durch Bestrahlung unwirksam Üwohen» wobei %m Printip die Besetzung des Zwisohenniveaus 80 verringert

die Ötrahlungequelle 1 z.B. auf den Punkt A (Figur 7) •ingeatellt iet und der Strom durch die Strahlungsquelle konstant gehalten .wird» kann dufoh Bestrahlung der supralinearenTeil der Kennlinie mit d^r^itiiöhelten Linie zusammenfallen, woduroh die Strahlungsquelle plötziiofa Huf den Funkt 8 eingestellt wird, dem eine viel grSssere Strahlungsintensität enteprioht. Die IntensitStsänderung könnte hierbei sogar supralinear vom optieohen Eingangssignal abhängen«

Di· Rekombination*unter Strahlungeemission kann Über Band-Band-Überginge oder über ein Zwischenniveau 85 flPig.6) durch die Übergangs-

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stufen 86 und 87 stattfinden. Im letzteren Falle erfolgt die grössere Übergangsstufe 86 z.B. unter Emission von Rekombinationsstrahlung 3. Der Halbleiterkörper kann wieder vorteilhaft aus Galliumphosphid bestehen und einen pn-Übergang aufweisen, in dessen Umgebung er zum Erhalten des "strahlenden" Zwischenniveaus 85 mit Zink und Sauerstoff dotiert ist, wa'hrend er zum Erhalten des Zwioohenniveaus-80 auch str-ahlungelose RekombinationsZentren enthalt. Diese strahlungslosen Rekombinations-

Zentren, können z.B. aus Kris tall fehlern bestehen, wa'hrend auch z.B. Übergangselemente, wie Eisen und Kobalt, als strahlungslose Rekombinationszentren bekannt sind.

Die Strahlungsquelle 1 (Fig.l) kann die gleiohe Gestalt haben und auf die gleiche Weise hergestellt sein vie die in Figur 3 dargestellte, nur mit dem Unterschied, dass von einem strahlungslose Rekombinationszentren enthaltenden Galliumphosphidkorper ausgegangen v/ird.

Die steuernde Strahlungsquelle 6, die eine Strahlung 8 emittiert, die die übergangestufe 83 (Fig.6) herbeizuführen vermag, kann wieder aus einem mit einem Monochromator, wie einem Interferenzfilter, versehenen Wolframbandlampe bestehen. Auch kann die steuernde Strahlungsquelle 6 wieder aus einer Injektions-Hekombinations-Strählungsquelle bestehen, die die gewünschte steuernde Rekombinationsstrahlung 8 emittieren kann und die auf ähnliche Weise, wie sie in Bezug auf die Fig.4. und 5 beschrieben worden ist, mit der gesteuerten Strahlungsquelle 1 zusammengebaut sein kann.

Es sei bemerkt, dass die stratlungsloae Rekombination über das Zwischenniveau 80 (Fig.6) auch durch Bestrahlung des Halbleiterkörpers mit einer Strahlung beschrSnkt werden kann, die Elektronen aus dem Valenzband 2 über die Übergangsstufe 84 zum Zvdschenniveau 80 zu bringen vermag, denn bei Erhöhung der Elektronenbeeetzung des Zwischenniveaus 80 können

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Elektronen nicht oder nur schwierig aus dem Leitungsband das Zwischenniveau 80 erreichen und über dieses Zwisohenniv'eau mit einem Loch des Valenzbandes rekombinieren.

Selbstverständlich soll die Quantenenergie der steuernden Strahlung 8 der Qröese der Ubergangsstufe 83 und 84 derart angepasst eein, dass nicht auf störende Weise auch andere Ubergangsstufea, z.B. die Ubergangsstufe 88, herbeigeführt werden. ' · '

Die von der steuernden Strahlungsquelle 1 emittierte modulierte Strahlung 3 kann auf eine übliche '','eise durch eine photoempfindliche Zelle 9 (Pie·!)» z.B. eine Kadmiumsulphidzelle, detektiert werden. Auch kann z.B. eine Photospannungszelle als Detektor Verwendung finden.

Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf eine gesteuerte' Injektions-Eekombinations-Strahlungscuelle, sondern auch auf optoelektronische Schaltelemente von einsci völlig neuen Typ.

Sin solches opto-elektronisches Schaltelement enthält gemüseder Erfindung eine gesteuerte Injektions-P.ekombinations-Strahlungsquelle 1 (Fig.8), an die ein elektrischer Eingang 2 angeschlossen ict, und eine steuernde Strahlungsquelle 6, an die der elektrische 2ingang 7 angeschlosser ist. '"eifcer ist ein photoempfindlicher Halbleiterkörper vorgesehen, mit dem die gesteuerte Strahlungsquelle 1 optisch gekoppelt ist und an den der elektrische Ausgang 91 d-^es Schaltelementes angeschlossen ist. Der photoempfindliche Halbleiterkörper enthält vorzugsweise einen n-Ubergang 93» in

deseen U&gebung der photoempfinüliche Halbleiterkörper bestrahlt wird. Die Strahlungsquöllen 1 und 6 und der photoempfindliohe Halbleiterkörper 9 bilden vorzugsweise eine bauliche KOmbinctlon. Sie können z.B. mit einer gemeinsamun lichtdichten Hülle vt.rsehen «ein, die schematisch durch die gestrichelte Linie 92 arxjegeben ist. Ein optoelektronisches Schaltelement

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nach der Erfindung hat somit zwei elektrische Eingänge, was die Schalt- ' möglichkeiten erweitert. . '

Die Strahlungsquellen 1 und 6 können eine Form annehmen,-Tde diese in Bezug auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele an Hand der · ■' Figuren 3» 4 und 5 "beschrieben worden ist. Der photoempfindliche Halbleiterkörper 90 kann ein beliebiger vorzugsweise mit einem pn-Obergang 93 versehener photoempfindlicher Halbleiterkörper sein, der für dis Strahlung- 3 empfindlich ist. Der strahlungsempfindliche Halbleiterkörper 9^ kann z.B. ebenso wie der Halbleiterkörper der gesteuerten Strahlungsquelle 1 aus mit Zink und Sauerstoff dotierten Galliumphosphid bestehen.

"!enn die Strahlungsquellen 1 und. 6 einen £ei!:einrε.sen Halbleiterkörper haben, wie dies in Bezug auf Figur 5 beschrieben worden ist, kann der photoempfindliche Halbleiterkörper auch einen Teil diese-.? gemeinsamen Halbleiterkörpers bilden, v-ό durch sich ir. Prinzip sin Gfebilde ergibt, wie es in Figur 9 schema t is oh dargestellt i-jt. Die Zonen 63 und 64 mit dem pn-Ubergang 66 und die Zonen 61 und 62 r;,it asm pn-Ubsrgang 65 entsprechen den mit den gleichen Bezugosiffom btzeichneten Zonen und pn-Ubergängen der Figur 5· Die Zonen 136 und IO7 -^rit dom pn-Ubergang IDS bilden den photoempfindlichen Halbleiterkörper. Die Zone €4 i&t Trat einem Anschlussleiter 101, die Zonen 63 und 6l ,nit eine": £-enx· ins arten Anschlussleiter 102, die Zonen 62 und 106 r.it einem gerneinearren AnsohlUüEileiter IO3 und die Zone 1C7 mit einem Anschlussleitt/r 1"4 versehen.

Die Zonen 64 und 63 mit de~. pn-Ubergang 66, der über den

elektrischen Eingang (lOl, 102) in der Vorwärtsrichtung vorgespannt werden kann, bilden die steuernde Rekombinationsstrahlun^squelle, uie did ftr^hlung 8 emittiert. Die Zonen 61 und 62 mit de;:, pn-Ubergang 65, der Ober den ■ elektrischen Sinjang (102, IO3) in der Vor'.'.ärtorich'juag vorget-p-innt warden

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kann, bilden die gesteuerte Strahlungsquelle, die die Strahlung 1 emittiert. Der pn-übergang 108 des aus den Zonen 106 und 107 bestehenden photoempfindlichen HalbleiterkSrpers kann über den elektrischen Ausgang (103, 104) in der RüakwSrtsriohtung vorgespannt sein, wShrend der erzeugte Photoatroa auch dieeem elektrischen Auegang (103, 104) entnommen werden kenn. . .

Wie im Vorstehenden bereits erörtert; kann die Quantenenergie dir "»teuerndtn" Strahlung 8 kleiner sein als die der "gesteuerten" Strahlung 3, die einen Photoeffekt im photoempfindliohen Halbleiterkörper (!OS, 108j 107) erzeugt. Infolgedessen kann die·Breite des verbotenen % Bandes des HalbleiterkSrpere (64,66,63) kleiner als die des verbotenen Bandes dee photoempfindlichen Halbleiterkörper (106, 108, 107) sein, und Eingangssignalβ können energetisch vorteilhaft in energetisch kleine Strahlungequanten umgewandelt werden, während dem photoempfindliohen HalbleiterkSrper dennoch grosse Leistungen entnommen werden können.

Wie aus dem Vorstehenden bereits hervorgegangen ist, können die Strahlungsquelle!! (64, 66, 63) und (61, 65, 62) und der photoempfindliohe Halbleiterkörper (106, 108, 107) aus verschiedenen Halbleitermaterialien bestehen. Die Materialgrenzen sind in Fig.9 durch gestrichelte Linien angegeben. Das Gebilde nach Fig.9 kann mit Hilfe von Epitaxial- und/oder Diffusionsverfahren, wie sie in der Halbleitertechnik üblich sind, hergestellt werden.

Die Strahlung 8 soll keinen steuernden Einfluss auf den photoempfindliohen Halbleiterkörper (106, 108, I07) ausüben, was dadurch erreichbar ist, dass die Materialien (z.B. die erwShnte Breitendifferenz des verbotenen Bandes), Dotierungen und/oder Abmessungen der verschiedenen Zonen passend gewählt werden.

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Auch kann lfinge der Grenzfliehe 110 ein dielektrischer Spiegel, der die Strahlung 8 hindurohlSsst und die Strahlung 3 reflektiert, und lfing· der Qrenzflfiche 111 ein dielektrischer Spiegel angebracht sein, der die Strahlung 8 reflektiert und die Strahlung 3 hindurchlSsst. Dielektrisohe Spiegel sind aus der Optik bekannt.

Die OberflSohe 115 kann mit einer reflektierenden Schioht, z.B. einer Metallschicht, versehen sein.

Eb sei bemerkt, dass im Prinzip mehr als eine, z.B. zwei steuernde Strahlungsquellen Verwendung finden-können·

Es durfte einleuchten, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen AusfUhrungebeispiele beschränkt ist und dass im Rahmen der Erfindung für den Fachmann viele Abänderungen möglich sind. Es können die Rekombinationsstrahlungsquellen z.B. eine Gestalt und eine Anordnung haben, wie sie in Figur 10 dargestellt sind. Die steuernde Strahlungsquelle 130 enthalt einen Halbleiterkörper mit zwei Zonen 131 und 132, die entgegengesetzte Leitungetypen haben und den pn-übergang 133 bilden. Die Zonen sind mit metallischen Kontaktsohichten 134 und 135 versehen, an die die Anachluesleiter 136 bzw. 137 angeschlossen sind. Die Rekombinationsstrahlung 8 verliest den Halbleiterkörper (131, 132) an der Saite und trifft die gesteuerte Strahlungsquelle 120.

Die gesteuerte Strahlungsquelle 120 enthält einen Halbleiterkörper mit Zonen 121 und 122, die entgegengesetzte Leitungstypen aufweisen und den pn-übergang 123 bilden. Metallische Kontaktschichten für die Zonen 121 und 122 sind mit 124 bzw. 125 bezeichnet und mit Anschluseleitern 126 bzw. 127 versehen. Die Rekombinationsstrahlung 3 verlässt den Halbleiterkörper (121, 122) an der Seite. Zwischen den Halbleiterkörpern (131, 132) und (121, 122) kann wieder ein dielektrischer Spiegel angeordnet

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sein, der die Strahlung 8 hindurch], äs st una die Strahlung 3'reflektiert. Weiter können andere Halbleitermaterialien als die erwähnten Verwendung finden. Der Halbleiterkörper der gesteuerten Strahlungsquelle kann statt aus Galliumphosphid z.B. auch vorteilhaft εν.3 Aluminiumphoschid b-estehen. VJeiter kann mindestens einer der Injektionti-F-ekorabinations-Strahlungsqueller; als ein Injektions-Rekombinations-Laaer wirksam sein.

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Claims

U89426 «26- PHR.77 PATENTANSPRÜCHE»

1. Halbleitervorrichtung mit einer einen Halbleiterkörper ent- . ■ haltenden gesteuerten Injektions-Rekombinations-Strahlungsquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die im Halbleiterkörper infolge der Injektion von Ladungsträgern auftretende Rekombination von Elektronen und Löchern unter Strahlungsemission dadurch gesteuert wird, dass die Elektronenbesetzung eines im verbotenen Band zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband des Halbleiterkörpers liegenden Zwischenniveaus mit Hilfe einer optisch mit der ges.teuerten Strahlungsquelle gekoppelten steuernden Strahlungsquelle gesteuert wird, die eine Strahlung emittiert, durch die im Hllbleiterkörper Elektronen in einen höheren Energiezustand gebracht werden können.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die steuernde Strahlungsquelle ebenfalls eine Injektions-Rekombinstions· Strahlungsquelle ist.

3« Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenbesetzung des Zwischenniveaus dadurch steuerbar ist, dass die von der steuernden Strahlungsquelle emittierte Strahlung Elektronen aus dem Valenzband in das Zwischenniveau zu bringen vermag, während die Rekombination unter Strahlungsemission über dieses Zwischenniveau erfolgt und durch eine Erhöhung der erwähnten Besetzung gehemmt werden kann.

4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper der gesteuerten Injektions-Rekombinations-Strahlungsquelle aus Galliumphosphid besteht, das. wenigstens in der Umgebung des pn-TTb er ganges mit Zink und Sauerstoff dotiert ist. 5· Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch •gekennzeichnet, dass das Zwischenniveau eine strahlungslose Rekombination

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von Elektronen eit LSohern ermöglicht, wodurch wenigstens in einem Teil dt· Strombtreiab.ee der gesteuerten Strahlungsquelle die Rekombination unttr Strählungeemission beschränkt wird, wHhrend die strahlungslose !•kombination und mithin die erwähnte Beschränkung durch eine Steuerung der Kitktrontnbesetzung dee Zwischenniveaus steuerbar sind. f* Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daas dtr Halbleiterkörper der gesteuerten Injektions-Rekombinations-Strablunfaquella atrahlungslose RekombinationsZentren entha'lt, wodurch di# StrahlungaintenaitSt dieser Strahlungsquelle wenigstens in einem fall· ihr·a Strombereiohee in supralinearem VerhSltnis zum die Strahlungs-

Aurehflieeeenden Strom zunimmt. ft Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurah gekennseiohnat, dass der Halbleiterkörper der gesteuerten Injektionslakombinations-Strahlungsquelle aus Galliumphosphid besteht, das wenigstens in dar Umgebung des pn-überganges mit Zink und Sauerstoff dotiert ist und auaaerdem atrahlungslose Rekombinationszentren entha'lt·

β« Halbleitervorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,-dass die Halbleitervorrichtung ein optoelektronisches Schaltelement bildet mit einem elektrischen Eingang, dar an dia gesteuerte Strahlungsquelle angeschlossen ist, und einem elektrischen Eingang, der an die steuernde Strahlungsquelle angeschlossen iaV, wShrend ein photoempfindlicher Halbleiterkörper vorhanden ist, mit dem die gesteuerte Strahlungsquelle optisch gekoppelt ist und an den der elektrische Ausgang des Sahaltelementes angeschlossen ist. 9» Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der photoempfindliche Halbleiterkörper einen pn-übergang entha'lt und in der Umgebung dieses pn-Uberganges von der gesteuerten Strahlungsquelle !,.strahlt wird. ₉₀9₈17/043S

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IC. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strahlungsquellen und der photoempfindliche Halbleiterkörper eine bauliche Kombination bilden. 11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2 und einem oder mehreren der übrigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dat.- von den Bestandteilen der Halbleitervorrichtung, die von den beiden Strvsh quellen und gegebenenfalls vom photoempf ir.dlichen Halbleiterkörper gebildet v/erden, wenigstens z";ei einen s-caei-nsenie-n Halbleiterkörper haben.

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