DE1589318C - Lichtemittierende Halbleitereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Halbleitereinrichtung mit einem länglichen Halbleiterkörper eines einzigen Leitungstyps, an dessen entgegengesetzte Enden ohmsche Kontakte angebracht sind, an die eine Spannungsquelle intermittierend ein elektrisches Feld anlegt. Der Begriff »Licht« soll hier sowohl sichtbare als auch infrarote und ultraviolette Strahlungen umfassen.

Es sind lichtemittierende Halbleiter-Dioden bekannt, deren Halbleiterkörper aus zwei Zonen verschiedenen Leitungstyps besteht, zwischen denen sich ein lichtemittierender pn-übergang befindet (vgl. z.B. britische Patentschrift 1044486). Ein Nachteil dieser bekannten lichtemittierenden pn-Dioden besteht darin, daß Anstiegs- und Abfallzeiten der ,Lichtimpulse verhältnismäßig groß sind. Außerdem ist die Lichterzeugung auf den Bereich des pn-Überganges beschränkt, so daß dort eine hohe Leistungsdichte herrscht, die die Belastbarkeit unerwünscht beschränkt.

Es ist ferner eine Elektroiumineszenzzelle bekannt (deutsche Patentschrift 963 172), die aus einem Einkristall aus Zinkfluorid besteht, an dessen gegenüberliegenden Seilen Elektroden angebracht sind. An die Elektroden wird ein Feld von etwa 10⁵ V/cm und Hz angelegt. Derartige E!cktroii;in:neszenzzellen, bei denen ein Dielektrikum angeregt wird, emittieren nur relativ schwaches Dauerlicht. Man- verwendet solche Zellen ι. B. für Anzeigetafeln oder für Beleuchtungszwecke mit diffusem Licht, während sk als Lichtimpulsquelle unbrauchbar sind.

Aus der deutschen Patentschrift 970 869 ist e: schließlich bekannt, GaAs als elektrolumineszieren des Halbleitermaterial zu verwenden. Im bekannte! Fall ist das Material aber nicht n-leitend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eint lichtemittierende Halbleitereinrichtung anzugeben die sich für die Erzeugung sehr kurzer Lichtimpulsc

ίο hoher Leistung, kleiner Bandbreite und kleinen Anstiegs- und Abfallzeiten eignet.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Halbleitereinrichtung der eingangs genannten Art de,^: Halbleiterkörper ausschließlich aus η-leitendem GaI liumarsenid mit einem spezifischen Widerstand irr Bereich von 0,01 bis 8 Ohm-cm besteht, und daß die Spannungsquelle ein Impulsgenerator ist, der zur Erzeugung einer zu den Impulsen synchronen, oberhalb eines Schwellenwertes der angelegten Feldstärke einsetzenden Lichtemission an den Halbleiterkörpe: ein elektrisches Feld mit einer Stärke von mindestens 1200 V/cm anlegt.

Es wurde gefunden, daß man die Masse eine; solchen Halbleiterkörpers zur Emission von Lichtimpulsen mit extrem steilen Flanken anregen kann Insbesondere wurde gefunden, daß man beim An legen eines hohen elektrischen Feldes kurzer Daue: an einen Halbleiterkörper Lichtimpulse erzeuger kann, die eine Dauer in der Größenordnung voi 10~⁷ Sekunden und eine Leitung in der Größenord nung von 10 Watt erzeugen kann, was mit keiner de erwähnten bekannten Vorrichtungen möglich ist. Be einem spezifischen Widerstand im Bereich von 0,0 bis 0,1 Ohm-cm und einer Trägerbeweglichkeit h der Größenordnung von 5000 cm²/Vs ist die Strah lung beispielsweise um eine Wellenlänge von etw; 9000 A zentriert und hat eine Bandbreite von etw: 150 Ä.

Ein solcher »Massestrahler« gemäß der Erfindun; eignet sich besonders für Nachrichtenverbindungen Wegen der hohen Spitzenleistung und den sehr steile: Vorder- und Rückflanken der Impulse eignen sich di vorliegenden lichtemittierenden Halbleitereinrichtun gen ausgezeichnet für Nachrichtenübertragung^ systeme hoher Kanalkapazität, die mit Impulscode modulation arbeiten.

Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet ist Rund sicht-Radar. Die kurzen Anstiegs- und Abfallszeite; der Impulse ermöglichen das Arbeiten mit seh kurzer Impulsdauer und hoher Wiederholungsfre quenz.

Wenn das Material des Halbleiterkörpers au Galliumarsenid besteht und die emittierte Strahlun dementsprechend in einem schmalen, um 9000 < zentriertes Band im infraroten Spektralbereich emh tiert wird, lassen sich die lichtemittierenden Hall" leitereinrichtungen gemäß der Erfindung in Luftfah; zeugen zur Unterscheidung von klarer Luft von tu; bulenter Luft verwenden. Die emittierte Strahlun im Bereich von 9000 Ä liegt nämlich an der untere Grenze eines Absorptionsbandes der Atmosphär Eine Turbulenz der Atmosphäre erzeugt wahrnehrr bare Schwankungen in Radar-Echos von infrarote Lichtimpulsen, die von einem GaAs-Infrarot-Mass» strahler emittiert wurden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung naiv erläutert, in der ein bevorzugtes AusS'ührungsbeisni der ErfmduM¹» dargestellt ist.

Die in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte lichtemittierende Halbleitereinrichtung enthält ein längliches lichtemittierendes Bauelement 10 aus η-leitendem Galliumarsenid. Typische geeignete Materialien für das Bauelement 10 sind Galliumarsenidkörper, die mit Selen oder Zinn dotiert sind und einen spezifischen Widerstand zwischen 0,01 und 0,1 Ohm-cm sowie eine Trägerbeweglichkeit in der Größenordnung von 5000 cm²/Vs haben. Es wurde jedoch gefunden, daß auch Galliumarsenid höheren spezifischen Widerstandes, z. B. mit einem spezifischen Widerstand zwischen 0,5 und 8 Ohm-cm Licht emittiert, wenn man ein elektrisches Feld ausreichender Stärke anlegt. Die Strahlungsstärke ist dabei jedoch wesentlich geringer wie bei Verwendung von Material mit niedrigem spezifischem Widerstand zwischen 0,01 und 0,1 Ohm-cm.

Ein typisches Bauelement 10 ist etwa 3 mm lang, 1 mm breit und 0,25 mm dick.

An entgegengesetzten Enden des Halbleiterkörpers des Bauelementes 10 sind ohmsche Elektroden 11 und 12 angebracht. Mit den ohmschen Elektroden 11,12 ist ein Impulsgenerator 13 über Leitungen 14, 15 verbunden. Der Impulsgenerator 13 liefert Hochspannungsimpulse, deren Dauer jeweils in der Größenordnung von 10~⁹ bis 10~⁷ Sekunden liegen kann. Die Hochspannungsimpulse 16 erzeugen im Bauelement 10 eine hohe elektrische Feldstärke. Die Feldstärke soll insbesondere einen Schwellenwert zwischen 1200 und 2700 V/cm übersteigen, der genaue Wert des Schwellenwertes hängt vom spezifischen Widerstand des η-leitenden Galliumarsenides ab, aus dem das lichtemittierende Element 10 besteht. Es wurde gefunden, daß das Element 10 auch schon Strahlung emittiert, wenn das elektrische Feld unterhalb des angegebenen Schwellenwertes liegt. Diese Strahlung ist jedoch sehr schwach und kann vernachlässigt werden. Wenn die Feldstärke jedoch den Schwellenwert übersteigt, tritt sofort eine sehr intensive Strahlung auf. Mit steigender Feldstärke tritt dabei keine Sättigung der Strahlungsleistung auf, bis das Element 10 schließlich zerstört wird. Die emittierte Infrarotstrahlung fällt außerdem zeitlich genau mit dem Spannungsimpuls 16 zusammen, d. h. daß die Vorder- und Rückflanke des Strahlungsimpulses isochron mit den Vorder- und Rückflanken des Spannungsimpulses 16 auftreten. Man kann Spitzenleistungen in der Größenordnung von 10 Watt erzeugen und die Verteilung der vom Bauelement 10 emittierten Strahlung ist im ganzen horizontalen und vertikalen Winkelbereich über 180° praktisch konstant.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Lichtemittierende Halbleitereinrichtung mit einem länglichen Halbleiterkörper eines einzigen Leitungstyps, an dessen entgegengesetzte Enden ohmsche Kontakte angebracht sind, an die eine Spannungsquelle intermittierend ein elektrisches Feld anlegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper ausschließlich aus η-leitendem Galliumarsenid mit einem spezifischen Widerstand im Bereich von 0,01 bis 8 Ohm-cm besteht, und daß die Spannungsquelle ein Impulsgenerator (13) ist, der zur Erzeugung einer zu den Impulsen synchronen, oberhalb eines Schwellenwertes der angelegten Feldstärke einsetzenden Lichtemission an den Halbleiterkörper (10) ein elektrisches Feld mit einer Stärke von mindestens 1200 V/cm anlegt.

2. Lichtemittierende Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (13) an den Halbleiterkörper (10) ein elektrisches Feld mit einer Stärke zwischen 1200 und 2700 V/cm anlegt.

3. Lichtemittierende Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (13) einen oder mehrere Gleichspannungsimpulse an den Halbleiterkörper (10) zu liefern vermag.

4. Lichtemittierende Halbleitereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (13) Impulse erzeugt, deren Dauer in der Größenordnung von 10~^!l bis 10~⁷ Sekunden liegt.