DE1539562A1 - Legierte GaAs-Lumineszenzdiode,insbesondere mit geringem Temperaturkoeffizienten der Intensitaet und mit hoher Ausbeute - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELISCHAi¹T München 2, «j 4 APR 196 9 Berlin und München Witteisbacherplatz 2

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legierte GaAs-Lumineszenzdiode, insbesondere mit geringem Temperaturkoeffizienten der Intensität und mit hoher Ausbeute

Zusatz zu Patent 1 258 980

Die Erfindung betrifft eine legierte GaAs-Lumineszenzdiode, insbesondere mit hoher Ausbeute und niedrigem Temperaturkoeffizienten, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung (Legierungs-Temperaturprogramm) und ist eine Weiterbildung der im Patent 1 258 980 bereits

^Rb/R1 909881 /0427"

N2Ue- Unterlagen (Art 7 ä I X>», 2 Nr. l Sau 3 Jcs Änderunase<-i λ 4. 9. lsö7i

SAD

III V

beanspruchten legierten Λ B -lunineszenzdicdc ir.it geringem Temperaturkoeffizieiiten und hoher Liehirauobeutc.

In den genennten Hauptpatent wird beschrieben, da'3 eier Temperaturkoeffizient der Intensität, ^, eir.er legierten GaAs-Lunir.easenediode gegenüber einer diffundierten um. etwa eine Zehr.erpotens geringer ist und ur.tcrhnl:. Q₁- ---

liegt, in Zir.rr.crtempera turbereich ocgar gegen Null go}.·;.

W Die hohe Ausbeute und der gleichseitig geringe Temperaturkoeffizient konnten dnra^!; erklärt werden, daß die lurrincczenzotrahliuig einer legierten Dicde in Vergleich zu einer diffundierten merklich langwelliger ist und dcchalb, celbot bei Tenperaturerhohung, d.h. selbst bei Verbreiterung der Energiebänder ia zu durchdringenden Halbleitermaterial, kaum absorbiert wird.

Bei der vorliegenden Erfindung wird darüber hinaus zur Srhühung der lichtauobeutc noch von der Beobachtung Gebrauch g.ecacht, daß die Lunineczenzctrahlung von der Orientierung des ebenen pn-4jbergangc abhängt (vgl.Pig.1). So hat sich gezeigt, daß die Intensitäten bei nach (100) orientierten pn-übergang besonders intensiv ist.

Weitere Einzelheiten über die Abhängigkeit der luninec-. zenzötrahlung von der Orientierung dec pn-tJbergango, sowie über eine geeignete Legierungsr.othode zur Heratellung einen gleichoäßig ausgebildeten und z.BV

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nach (100) orientierten pn-Übergangs sind in folgenden und anhand der Figuren T und 2 näher erläutert.

Untersuchungen an legierten GaAc-Lumiiieozenzdioden haben ergeben, daß sich die Intensitäten bei Orientierung des flachenhaften pn~Übergango parallel su (100), (TTT) = (111)Aa und (11T)Ga etwa wie

■ . τ . τ . τ fi ■ · Λ » 1

verhalten. Die Orientierungen (TTT) und (111) müssen in

III Y der polaren Zinkblendestruktur der AB -Verbindungen,

hier dec GaAs, unterschieden werden. Die Richtung von einen A .zu einen 3 , hier also von Ga zu Ao, entspricht [111 j und die Kristalloberfläche (111) ist nit Ga besetzt. Die entgegengesetzte Richtung, hier also von As zu Ga, ist dann [ TTT ] und die Kristalloberflache ■ (TTT) ist mit As besetzt. Infolge der Polarität der Bindung ergeben sich auch energetische Unterschiede und damit vinterschiedliche spektrale lagen des LuiainecsenE-für die verschiedenen Richtungen.

In Fig. 1 sind die Ergebnisse veranschaulicht. Über der Riotoenergie hy sind für 300 ⁰K die relative Intensität I der lurninesEenzstrahlung und der Absorptionskoeffizient

ο ^tN _n dea n-Zonennaterials aufgetragen. co

OO CX)

^ Man erkennt deutlich, daß die Lurainessensstrahlung

t^ diffundierter.Dioden, Kurve a, energiereicher ist als die

>? legiertei" Dioden, Kurven b, und nahe der Absorptior.skante,₍

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Kurve c<_n, des zu durchdringenden Materials der n-Zono liegt.

Zur Erzeugung gleichmäßig ausgebildeter, ebener pn-Ubergünge der jeweils gewünschten Orientierung hat sich folgendes Verfahren als optimal erwiesen. Nach den an oich bekannten Preßpulververfahren werden Scheiben eir.er den Dotierungsstoff enthaltenden Legierung, hier z.B. eir.er (Zn,Sn)-Legierung, zusammen rait GaAa in Graphitpulver ge-. preßt. Damit gelingt eo, dan Zusammenlaufen der Scheiben zu Kugeln (die Legierungotemperatur liegt höher als die Schmelztemperatur der (Zn,Sn)-Legierung)^ so daß keine flüchenhafte Benetzung entstände, zu verhindern und p-Zonen mit einen Durchmesser von einigen mm und einer Dicke von einigen bis zu etwa 30/um herzustellen,, die nur am Rand von Flüchen anderer Indizierung begrenzt cUnd. Diese Flächen lassen sich jedoch leicht durch Ätzen be₇ seitigen. Das Einlegieren selbst erfolgt zweckmäßig nach dem in Fig. 2 skizzierten Legierungs-Temperaturprogrammj über der Zeit ist die Temperatur T aufgetragen: Zur " Erzielung einer gleichmüßigen Benetzung werden die Proben vor dein eigentlichen Einlegieren zunächst einige Minuten (ca 10 Min".) auf Temperaturen von 350 - 400 ⁰C gehalten. Die Einlegierung seibot erfolgt dann in einen Tcnperaturintervall zwischen 520 und 600 ⁰C; bei zu niedrigen Temperaturen ergibt sich oft eine ungleichmüßige Auflösung des GaAs, bei höheren Temperaturen entsteht'keine p-potierung (wahrscheinlich wegen zu starken Abdampfens des. p-dotierten Zn). Un gleichmüßig dicke Rückkristallisations-

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•schichten und damit gleichmäßige.und ebene pn-Übergangc zu erhalten, muß die anschließende Abkühlung langsam und · gleichmäßig, z.B. innerhalb von ca 30 Min. bis auf ca 400 ⁰C, erfolgen. Danach kann schneller abgekühlt werden.

In der Pig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemüßen GaAs-Iumineszenzdiode angegeben und durch die Tabelle erläutert. Die Halbkugelform für den n-Typ-GaAs-Kristall ist deshalb vorteilhaft, weil so die sonst infolge des hohen Brechungsindex von GaAsVTotalreflexionsverluote an der Grensflache gegen Luft erheblich vermindert werden können.

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Tabelle

Nr.	TeiIbezeichnung 1 ι in ι . ,.<	Material	Dimenoionen/mni	Dicke: 0,2 Durchmesser:2,2	Bemerkungen
1	Krintall	GaAo n-Typ	Höhe:1,0 Durchmesser:2,O Höhe:O,3 Durchmesser:O,5	Dicke:O,05 Innen^:1,3 \ußen^:2,2	Halbkugelform Legierung zur Herstellung des p-n-Übcrgangcc
2 3 4 _	Mittelkontakt	Sn-Zn (>0,3?° Zn)	Dicke:0,4 Innenjtf: 1,3 Außen-:5,O	vergoldet, gro£e V/ürraeleitf ,u.Aus- dehnungckoeff.an GaAa angepaßt
6 7 8	.Grundplatte	Mo	Dicke:O,05 Außen-:2,0	zur Herstellung der Lötverbir.dun mit d.Grundplatt·
9	Ringkontakt	Sn-Pt (1 95.Pt)	Dicke: 1,0 Innenfo: 1,2 Außen-:2,2	Heroteller: Frenchtown Porcelain
Isolationsring	Keramik ra. Hickelme- tallisierü	Sn foicke: 0,05 ilnnenjtf: 1,2 |Außen#:2,2	zum Verlöten d. Grundplatte mit d.Keramikring (metallisiert)
Lötring	Cu !Länge: 2,5 iBreitc:0,5 i	Cu-Netζ vergold. Maschenv/eite: 0,055 Drahtstürke: 0,035
Kontaktatreifen	Ni	vergoldet
Deckel	Ag	Ausgleichsotück f.die Dicke des Kontaktstreifcna
Ausglei chsring

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Ec sei noch bemerkt, daß ansteile der (Zn,Sn)-Legierung auch eine andere Legierung, beotehend aus wenigsten einen Metall der 2. Gruppedes Periodensyctens anstelle des Zn, und wenigstens¹ einen Element der 4· Gruppe anstelle des Sn, verwendet werden kann.

2 Patentansprüche

3 Figuren

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Claims (2)

1. Patent ansprüche

   M. Legierte GraAs-Lumineszenzdiode, insbesondere mit geringem Temperaturkoeffizienten der Lumineszenzintensität, -«<0,5 -~ t und hoher Lichtausbeute, nach Patent

   G
   1 258 980, dadurch gekennzeichnet, daß der pn-übergang eben und parallel zu einer (100)-Kristallfläche orientiert ist.
2. 2. Legierungsverfahren zur Herstellung einer öaAs-Lumineszenzdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Scheibe einer (Zn,Sn)-Legierung zusammen mit einem n-Typ-GaAs-Kristall der gewünschten Orientierung nach dem an sich bekannten Preßpulververfahren in Graphitpulver gepreßt, daß die Proben vor der eigentlichen Legierung zunächst einige Minuten, ca. 10 Min., auf etwa 350 - 400 ⁰C gehalten, daß die Legierung dann in einem Temperaturbereich zwischen 520 und 600 ⁰C und die anschließende Abkühlung langsam, und zwar in ca. 30 Hin» auf etwa 400 ⁰C und erst danach schneller, vorgenommen werden.

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   tArt. > 4i "-4 ^ Nr. l Satz 3 *c~ .V.uerungsgej... 4. J. Uo/,-