DE1639359B2 - Elektrolumineszente halbleiterdiode - Google Patents

Description

zur Übergangsschicht erfolgt, muß das

emittierte Licnt ebenfalls größere Längen hoch dotierten und daher stark absorbierenden Halbleiterniatefiais durchlaufen.

In der Literaturstelle »Journal of Applied Physics« Vol. 37, Nr. 2, Februar 1966, S. 893 bis 898, die sich jBit Interferenzerscheinungen in einer elektrolumineszenten Halbleiterdiode mit Lichtemission qu?r zur Übergangsschicht befaßt, ist der Einfluß der Dicke

zwischen 5 und 7 · 10" cm-³ odsr mehr. Mit einer solchen entarteten Dotierungsschicht ergibt sich eine besonders hohe Lichtemission, insbesondere eine induzierte Lichtemission.

Zum Beispiel bei einer Diode mit einem Halbleiterkörper aus Galliumarsenid, Indiumarseuid, Indiumantimonid, Galliumphosphid od. dgl., wo die Strahlungsrekombination in der P-Zone auftritt, kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die hoch

der aktiven Emissionszone am Übergang aufgezeigt. io dotierte Schicht innerhalb der P-Zone als P⁺-Scbicht Auch hier handelt es sich jedoch um gleichförmig ausgebildet sein. Entsprechend kommt bei hoch dotierte, degenerierte Halbleiterzonen beiderseits des Überganges mit entsprechend starker Ab

sein. Entsprechend Kommt oei emer Strahlungsrekombination in einer N-Zone eine Ausbildung der hoch dotierten Schicht als N⁺-Schicht

...-_n__ö_„- . innerhalb der N-Zone in Betracht. Die beiden letzt-

britischen Patentschrift 1 028 782 eine elektrolumines- 15 gerannten Abführungen können femer in Form zente Halbleiterdiode bekannt, bei der eine parallel eines Halbleiterkörpers mit der Schichtfolge PP⁺N⁺N

zu der PN-Ubergangsfläche verlaufende Oberfläche " '" " " ~^:* ~^: —

des Halbleiterkörpers als Spiegelfläche ausgebildet ist

sorption. Im übrigen ist hieraus wie auch z. B. aus der

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schafkombiniert werden, wobei sich die Möglichkeit einer entsprechend zweiseitigen Abstrahlung ergibt. Ferner

- - kann mit Vorteil in an sich bekannter Weise eine

fung einer elektrolumineszenten Halbleiterdiode mit 20 parallel zu der PN-Übergangsfläche verlaufende Ober-Verminderten Absorptionsverlusten bei hohem Emis- fläche des Halbleiterkörpers als Spiegelfläche aussionswirkungsgrad. Die erfindungsgemäße Lösung
dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einer Halbleiterdiode der eingangs erwähnten Art dadurch, daß die
hoch dotierte Schicht auf eine Dicke begrenzt ist, die 25
innerhalb der Diffusionslänge der Minoritätsiaüür.g?-
träger der ersten Zone liegt, und daß anschließend an
die hoch dotierte Schicht die erste Zone eine gegenüber
der hoch dotierten Schicht geringere Störstellendichte

aufweist. 30 zwischen 77 K und Zimmertemperatur und bei einer

Da die Dicke der hoch dotierten Schicht im An- Störstellenkonzentration zwischen 10¹⁸ und IO¹⁹ cm-⁸ Schluß an den PN-Übergang nicht größer als die etwa zwischen 1 und 3 μ liegt. Bei einer Temperatur Diffusionslänge der Ladungsträger ist, erfolgt die von 77⁰K ist die Diffusionslänge für den genannten Rekombination der aus dem Übergang injizierten Konzentrationsbereich etwa 1 bis 1,5 μ. In Gallium-Ladungsträger im wesentlichen innerhalb dieserSchicht. 35 phosphid liegt die Diffusionslänge von Elektronen In der hoch dotierten Schicht liegt die Zustandsdichte normalerweise zwischen 4 und. 5 μ. Im übrigen hängt innerhalb der Energielücke, so daß die Wellenlänge die Diffusionslänge von Ladungsträgern in komplides emittierten Lichts groß wird, d. h., die Quanten- zierter Weise von zahlreichen Größen ab, z. B. von energie ist gering. Andererseits ist in den die hoch Temperatur und Störstellenkonzentration, sie kann dotierte Schicht einschließenden Zonen die Zustande- 40 aber im allgemeinen durch Messung ausreichend

gebildet werden. Auf diese Weise läßt sich eine hohe Ausgangs-Lichtintensität auch in Richtung quer zur Übergangsfläche erreichen.

Zur Orientierung hinsichtlich der Diffusionslänge sei noch bemerkt, daß diese z. B. bei Galliumarsenid, wo die Strahlungsrekombination in der P-Zone auftritt und die Elektronen aus dem PN-Übergang in die P-Zone injiziert werden, in einem Temperaturbereich

dichte innerhalb der Energielücke klein, und das erzeugte Licht wird nur wenig absorbiert, da die Stör-Stellenkonzentration vergleichsweise gering ist. Deshalb kann das in der hoch dotierten Schicht erzeugte Licht, auch wenn es in die anschließenden Zonen eindringt, in den Außenraum gelangen, ohne daß es in diesen umgebenden Zonen absorbiert wird. In der hoch dotierten Schicht ist der Lichtemissions-virkungsgra'1 infolge der hohen Störstellenkonzentration größer.

bestimmt werden.

Die Erfindung wird an Hand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

F i g. 1 (a) bis 1 (e) zeigen perspektivische Ansichten einer elektrolumineszenten Halbleiterdiode (im folgenden kurz »Laserdiode« genannt) nach der Erfindung in verschiedenen Stufen der Hersteiiutig;

F i g. 2 zeigt ein Diagramm der Störstellenverteilung

Deshalb begünstigen die starke Lichtemission in der 50 innerhalb des Halbleiterkörpers; hoch dotierten Schicht und die geringe Lic'.nabsorption F i g. 3 ist eine Seitenansicht einer weiteren Aus

führungsform der Erfindung;

F i g. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Laser

in den anderen Zonen die Lichtemission nach außen merklich.

Unter der Dicke der hoch dotierten Schicht ist die diode;
effektive Dicke zu verstehen. Eine Dicke gleich der 55 F i g. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Laser-Diffusionslänge der Ladungsträger dieser Schicht ist diode nach der Erfindung, und vorzuziehen und legt damit die Obergrenze des effektiven Dickenbereiches fest. Eine die Diffusionslänge

überschreitende Dicke führt zu einer starken Zunahme

F i g. 6 zeigt einen Schnitt durch ein anderes Beispiel einer Laserdiode nach der Erfindung.

^v..,..,, F i g. 1 (a) zeigt einen Einkristall 11 aus N-leitendem

der Absorption des emittierten Lichts. Andererseits 60 Galliumarsenid mit einem Telluriumgehalt von 2 · 10¹⁸ muß die hoch dotierte Schicht eine ähnliche Dicke Atomen/cm³ und mit einer Dicke von etwa 300 μ. Auf haben, damit man die durch die Erfindung erstrebte diesen Einkristall 11 wird eine nicht dargestellte Wirkung erzielt. P+-Schicht aus einem Galliumarsenideinkristal! in

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfin- einer Dicke von etwa 100 μ durch Ziehen aus einer dung beträgt die Störstellendichte innerhalb der hoch 65 Lösung aufgewachsen, wo die Behandlungsdaucr etwa dotierten Schicht mindestens das l,5faclie des Wertes 70 Minuten bei einer maximalen Temperatur von etwa in der ersten Zone. Zum Beispiel hat die Störstellen- 900° C beträgt und eine Lösung mit einem Gehalt von konzentration in der hoch dotierten Schicht Werte 4,5 g Gallium, 0,03 g Zink und 0,7 g Galliumarsenid

benutzt wird. Einzelheiten dieses Lösungs-Ziehverfahrens sind in »RCA Review«, Dezember 1963, S. 603 bis 615, beschrieben. Die aufgewachsene Schicht erreicht eine Störstellenkonzentration von etwa 8 · 10¹⁸ cm~³. Dann wird der mit einer aufgewachsenen Schicht bedeckte Einkristall mit einer anpolierten, unter einem Winkel von 5° geneigten Fläche versehen, weiche die mikroskopische Lagebestimmung des PN-Übergangs erleichtert und anschließend in eine Mischlösung von Salpetersäure und Flußsäure im Volumenverhältnis 1:1 während der Dauer von etwa einer Sekunde eingetaucht, damit der PN-Übergang in dem verjüngten Abschnitt freigelegt wird. Darauf wird die P⁴-Schicht von den Oberflächen des Einkristalls mit Ausnahme der eine einzige Oberfläche bedeckenden Schicht 12 vollständig abgeschliffen. Die dadurch erhaltene Form des Kristalls ist in F i g. 1 (b) gezeigt. Sodann wird die verbliebene Ρ⁴-Schicht 12 auf eine Dicke von etwa 10 μ auf die Güte einer Spiegelfläche poliert. Dann werden Nickelbeschläge 13 und 13' in einer Dicke von etwa 200 μ auf nicht elektrolytischem Wege an beiden Enden der polierten Spiegelflächen der P⁺-Schicht 12 abgeschieden, F i g. 1 (c). Der Kristall wird darauf in einer wäßrigen Lösung mit 8% Kaliumhydroxyd elektrolytisch poliert, wobei die Nickelbeläge 13 und 13' als Elektroden dienen, damit die P⁴-Schicht 12 dünner wird. In diesem Verfahrensgang wird die Dicke der P⁺-Schicht 12 indirekt mittels eines zwischen den Elektroden 13 und 13' fließenden elektrischen Stromes gemessen, wobei die Änderung des Schichtwiderstandes auf einem Oszillographenschirm beobachtet wird. Wenn die P⁺-Schicht 12 mit einer Anfangsdicke von 10 μ auf eine Enddicke von z. B. 1 μ gebracht werden soll, wird das elektrolytische Polieren so lange fortgesetzt, bis der Widerstand der Schicht 12 den zehnfachen Wert gegenüber dem Ausgangswert erreicht hat. Wenn z. B. die Abmessungen der P⁺-Schicht 12 1 cm in der Länge, 5 mm in der Breite und 10 μ in der Dicke betragen, hat die P⁺-Schicht 12 einen Widerstand von etwa 5Ω. Wenn die Dicke der Schicht 12 auf 1 μ abgenommen hat, erreicht der Widerstand 50 Ω. Den erhaltenen Körperzeigt Fig.l(d). In der nächsten Behandlungsstufe werden die Elektrodenbeläge 13 und 13' entfernt und eine P-Zone 14 in Form eines Galliumarsenideinkristalls mit einer Störstellenkonzentration von 7 · 10" cm"³ in einer Dicke von etwa 100 μ durch das Lösungsziehverfahren aufgewachsen, wobei eine Behandlung während einer Dauer von 70 Minuten bei einer maximalen Temperatur von 900⁰C in einer Lösung erfolgt, die 4,5 g Gallium, 0,01 g Zink und 0,7 g Galliumarsenid enthält. Damit erhält man den Kristall nach Fig. l(e) mit einem PP+N-Aufbau.

Der N-leitende Einkristall 11 in F i g. 1 (a) kann auch durch einen P⁺-leitenden Galliumarsenideinkristall mit einer hohen Störstellenkonzentration ersetzt werden. In diesem Fall wird durch Lösungsziehen mittels einer Lösung mit einem Gehalt von 4,5 g Gallium, 0,01 g Tellurium und 0,7 g Galliumarsenid eine N-leitende Einkristallschicht auf den PMeitenden Einkristall aufgewachsen, so daß man einen P+N-Aufbau erhält In nachfolgenden Behandlungsstufen entsprechend den Behandlungsstufen nach den F i g. 1 (c) bis 1 (e) ergibt sich ein entsprechender PP+N-Aufbau. An Stelle des Lösungsziehverfahrens kann man zur Abscheidung der beiden Einkristallschichten in gesonderten Behandlungsstufen auch das Epitaxialverfahren anwenden. Die Einstellung der Dicke der P⁺-Schicht kann auch durch verschiedene chemische Polierverfahren an Stelle von elektrolytischen Polierverfahren genügend genau erfolgen. F i g. 2 zeigt die Verteilung der Störstellenkonzentration in dem Kristallkörper nach Fig. l(e) in schematischer Darstellung. Die Abszisse gibt den Abstand L von der Oberfläche 15 des Kristallkörpers nach F i g. 1 (e) an, wogegen auf der Ordinate die Stör-Stellenkonzentration aufgetragen ist. In der oberen Ordinatenhalbebene oberhalb der Abszissenachse ist ist die Akzeptorkonzentration Na aufgetragen (bei dem Kristallkörper nach F i g. 1 die Zinkkonzentration), wogegen in der unteren Halbebene die Donatorkonzentration TVd angegeben ist (im Falle der F i g. 1 die Telluriumkonzentration). Die ausgezogene Verteilungskurve 21 gibt schematisch die Verteilung der Störstellenkonzentration auf Grund der oben beschriebenen Behandlung an. Tatsächlich stellt sich jedoch die Verteilung nach der gestrichelten Kurve 22 ein, da die Störstellen während des Ziehens der verschiedenen Kristallschichten nach außen diffundieren. Folglich sind die Übergänge zwischen der P⁺-Schichi 12 mit 1 μ und der P-Zone 14 sowie zwischen der P⁺- Schicht 12 und der N-Zone 11 nicht steil. Im Rahmen dieser Beschreibung wird als effektive Dicke der P⁺-Schicht der Abstand zwischen dem PN-Übergang und demjenigen Punkt festgelegt, wo die Konzentration genau den Mittelwert zwischen dem höchsten Konzentrationswert und dem Konzentrationswert 24 der P-Zone 14 erreicht. In dem Kristall der F i g. 1 (e) ist die P⁺-Schicht 1 μ dick. Selbst wenn die tatsächliche Dicke der P"-Schicht in der Größe von 2 μ in der Behandlungsstufe nach Fig. l(d) ausgewählt wird, kann man die effektive Dicke auf 1 μ oder weniger einstellen, indem während der Abscheidung der Kristallschicht eine Erhitzung erfolgt.

In dem Kristall nach F i g. 1 (e) bewirken Elektronen, die bei Anlegen einer Spannung in Durchlaßrichtung

durch den PN-Übergang in die P-Zone injiziert werden, eine Rekombinationsstrahlung innerhalb der P⁺-Schicht 12, während deren Dicke im wesentlichen mit der Diffusionslänge der Elektronen übereinstimmt. Da die Löcherkonzentration in der P⁺-Schicht 12 hoch ist, erhält man eine intensive Lichtemission. Dagegen ist die Störstellenkonzentration in der anschließenden P-Zone 14 klein, so daß die Absorption des emittierenden Lichts in dieser Zone gering ist. Auch in der anschließenden N-Zone 11 ist die Lichtabsorption gering, da dort eine Störstellenkonzentration von 2 · 10¹⁸ cm~³ vorherrscht. Infolgedessen kann das in der P⁺-Schicht 12 erzeugte Licht ohne merkliche Absorptionsschwächung nach außen treten.

F i g. 3 zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wo zusätzlich eine N⁺-Schicht 31 in den Aufbau nach F i g. 1 (e) eingefügt ist, damit man einen höheren Injektionswirkungsgrad erhält Dieser Aufbau kann nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Zum Beispiel können die P+-Schicht 32 und die P-Zone 33 in entsprechender Weise, wie an Hand der F i g. l(a) bis l(e) erläutert, au einer N+'Galliumarsenidschicht 31 mit einer Telluriumkonzentration von 8 · 10¹⁸ Atomen/ cm³ gezogen werden. Darauf wird die Schicht 31 auf

-.5 eine Dicke von etwa 5 μ in der oben beschriebenen Weise poliert; schließlich wird eine N-Zone 34 mit einer Telluriumkonzentration von 5 · 10¹⁷ crcr⁸ in gleicher Weise, wie oben beschrieben, gezogen, indem

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i eine Lösung mit einem Gehalt von 4,5 g Gallium, 0,01 g Tellurium und 0,7 g Galliumarsenid benutzt.

Wenn durch diese Anordnung ein elektrischer Strom in Durchlaßrichtung fließt, steigt der Injektionswirkungsgrad aus der N+-Schicht 31 in die P⁺-Schicht 32 an, wodurch c'ie Lichtemission infolge der Rekombinationsstrahlung in der P⁺-Schicht 32 weiter vermehrt wird. Obgleich die Lichtabsorption der N+-Schicht31 für das in der P+-Schicht 32 erzeugte Licht nicht überragend groß ist, ist es doch zweckmäßig, die N'-Schicht 31 so dünn wie möglich zu machen, damit diese Lichtabsorption möglichst gering bleibt. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist eine Dicke von 5 μ gewählt. Die Lichtabsorption ungewöhnlich dünn machen müßte. Die obere Elektrode 54 und die untere Gegenelektrode 55 sind durch Sintern von nicht elektrolytisch abgeschiedenem Nickel hergestellt. Wenn ein Strom in Durchlaßrichtung zwischen diesen Elektroden fließt, kann ein Ausgangslichtbündel 56 in Richtung senkrecht zu der Fläche des Übergangs durch die P-Zone 51 nachgewiesen werden. F i g. 6 zeigt eine Laserdiode, bei der eine Reflexionsfläche 61 zur Erhöhung der Lichtausbeute des durch die N-Zone austretenden Lichtbündels dient. Die P-Zone 64, die P+-Schicht 63 und die N-Zone 64 entsprechen jeweils den Zonen 14,12 und 11 in F i g. l(e). Die Reflexionsfläche 61 wird durch Polieren auf optische Güte oder durch Plattieren mit einer Silber

in der P-Zone 33 und in der N-Zone 34 ist nach der 15 schicht hergestellt. Auf einem Teil der Reflexionsobigen Beschreibung klein. Insgesamt bringt der Auf- fläche 61 wird die Nickelelektrode 65 durch das oben ν.*., narh F i " 3 eine weitere Erhöhung der Ausbeute beschriebene Verfahren erzeugt, entsprechend auf einer elektrolum'ineszierenden Halbleiterdiode nach der einem Teil der unteren Spiegelfläche 66 die Gegen-Erfindune elektrode 67. Wenn ein elektrischer Strom in Durch-

F i ε 4 zeigt eine Diode mit induzierter Emission, 20 laßrichtung zwischen den Elektroden 65 und 67 fließt, eine sogenannte Laserdiode. Dabei handelt es sich um tritt der in der P⁺-Schicht 63 erzeugte Lichtanteil 68 eine Galliumarsenidlaserdiode mit einem PP+N-Auf- durch die N-Zone nach unten und tritt aus dem bau aus einer P-Zone 41, einer P+-Schicht42 und Element aus, wogegen der nach oben gerichtete Lichteiner N Zone 43 Die Dicke und Störstellenkonzen- anteil 69 durch die P-Zone 62 tritt und an der Retration einer jeden Zone oder Schicht entspricht den ,5 flexionsfläche 61 reflektiert wird worauf er wieder Werten für die Zonen 11, 12 und 14 in Fig. l(e). durch die P-Zone 62, die P⁺-Schicht 63 und schließlich Einander gegenüberliegende Stirnflächen 44 und 45
werden gespalten oder maschinell poliert, so daß man
zueinander parallele, ebene Spiegelflächen zur Verwirklichung eines Fabry-Perot-Resonators erhält Die 30
beiden anderen einander gegenüberliegenden btirn-

deren einander gegg

flächen 46 und 47 erhalten eine geringere Oberflachengüte Auf den Ober- und Unterflächen wird durch nicht elektrolytische Plattierung Nickel abgeschieden und gesintert, so daß man Elektroden 48 und 49

ein elektrischer Strom bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff in Durchlaßrichtung zwischen

fliß tt b ner Strom

den Elektroden 48 und 49 fließt, setzt bei einer Stromdichte oberhalb eines Schwellenwerts eine Laserschwingung ein. Ein Beispiel solcher Arbeitswerte wird im folgenden angegeben: Be. einer Lange des Resonators (dem Abstand zwischen den Stirnflachen 44 „nd 45Ϊ von 150 a ergibt sich die Schwellenwert-Strömdichte etwa zu 200OA-Cm-' und die Wellenlänge der Schwingung zu 8490 Ä. Andererseits erhalt man mit einer bekannten P+N-Laserdiode, die nach dem Lösungsziehverfahren hergestellt war und bei der die Abmessungen des Kristalls und Große der Storstellenkonzentration in der Endzone und der P⁺-Zone mit der Diode nach der Erfindung ^^reif ™"' unter gleichen Anregungsbedingungen eine Schwellenwert-Stromdichte von^etwa »»$££ £°*_L™Z

WeUenlange der Schwr^ng von^ ^^ _wesentlich 55 Spiegelfläche poliert wird, so daß ein Teil des emittierdiode nach der ™™^_OTSVerlu8te ausgezeichnet. ten Lichtes durch dieselbe austreten kann und der

i.ii.uuri, Fi-.. , „„ ^_c_j andere Teil reflektiert wird, so kann man Lichtbündel

nahezu gleicher Intensität in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen durch die P-Zone 51 und entsprechen den 60 die N-Zone 53 austreten lassen.

Im vorigen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, doch ist die Erfindung selbst-

^"oilSSihn^^Atechaltuiig der Licht- verständlich nicht auf diese Ausführungsformen einh ΞΖΓ£ deTP-Zone dieselbe außerordentlich geschränkt. Die F i g. 4, 5 und 6 zeigen entsprechend absorption inaer absorbiert dagegen 6₅ der F i g. 1 nur den PP+N-Aufbau. Diese Ausführungs-

^"p¹^^^ "nier des in der P⁺-Schicht52 formen können jedoch auch durch einen PP⁺N⁺N-aie ^⁰¹I"* ^B _daQ β,, Ausgangsintensität des Aufbau nach F i g. 3 verwirklicht werden. Bei einem

ΞΓausreichend stark ist, ohne daß man die Zone Halbleiterlaser, wo die Lichtemission in der N-Zone

durch die N-Zone 64 austritt. Die P-Zone 62 und die N-Zone 64 absorbieren das in der P⁺-Schicht63 erzeugte Licht nur zu einem geringen Anteil. Die P⁺-Schicht 63 absorbiert das reflektierte Licht nur wenig, da die P⁺-Schicht 63 vollständig innerhalb der Emissionszone liegt und außerdem eine geringe Dicke hat. Das aus der N-Zone austretende Licht hat eine etwa doppelte Intensität gegenüber einer bekannten Laserdiode, wo das Licht durch die N-Zone ausgestrahlt wird und wo die P-Zone einen großen Lichtanteil absorbiert. Im Vergleich zu einer bekannten Laserdiode gleicher Größe und gleicher Störstellenverteilung in der P⁺-Schicht und in der N-Zone mit einem Lichtaustritt durch die N-Zone beträgt die Ausgangsintensität der Laserdiode mit versilberter Reflexionsfläche nach der Erfindung gemäß F i g. 6 etwa das l,8fache.

Wenn man bei der Laserdiode nach F i g. 6 die untere Spiegelfläche 66 versilbert und als Reflexionsfläche ausbildet und das Licht durch die Oberfläche 61 austreten läßt, erreicht man selbstverständlich eine entsprechende Wirkung wie zuvor beschrieben, d. h., die Lichtausgangsintensität steigt etwa auf das Doppelte gegenüber einer bekannten Laserdiode an.

Wenn bei der Laserdiode nach F i g. 5 die Elektrode 55 auf einem Teil der Unterfläche in entsprechenj-_ ■"'-*-- wie die Elektrode 67 in F i g. 6 angeordnet die Unterfläche zu einer (genau

geringere Lichtabsorpsorptionsve g

Fig. 5 zeigt eine Laserdiode nach der Erfindung wo das Lichfauf der Seite der P-Zone austritt Ehe Dicke und die Störstellenkonzentration jeder Zone oder Schicht des PP+N-Aufbaus entsprechen den Werten für den Aufbau nach Fi g. Ke).

Bei bekannten Laserdioden dieser Art macht man

auftritt, kann man einen NN+P-Aufbau oder NN⁺P⁺P-Aufbau statt dessen vorsehen. Man kann auch mehrere der oben beschriebenen Elemente innerhalb eines Grundkörpers unterbringen, indem man eine selektive Ziehtechnik und eine selektive Diffusionstechnik an-

10

wendet. An Stelle von Galliumarsenid kann man auch andere Halbleiterstoffe mit direktem Übergangsverhalten benutzen, bei denen die Störstoffe zur Festlegung des Leitfähigkeitstyps entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten ausgewählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

des Halbleiterkörpers eine Absorption deren Größe Patentansprüche: vorn Leitfähigkeitstyp und von der StÖrstellenkon- zentratioü der durchlaufenen Schicht im Halbleiter-

1. Elektrolumineszente Halbleiterdiode zur spon- körper abhängt. Die Absorption ist besonders groß tanen und/oder induzierten Lichtemission mit 5 für Licht mit Frequenzen im Bereich der Energielücke, einer ersten Zone eines Leitfähigkeitstyps und einer Jedoch entspricht die Frequenz des emittierten Lichtes zweiten Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeits- im allgemeinen gerade einer solchen in der Nähe dieser typs, die durch einen PN-Übergang getrennt sind, Energielücke. Wenn die Störstellenkonzentration anan den sich in der ersten Zone eine hoch dotierte steigt, wird die Energielücke verwischt, und die ZuSchicht vom gleichen Leitfähigkeitstyp anschließt, io standsdichte wird innerhalb der Energielücke gesteigert, dadurch gekennzeichnet, daß die hoch so daß der sogenannte exponentielle Abfall entsteht dotierte Schicht (12) auf eine Dicke begrenzt ist, Die P-Zone absorbiert in Galliumarsenid einen großen die innerhalb der Diffusionslänge der Minoritäts- Lichtanteil der Wellenlänge, die mit der Energie in der ladungsträger der ersten Zone (14j liegt, und dz& Nähe der Energielücke übereinstimmt, gegenüber der anschließend an die hoch dotierte Schicht die erste 15 N-Zone, wenn man jeweils gleiche Störstellenkonzen-Zone (14) eine gegenüber der hoch dotierten Schicht trationen in der P- und N-Zone betrachtet. Diese geringere Störstellendichte aufweist. Erscheinungen sind z. B. in »Physical Review« Bd. 133,

2. Elektrolumineszente Halbleiterdiode nach Nr. 3 A (1964), S. A 866 bis A 872, beschrieben. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nach Messungen bei 77⁰K wird die Änderung der Störstellendichte innerhalb der hoch dotierten 20 Zustantlsdichte am Ende des exponentieUen Abfalls Schicht (12) mindestens das l,5fache des Wertes merklich, wenn die Störstellenkonzentralion innerhal b in der ersten Zone (14) ausmacht. der P-Zone einen Wert von 7 · 10¹⁸ cm"³ und in der

3. Elektrolumineszente Halbleiterdiode nach N-Zone einen Wert von 5 · 10¹⁸ cm"³ überschreitet. Anspruch 1 oder 2 zur induzierten Lichtemission, Je größer die Störstellenkonzentration wird, um so dadurch gekennzeichnet, daß die hoch dotierte 25 mehr Licht derjenigen Wellenlänge wird absorbiert, Schicht in entartetem Zustand vorliegt. die der Energie in der Nähe der Energielücke ent-

4. Elektrolumineszente Halbleiterdiode nach spricht. In einem elektrolumineszenten Halbleitereinem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Rekom- element werden kohärente Lichtwellen innerhalb der binationsstrahlung innerhalb einer P-Zone auf- P-Zone in der Nähe des PN-Übergangs erzeugt, doch tritt, dadurch gekennzeichnet, daß die hoch do- 30 das Licht dringt in einen viel breiteren Bereich ein, tierte Schicht innerhalb der P-Zone eine P⁺-Schicht wo es absorbiert wird, so daß ein Lichtverlust unverist. meidlich ist. Wenn man eine Licht emittierende Diode

5. Elektrolumineszente Halbleiterdiode nach mit einer Licht aufnehmenden Diode kombiniert, einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Rekom- wird das sich durch die N-Zone ausbreitende Licht binationsstrahlung in eintr N-Zone auftritt, da- 35 benutzt, auch wenn die N-Zone dicker als die P-Zone durch gekennzeichnet, daß die hoch dotierte Schicht ist, da in der P-Zone eine stärkere Absorption erfolgt, innerhalb der N-Zone eine N⁺-Schicht ist. Da andererseits das Licht innerhalb der P-Zone in der

6. Elektrclumineszente Halbleiterdiode nach Nähe des Übergangs erzeugt wird, wird mehr Licht einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch emittiert, wenn die Störstellenkonzentration in der einen PP⁺N⁺N-Halbleiterkörper (F i g. 3). 40 P-Zone angehoben wird und wenn außerdem die Stör-

7. Elektrolumineszente Halbleiterdiode nach Stellenkonzentration in der N-Zone zwecks Verbesseeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- rung der Elektroneninjektionsausbeute gesteigert wird, zeichnet, daß eine parallel zu der PN-Übergangs- Besonders bei Zimmertemperatur wird die Lichtflache verlaufende Oberfläche (61) des Halbleiter- emission aus einer Galliumarsenid-Lichtemissionskörpers als Spiegelfläche ausgebildet ist (F i g. 6). 45 diode schwach, wenn nicht die Störstellenkonzentration in der P-Zone groß ist, so daß man den Emissionswirkungsgrad durch Vergrößerung der Stör-

Stellenkonzentration verbessern möchte. Der Absorptionsverlust wird jedoch merklich ansteigen, wenn die 50 Störstellenkonzentration größer wird. Nach der obigen Beschreibung ist eine Anhebung der Emissions-Die Erfindung betrifft eine elektrolumineszente ausbeute notwendigerweise von einer Vergrößerung Halbleiterdiode zur spontanen und/oder induzierten des Verlustes begleitet, wenn man ein übliches elektro-Lichtemission mit einer ersten Zone eines Leitfähig- lumineszentes Halbleiterelement zugrunde legt,
keitstyps und einer zweiten Zone des entgegen- 55 Aus der Literaturstelle »Solid State Communigesetzten Leitfähigkeitstyps, die durch einen PN-Über- cations«, Vol. 2, Nr. 4, April 1964, S. 119 bis 122, ist gang getrennt sind, an den sich in der ersten Zone eine eine elektrolumineszente Hpitaxialdiode mit abruptem hoch dotierte Schicht vom gleichen Leitfähigkeitstyp N⁺P⁺-Übergang und entsprechend hoch dotierten anschließt. Halbleiterzonen beiderseits des Überganges bekannt. Das in einer solchen Diode durch Rekombination 60 Die Lichtausbeute dieser Diode ist in Übereinstimvon Ladungsträgern erzeugte Licht tritt durch die N- mung mit den vorstehenden Gesichtspunkten sehr oder P-Zone nach außen, da es bei Stromdurchgang gering, weil das emittierte Licht die stark absorbierenin Durchlaßrichtung in der Nähe des PN-Überganges den, auf ihrer gesamten Dicke hoch dotierten Halbentsteht. Zum Beispiel bei dem für die vorliegenden leiterschichten durchlaufen muß, wenn die Emission Zwecke verbreitet eingesetzten Galliumarsenid erfolgt 65 quer zur Übergangsschicht erfolgt. Wenn die Emission die Lichtemission in der Nähe des Überganges inner- bei im übrigen ähnlichem Aufbau des Halbleiterhalb der P-Zone und in Richtung parallel zur Über- elementes wie bei einer aus der französischen Patenteanesschicht. Das emittierte Licht erleidet innerhalb schrift 1 447 654 bekannten Anordnung in Richtung