DE1589274A1 - Elektrolumineszenz-Halbleitervorrichtung - Google Patents

Elektrolumineszenz-Halbleitervorrichtung

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DE1589274A1 DE19671589274 DE1589274A DE1589274A1 DE 1589274 A1 DE1589274 A1 DE 1589274A1 DE 19671589274 DE19671589274 DE 19671589274 DE 1589274 A DE1589274 A DE 1589274A DE 1589274 A1 DE1589274 A1 DE 1589274A1
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Description

'•ülektrolumineszenz-IIalbleitervor richtung".
Es ist bekunnt, dass die Vorrichtungen mit einem IJalbleiterkristall mit einen ElektrolumineszenzQbergang eine geringe- Lichtausbeute haben, eine grosso Menge „Srni dissipieren und in allgemeinen die Lichtausbeute bei ansteigender Temperatur abninnt.
Aus diesem Grunde wird die Grundplatte, auf der der Kristall montiert wird und die auf der der Lichtaustrittseite entgegengesetzten Seite angeordnet wird, im allgemeinen derart aufgebaut, dass sie eine mSglichst grosse Henge der entwickelten Y.Srme abführen kann« üolche Grundplatten kQnnei jedoch nicht die arme der gegenüber liegenden Kristallteile absorbieren, also nicht von den den Liohtauetrittfliehennaheliegenden Teile des Kristalies.
Um den Wirkungsgrad einer solchen Vorrichtung mit eines durch Diffusion erhaltenen Ueberganß zu erhöhen, wird bevorzugt, die Auetrittseite in dem Kristallteile, mit der geringsten Dotierung unterzubringen· Dabei duroi -!siiuert die auBgeiandte Strahlung zwischen dem Uebergung und der erwShnten
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Jeite Kristallschichten niedriger Absorption des DieleLtriktyps, v.'liirend das Gebiet mit der hocheten Dotierung eine erhebliche Absorption des metallischen Typs aufweist.
Eine solche Vorrichtung übertraft das nucgeeandte Licht j(doch schlecht, da tie ein selektives Filter bildet, das die Thotoncn mit einer Energie von mehr als 1,40 eV absorbiert, die von dem Ueberganc erade in grossen Anaahlen emittiert ner-len.
Die vorliegende I rf indunj beabsichtigt diese iiachteile zu beheben.
Gemäas der o'rfinduiijr wird eine Vorrichtung .viit einen Halbleiter-Kristall mit einem Elektrolumineszenzubergur.g, der liesen Kristall in zwei Gebiete verschiedenen LeitfähijjkeitBtypa und verschiedener Verunreinigunyckoiizentrationen auftci.t, dadurch gekennzeichnet, dass auf ier eite deo Kristalles, no die von dem erwähnten leberganj auageaandte strahlung heraustritt, iiittel angebracht sind, die im Innern des Kristallee zwischen dem lieb rgang und der erwähnten Austrittseite einen solchen Teraperaturgrndienten erzeugen, daao der Uebergang eine höhere Temperatur hat als die von der Strahlung durchquerten Kriatallachichten.
Diese Mittel «erden vorzugsweise Auf dem Kristalljjobiet ait niedriger Verunreinigungskonzentration ait der Absorption deo dielektrischen Type angebracht. .
Wie dies nachstehend an Hand der Fig. 2a und 2b naher erlSutert wird, verringert sich die Absorption der die verschiedenen Kristallechichten durchlaufenden Strahlung derart, dass die maximale Ausstrahlung eine höhere Intensität und eine höhere Energie hat als die, welche beim Fehlen der Mittel naoh der Erfindung erzielt wird.
In einer ersten Ausführungsform werden diese Mittel durch einen festen durchsichtigen Körper gebildet, der die ..ame verhältniamlaaig gut leiten kann, z,3. aus Aluminium oder Glucin, welcher KSrper teilweise die
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Wanne der naheliegenden Kristallteile absorbieren kann. _
In einer zweiten .»usführungsfora dieser Vorrichtung wird der Temperaturgrad ic nt mittels einer !flüssigkeit erhalten, die in einer für die auagesattdte Strahlung du-rchlHssigen iiüllr untergebracht ist.
. Die \(ahl dieser Flüssigkeit erfolgt nicht nur auf Grund ihrer thermischen Eigenschaften sondern auch auf Grund ihrer optischen Eigenschaften. Die Masse» welche die-Strahlung durchlauft,, entweder eine feste Masse oder eine umlaufende Flüssigkeit und die iiSlle dieser Flüssigkeit bilden das ganze optische System oder einen "eil desselben der elektroluraineszieren deijfyorriohtung .
Der Brechungsindex n_ der betreffenden Flüssigkeit kann insbesondere mit Rücksicht auf den Brechungsindex n* dec Ilalbleiterkristalles und den Brechungsindex n_ der Umgebung derart gewählt worden, dass bestimmte Eigenschaften des optischen üystems erzielt werden.~Ών kann z.B. die Reflexion am Glas verringert werden, indem n? ein Wert von nahezu nn χ= V n.nT erteilt v.ird.
■ «· ■ * ' j
Es ist vorteilhaft, in bekannter ,eise dem Körper und/oder der Hülle die Form eines sphärischen Diopters zu erteilen, dessen dem Hittelpunkt am nächsten·liegender aplanar Punkt in der NShe des elektrolumineE-Eierendon Ueberganges angeordnet ist.
Es ist bekannt, dass, wenn die Drechungsindizen des Körpers und dei Flüssigkeit mit ihrer Halle nahezu den Index des Kristalles gleich sind eine sogenannte a-planare Vorrichtung erhalten wird, so dass nahezu alle vor üebergang ausgesaudten .strahlen auf der Seite des Sphärenteiles (WeierstrasE Sphäre) heraustreten, da die GeBaiatreflexion an der Strahlungaaustrittseite grossenteiles unterdrückt wird·
Ausserdeo ist bei einer solchen Vorrichtung der Oeffnungswinkel des heraustretenden Bündels derart, dass sein '. inus gleich dem Umgekehrten
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des Brechur.gßindexes dec emittierten Lichtes an der eierstrasa Sphäre ißt, wobei dac- Diagramm der erhaltenen 'Strahlung nuf einen Kegel mit kleiner Qcffnung beschränkt ist und nicht in einem Haunnfinkcl von 2 fT Steradian ver-'> reitet, wird. . ■
Me Erfindung schafft wesentliche .Vorteile« Sie erlaubt insbesondere die. Erwärmung ,zu verringern und einec der Gebiete der Diode auf einer konstanten Temperatur zu halten, welches Gebiet die geringste Dotierung hat und des n-LeitfähicUeitBtyps ißt, während daß Gebiet des entgegengesetzten Leitfähitjkeitstypa eich unter der ■irkung des ,'itrondurchgunges erwärmt und schnell seine GleichgewichtEtcmperatur erreicht, ilierdurcli entsteht ein Temperaturgradient durch den Kristall und eine Zunahme des emittierten Licht flußc-es, wodurch der Wirkungagrad der elektrolumineazierendon Vorrichtung erheblich verbessert wird.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der
Fig. 1 im cchematischen Schnitt eine elektrolumineszierende Vorrichtung mit den Mitteln nach der Erfindung zum IJrzeugen eines geeigneten Temperaturgradienten in dem Kristall dieser Vorrichtung,
die Fig. 2a und 2b die /iböorptionskurve bzw. Lichtemioeionekurve und deren Veruchiebung als Funktion der Temperatur einer elektrolumineezier-i· enden Vorrichtung,
Fig. 3 eine /»bart der Mittel zum Erzeugen eines TeraperaturgradienteJ in Innern einer elektroluciineßzierenden Vorrichtung «eigen.
Die in Fig. 1 dargestellte elektrolmnineezierende Vorrichtung enthält einen lialbleiterkristall 1 z.B. des n-Leitfähigkeitßtypß. In diesem Kristall ist z.B. durch Diffusion ein Uebergang 2 zwischen einer Zone 4 des Leitfähigkeitstyps dec Kristallee 1 und einer Zone 3 des entgegengesetzten Leitfähigkeitstype gebildet, Dieeer üebergang kann eine Strahlung durch die durchsichtige ^one 4 emittieren, die duroh einen KSrper B abgekühlt
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wird, der auch durchsichtig ist und aus Aluininiu£oxyd oder Glucin besteht.
Dieser körper hat einen grooscn Umfang in bezug auf den Kristall 1 und absorbiert teilweise die V.Hrme der naheliegenden Kristallteile, wodurch ein solcher Temperaturgradient erzeugt wird, daes dar l!ebergang eine höhere Temperatur hat ala die von der Strahlung: durchlauf en en- Kristallschichten. Pig. 1 zeigt einen Kristall des n-Leitfähigkeitstypo. -elbatferntändliqh könnte auch ein vorzugsweise schwach dotiertes Material des p-LeitfShigkeitatyps verwendet werden, in dem s»2. durch Diffusion eine n-Typ 'hochdotierte Zone angebracht wird. In dieaea Falle wird das Licht durch ein p-Typ Kedium an "Jtelle eines η-Typ Mediumö ausgestrahlt, aber der Kuhlungakörper nach der Erfindung behält seinen vollen .arkungsgrad.
Die Kurve 21a der Fig. 2a zeigt die Aenderungen des Absorptionekqeffiaienten CMj (in cn" ) einer elektrolunineszierenden Vorrichtung als -Funktion der WeIlenISnje. \ (in Angstrom) der von dein.Uebergang ausgestrahlter Strahlung, und die Kurve 22 der Fig* 2b zeigt die Aenderungen der Spektralemission τ*- « f (J\) des Uebergangea dieser Vorrichtung als Punktion der Energie {in eV) der ausgeaandten Strahlungt wobei^ff die Qesamtausbeute der Vorrichtung bezeichnet» Die Kurve 22 wird empirisch gefunden, wobei der
100 · ,φ- .
..'ert/für daa Maximum S -τ·**· angenommen wird. Diese zwei Kurven 21a und 22 beziehen sich auf eine elektrolumineszierende Vorrichtung ohne die litte1 nach der Erfindung-im l'emperaturgleichgewiohtssustand. Der tatsächlich von dieser Vorrichtünig auagesandte Lichtstrom wird durch die Kurve 23a dargestellt, die eine Kombination der Kurven 21a und 22 bildet, wobei das üaisaioi maximum bei X angedeutet ist»
Bei einer bestimmten Energie E tritt somit eine '.VellenlSnge χ ein» Die V.erte sind in der Weise auf die Koordinaten aufgetragen, dass eie ι«ί-einanöer gelegt werden können»
die Kittel nach der Erfindung bei dieser elektj?olumineezi*rtnt·
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- ά - rim.2276
Vorrichtung verwendet werden, wodurch lie ar; wenigsten dotierte l^one abge- " kühlt wird, entsteht ein Teni eraturgradiei-t n-aiachen der sch«a h dotierton ^-ne un I dem Jeberjang, Dies bringt tine Verschiebung der Absorptionakurve 21a nach einer Lage 21b nit sich, die weniger hohen V el lon la;, je entspricht, hingegen, bleibt, die Kurve 22 praktisch ungo:!:· k:rt. bei einer beoticritcn ..ellenlwii^u- ::. . OCOO A ändert aid; somit die J:ektrahlt>r.iission des
Überganges nicht* währoii.l die Lichtabsorption der an wenigsten dotierten uono sich verringert. Daher verschiebt sich die ..urve tle3 von der elektroluraineaaieronden Vorrichtung ausgesandten Lic;tflusses durch diese .»bköhl- uii-ji von 23a nach 2^b, wobei das iJiaisL-ionjaaxinun bei V liegt, und eine höh: re Intensität und Energie aufweist, als ύαν l'axltmn. bei X. Die I ho ton en r.it einer x,nergie höher als 1,4^ C/ werden da^er bvdcu.tend weniger .absorbiort.
Fig.. 5 ae"i,-;t eine besondere vorteilhafte Auüführungsx'Orr.i -ler Brfindun;; vA t cinc-r Flüssigkeit, die lure}, tin ephäriccl.ea Diopter (V/eiorstrass ijph"re, fliesst»
Die in dieser Figur dargestellte Vorrichtung enthält einen dotierte2i, xhei^ui-förnice:. Kristall 1 z..>, dec"n~ .eitfi!higl;eitstyrs. Durch eir:e der uberfläöLen dieses .".rißtallos wird z,'. , durch diffusion ein Uebergang 2 gebildet, der die ..trahlung auesendet u.v.% eine ~,or;e 4 ^eB Leitfahigkeits» . tyi)s des vristalle3 1 von einer üoiie 3 des entgegengesetzten LeitfShigkeitatyps trennt. i)ie OberfiSche der -uone 5 wird ßit reflekti-rendeia »».etall zur Bildung eines Spiegels 5 versehen. Der j.ri3tall 1 wird bei 8 auf der gleichen Seite dee Spiegels aber ausserhalb denselben durch Weichlot z.B. .iinn auf einer aetallenen'ftpundplatte 6 festgelötet, die auf der dem Kristall entgegengesetzten :;eite durch ein Bohr 6a verlängert ißt, das als Klemme dient, die negativ iet* wenn■" d:er Kristall des n-i.eitf**iiigkeltstypB ist. Me Oberfliiclie 7 des ilrietalles gegenubex der Grundplatte 6 ist volüsonsien flach
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und poliert und oteLt ir. .ier":.rur..r r.it cir.er laii.inüjüij^j.eitt die durch den Kaum Ja Xl ic cc· t.
Dieser i.äün v/ird von einer eteifen, uurchsichtigcn -and '} z.*,-* nus uqt;: becrenct, die ein sphärisches L-iorter. bildet und derart angeordnet " q-t, dass .der lieber^T-u; .η i;tr .:.*"hc den apl.ru«t.ren * ur.Ittes'neci.ct tier: . ittelfunkt liet;t,Die and 9 '-ird cn dc-i Grundplatte 6 aus .^ut leitender, l'aterial c*->3·"...;i:Qkelkupfer nittelc eines KlebctoficG 10 z, . ..pcxiliars befcatiot« Die ,,and .9 li£it zwei üeffnun^en iur ..ufnahmo von awc-i iiuohcin 111 durch welche slie. i.üIrlflüsEigkeit flicscen kann, tieren jSrecLun^siiidex nahesu gleich dem des dotierten Kriatallee gewählt wird und die z.Ii. aus Lethj leniodid (n .= 1,75). bestehen kann, wenn'der Kristall au a Gulliuuursenid besteht.
Ein zjiindrieoi.er J. etr.llßtiit 12 iruter leitfähigkeit z.B. aus uilberküpier -wird auf der freien Oberfläche dec öpiegt-ls 5 angebracht. Der Kontakt kann vorteilhufterv;c-it3C durch Lote;, hcrgcftellt vverden, soferi; das Lütverialiren die oititrci.en KiGenücli-ften des; Jpi(.{;tliJ nicht beeil.trSchtigf und kein Fun t der rcfifiUtiorenflc!! überfil'cl.c jeSndert v/ird.
Ein steifes Rohr 13 sus Isoliermaterial z.I. ulaa wird zv/iecLen der Grundplatte 6 und dein Utift 12 angebracht und der Kaum 14 zwischen dem Rohr 15, und dem Kristall einerseits und der Grundplatte 6 und dem Stift Vi. andererseits ist mit einem leoliernaterial s.B» gegOBBenem Epoxiharz a^agefüllt, so dass eine mechanische Festigkeit erzielt wird,
.:.". Der ütiift 12 ist langer als die Rohre 6a und IJ so dass sein Ende die zweite Klemme der Vorrichtung bildet, die positiv in diesem Beispiel ist;. ■" : ..-...-, :
Selbstverständlich kann der Kristall 1 durch einen kleineren Körper B abgekühlt v/erden j wenn die sei lait Kühlrippen vereehen ist· Auch die .Wand 9 könnte-'jnit. eolchen Rippen versehen sein, die in bestimmten FSllen c. in on Umlauf einei· FlGs3igkeit verhüten können. Die Flüssigkeit vvird dann durch diese Hippen gekühlt. 00 9 8 10/ 10 5 3

Claims (1)

  1. pArji:..-T..::s" kueche ι ..
    1. Halbleitervorrichtung nit einem halbleiterkörper Ki^ zvvoi Zonen eiitgegGKTeoetsten- Loitfiihit,]:c itr-typ.o und verschiedener Dotierung·, welche Zoriei/ciric-n eloktrGlmninessiereiiden p;!-Uebergung bilder; j dadurch gakennzeieh- y.c'uf du ε u auf eier Überflüche, au ο der die voi. diene/.! ucbcrgnng auögeüandte . tr;.;:luuj; :,craußtritt» !«ittcl !Angebracht ui:.d, uu eii.cn TempernturgraSienten zu erzielen, wodurch iu Betrieb der pn-Uebcrßitrit; ei;<e höiie-re Temperatur anr.im.jt| ale diejenigen Teile des lialbleiterkcr} ort;, 'lic vou der t-.u ρ gesandten ütrUiluttiT durchlaufen v/erdet,. .. ,
    2. Halbleitervorrichtung nuoh Anopruch l,.dadurcl. jüLc-in.^t icr.net, (iaoä >.uj. iiuxbltiteri:ori;er au α -Jalliuinarac-nid beeto-ht.
    >. iiulbleitcrvorrichtunti i'.ach. Anypruch 1 öler 2, dadurch gel.emizeichnet
    erva"i,iitci: I.ittc-1 uuf d.or ai:, v,onigstc.i. 'lotir.rtun Zo:.o ar j gebracht
    4. · uaibleitcrvorric^tuiit: nach eineu der ,vprhergelieijderi ληβi'T'ioh.01 dadurch gel.eiuiaeichriet»■ dacc die ervfu'Jii.ten Kittel ei;, /kühlmittel crithalten, (iaa-. f"+' "die. aucgoaajidte - truiilutig durchlässig uud auf der 1^ tr; h].uri,.i:au3trit.tfii'c.ic, angebracht ist. --.,.,..-..-. ·. .
    5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4j dadurch gekennzeichnetf dass der ürechungEiiidex des Kühlmitteln nogliohat nahe den irechungsijidex dea iialbloiterLörpers gewäiüt wir ti. ·
    6. Halbleitervorrichtung nach Anopruch 4 oder 5t dadurch gekennzeichnet tiacs das Kühlnittel aua einen l'ectjtoff hoher .ärnoleitfähigkeit und hoher .ärnelrapasität bet-tcht.
    7» Halbleitervorrichtuiig nach Anopruch Ct dadurch gekennzeichnet, dass
    •las Ilühlmittel auc Aluniniunoxyd bestellt»
    i· Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6» dadurch gekennzeichnetf
    dass dae Künlnittel aus üluoin besteht· '
    .. Halbleitervorrichtung nach Anapruch 4 odor 5». dadurch gelcennacich-
    :;ct, daes die erwähnten . ittel eine Hülle besitzen, die fur die aüsgesandte ptrahlung durchiUseig'leife und ein fl33üigei3 Kür.lnittel enthalt»
    - 0098107 1063 V ,
    BAD
    ΙΟ. Halbleitervorrichtung, nach -»napruch ], dadurch gekennzeichnet, dass
    due flüjüi^e Kühlmittel dip iiülle durchströmt.
    V). lialbleitervorrichtuxii; nuah einen oder nohroren der vorhergehenden
    4n.;ijr^uhe, dadurch -{jekeni-aeic-hnet, das ο die ■ crviiiimten I.ilttel die i'orm eines Kugc-lsegraentea haben» de α 3 en aplanaror iunkt näciißt dam iCujelciittelpunkt in der IiShe dea.. pn-Uebergauges liejt.
    12, Halbleitervorrichtung -l.ach Anspruch J, deren Halbleiterkörper aus
    Galliuiaaroenid besteht, dudurch jcl-.ejir.zeichnetr dauü da3 KShlmittel aua Iilotliyleniodid besteht.
    1^. Halbleitervorrichtung nach Anspruch Jt dadurch gekennzeichnet, dass die nulle aus Quarz besteht. ·
    14. Halbleitervorrichtung nach eine» oder nehre'ren der vorhergehenden Anaprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zone, auf welcher die erwähnten laittel angebracht sind, η-Leitfähigkeit aufT<eiBt. *
    15. üalbleitervorriclitung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anaprüclie, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähntenMittel Kühlrippen enthalten.
    SAD ORIGINAL 009810/10$3
DE19671589274 1966-12-28 1967-11-15 Elektrolumineszenz-Halbleitervorrichtung Pending DE1589274A1 (de)

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