DE1639359C3

DE1639359C3 - Elektrolumineszente Halbleiterdiode

Info

Publication number: DE1639359C3
Application number: DE1639359A
Authority: DE
Inventors: Akira Kawaji; Hiroo Yonezu
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1967-02-27
Filing date: 1968-02-27
Publication date: 1978-09-28
Also published as: GB1222527A; US3501679A; DE1639359B2; DE1639359A1

Description

Die Erfindung betrifft eine eiektroiumineszente Halbleiterdiode zur spontanen und/oder induzierten Lichtemission mit einer ersten Zone eines Leitfähigkeitütyps und einer zweiten Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, die durch einen PN-Übergang getrennt sind, an den sich in der ersten Zone eine hoch dotierte Schicht vom gleichen Leitfähigkeitstyp anschließt.

Das in einer solchen Diode durch Rekombination von Ladungsträgern erzeugte Licht tritt durch die N oder P-Zone nach außen, da es bei Stromdurchgang in Durchlaßrichtung in der Nähe des PN-Überganges entsteht. Zum Beispiel bei dem für die vorliegenden Zwecke verbreitet eingesetzten Galliumarsenid erfolgt die Lichtemission in der Nähe des Überganges innerhalb der P-Zone und in Richtung parallel zur Übergangsschicht. Das emittierte Licht erleidet innerhalb des Halbleiterkörpers eine Absorption, deren Größe vom Leitfähigkeitstyp und von der Störsieiien konzentration der durchlaufenden Schicht im Halbleiterkörper abhängt Die Absorption ist besonders groß für Licht mit Frequenzen im Bereich der Energielücke, Jedoch entspricht die Frequenz des

emittierten Lichtes im allgemeinen gerade einer solchen in der Nähe dieser Energielücke. Wenn die Störstellenkonzentration ansteigt, wird die Energielücke verwischt, und die Zustandsdichte wird innerhalb der Energielücke gesteigert, so daß der sogenannte exponentielle Abfall

ίο entsteht Die P-Zone absorbiert in Galliumarsenid einen großen Lichtanteil der Wellenlänge, die mit der Energie in der Nähe der Energielücke übereinstimmt gegenüber der N-Zone, wenn man jeweils gleiche Störstellenkonzentrationen in der P- und N-Zone betrachtet Diese Erscheinungen sind z. B. in »Physical Review« Bd. 133, Nr. 3A (1964), S. A 866 bis A 872, beschrieben. Nach Messungen bei 77° K wird die Änderung der Zustandsdichte am Ende des exponentiellen Abfalls merklich, wenn die Störstellenkonzentration innerhalb der

Μ P-Zone einen Wert von 7 - 10^Ig cm - ³ und in der N-Zone einen Wert von 5 · 10¹⁸cm-³ überschreitet Je größer die Störstellenkonzentration wird, um so mehr Licht derjenigen Wellenlänge wird absorbiert die der Energie in der Nähe der Energielücke entspricht In einem elektrolumineszenten Halbleiterelement werden kohärente Lichtwellen innerhalb der P-Zone in dsr Nähe des PN-Übergangs erzeugt, doch das Licht dringt in einen viel bre'teren Bereich ein, wo es absorbiert wird, so daß ein Lichtverlust unvermeidlich ist Wenn man eine Licht emittierende Diode mit einer Licht aufnehmenden Diode kombiniert, wird das sich durch die N-Zone ausbreitende Licht benutzt auch wenn die N-Zone dicker als die P-Zone ist da in der P-Zone eine stärkere Absorption erfolgt. Da andererseits das Licht innerhalb

der P-Zone in der Nähe des Übergangs erzeugt wird, wird mehr Licht emittiert, wenn die Störstellenkonzentration in der P-Zone angehoben wird und wenn außerdem die Störstellenkonzentration in der N-Zone zwecks Verbesserung der Elektroneninjektionsausbeu te gesteigert wird. Besonders bei Zimmertemperatur wird die Lichtemission aus einer Gailiumarsenid-Lichtemissionsdiode schwach, wenn nicht die Störstellenkonzentration in der P-Zone groß ist, so daß man den Emissionswirkungsgrad durch Vergrößerung der Stör- Stellenkonzentration verbessern möchte. Der Absorp tionsverlust wird jedoch merklich ansteigen, wenn die Störstellenkonzentration größer wird. Nach der obigen Beschreibung ist eine Anhebung der Emissionsausbeute notwendigerweise von der Vergrößerung des Verlustes

so begleitet, wenn man ein übliches elektrolumineszentes Halbleiterelement zugrunde legt

Aus der Literaturstelle »Solid State Communications«, Vol. 2, Nr. 4, April 1964, S. 119 bis 122, ist eine eiektroiumineszente Epitaxialdiode mit abruptem N+P+-Übergang und entsprechend hoch dotierten Halbleiterzonen beiderseits des Überganges bekannt Die Lichtausbeute dieser Diode ist in Übereinstimmung mit den vorstehenden Gesichtspunkten sehr gering, weil das emittierte Licht die stark absorbierenden, auf ihrer gesamten Dicke hoch dotierten Halbleiterschichten durchlaufen muß, wenn die Emission quer zur Übergangsschicht erfolgt. Wenn die Emission bei im übrigen ähnlichem Aufbau des Halbleiterelementes wie bei einer aus der französischen Patentschrift 14 47 654

bekannten Anordnung in Richtung parallel zur Übergangsschicht erfolgt muß das emittierte Licht ebenfalls größere Längen hoch dotierten und daher stark absorbierenden! Sa'.blcitcrmaterials durchlaufen.

In der Literaturstelle »Journal of Applied Physics«, VoL 37, Nr. 2, Februar 1966, S. 893 bis 898, die sich mit Interferenzerscheinungen in einer elektrohimineszenten Halbleiterdiode mit Lichtemission quer zur Obergangsschicht befaßt, ist der Einfluß der Dicke der aktiven Emissionszone am Obergang aufgezeigt Auch hier handelt es sich jedoch um gleichförmig hoch dotierte, degenerierte Halbleiterzonen beiderseits des Oberganges mit entsprechend starker Absorption. Im übrigen ist hieraus wie auch z.B. aus der britischen Patentschrift 10 28 782 eine elektrolumineszente Halbleiterdiode bekannt, bei der eine parallel zn der PN-Obergangsfläche verlaufende Oberfläche des Halbleiterkörpers als Spiegelfläche ausgebildet ist

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung einer elektrolumineszenten Halbleiterdiode mit verminderten Absorptionsverlusten bei hohem Emissionswirkungsgrad 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 innerhalb der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger der ersten Zone liegt, und daß anschließend an die hoch dotierte Schicht die erste Zone eine gegenüber der hoch dotierten Schicht geringere Störstellendichte aufweist

Da die Dicke der hoch dotierten Schicht im Anschluß an den PN-Übergang nicht größer als die Diffusionslänge der Ladungsträger ist, erfolgt die Rekombination der aus dem Obergang injizierten Ladungsträger im wesentlichen innerhalb dieser Schicht. In der hoch dotierten Schicht liegt die Zustandsdichte innerhalb der Energielücke, so daß die Wellenlänge des emittierten Lichts groß wird, d. h, die Quantenenergie ist gering. Andererseits ist in den die hoch dotierte Schicht einschließenden Zonen die Zustandsdichte innerhalb der Energielücke klein, und das erzeugte Licht wird nur wenig absorbiert da die Störstellenkonzentration 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 Lichtemissionswirkungsgrad infolge der hohen Störstellenkonzentration größer. Deshalb begünstigen die starke Lichtemission in der hoch dotierten Schicht und die geringe Lichtabsorption in den anderen Zonen die Lichtemission nach außen merklich.

Unter der Dicke der hoch dotierten Schicht ist die effektive Dicke zu verstehen. Eine Dicke gleich der Diffusionslänge der Ladungsträger dieser Schicht ist vorzuziehen und legt damit die Obergrenze des effektiven Dickenbereiches fest Eine die Diffusionslänge überschreitende Dicke führt zu einer starken Zunahme der Absorption des emittierten Lichts. Andererseits muß die hoch dotierte Schicht eine ähnliche Dicke haben, damit man die durch die Erfindung erstrebte Wirkung erzielt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung beträgt die Störstellendichte innerhalb der hoch dotierten Schicht mindestens das l,5fache des Wertes in der ersten Zone. Zum Beispiel hat die Störstellenkonzentration in der hoch dotierten Schicht Werte zwischen 5 und 7 · 10^l7cm-³ oder mehr. Mit einer solchen entarteten Dotierungsschicht ergibt sich eine besonders hohe Lichtemission, insbesondere eine induzierte Lichtemission.

Zum Beispiel bei einer Diode mit einem Halbleiter

körper aus Galliumarsenid, Indiumarsenid, Indiumantimonid, Galliumphosphid od. dgL, wo die Strahlungsrekombination in der P-Zone auftritt kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die hoch dotierte Schicht innerhalb der P-Zone als P+-Schicht ausgebildet sein. Entsprechend kommt bei einer Strahlungsrekombination in einer N-Zone eine Ausbildung der hoch dotierten Schicht als N+-Schicht innerhalb der N-Zone in Betracht Die beiden letztgenannten Ausführungen ίο können ferner in Form eines Halbleiterkörpers mit der Schichtfolge PP⁺N⁺N kombiniert werden, wobei sich die Möglichkeit einer entsprechend zweiseitigen Abstrahlung ergibt Ferner kann mit Vorteil in an sich bekannter Weise eine parallel zu der PN-Übergangsfläehe verlaufende Oberfläche des Halbleiterkörpers als Spiegelfläche ausgebildet 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 zwischen 77° K und Zimmertemperatur und bei einer Störstellenkonzentration zwischen 10¹⁸ und 10¹⁹Cm-³ etwa zwi schen 1 und 3 μ liegt. Bei einer Temperatur von 77° K ist die Diffusionslänge für den genannten Konzentrationsbereich etwa 1 bis 1,5 μ. In Galliumphosphid liegt die Diffusionslänge von Elektronen normalerweise zwisehen 4 und 5 μ. Im übrigen hängt die Diffusionslänge von Ladungsträgern in komplizierter Weise von zahlreichen Größen ab, z. B. von Temperatur und Störstellenkonzentration, sie kann aber im allgemeinen durch Messung ausreichend bestimmt werden. Die Erfindung wird an Hand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. l(a) bis l(e) zeigen perspektivische Ansichten einer elektrolumineszenten Halbleiterdiode (im folgenden kurz »Laserdiode« genannt) nach der Erfindung in verschiedenen Stufen der Herstellung;

F i g. 2 zeigt ein Diagramm der Störstellenverteilung innerhalb des Halbleiterkörpers;

F i g. 3 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserdiode;

F i g. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserdiode nach der Erfindung, und

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

F i g. l(a) zeigt einen Einkristall 11 aus N-leitendem Galliumarsenid mit einem Telluriumgehalt von 2 · 10¹⁸ Atomen/cm³ und einer Dicke von etwa 300 μ. Auf diesen Einkristall 11 wird eine nicht dargestellte P+-Schicht aus einem Galliumarsenideinkristall in einer Dicke von etwa 100 μ durch Ziehen aus einer Lösung aufgewachsen, wo die Behandlungsdauer etwa 70 Minuten bei einer maximalen Temperatur von etwa 900° C beträgt und eine Lösung mit einem Gehalt von 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 · 10¹⁸cm-³. Dann wird der mit einer aufgewachsenen Schicht bedeckte Einkristall mit einer anpolierten, unter einem Winkel von 5° geneigten Fläche versehen, welche die

mikroskopische Lagebestimmung des PN-Übergangs erleichtert und anschließend in eine Mischlösung von Salpetersäure und FluDsäure 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 P⁺-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 Fig. l(b) gezeigt. Sodann wird die verbliebene P+ -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, Fig. 1(c). Der Kristall wird darauf in einer wäßrigen Lösung mit 8% Kaliumhydroxäd elektrolytisch poliert, wobei die Nickelbeläge 13 und 13' als Elektroden dienen, damit die P^-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 10μ 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 Körper zeigt Fig. 1(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 · 10¹⁷ 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 900° C in einer Lösung erfolgt, die 4,5 g Gallium. CGI g Zink und 0,7 g Galliumarsenid enthält. Damit erhält man den Kristall nach F i g. l(e) mit einem PP⁺N-Aufbau.

Der N-Ieitende Einkristall 11 in Fig. 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 43 g Gallium, 0,01 g Tellurium und 0,7 g Galliumarsenid eine N-leitende Einkristallschicht auf den P+-leitenden Einkristall aufgewachsen, so daß man einen P+N-Aufbau erhält In nachfolgenden Behandlungsstufen entsprechend den Behandlungsstufen nach den Fig. I(c) bis l(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 Potierverfahren 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. l(e) an, wogegen auf der Ordinate die Störstellenkonzentration aufgetragen ist. In der oberen Ordinatenhalbebene oberhalb der Abszissenachse ist die Akzeptorkonzentration Na aufgetragen (bei dem Kristallkörper nach Fi g. 1 die Zinkkonzentration), wogegen in der unteren Halbebene die Donatorkonzentration Nq 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+-Schicht 12 mit-ΐμ und der P-Zone 14 sowie

is 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 Fig. l(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 F i g. 1(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 Fig. l(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 - 10^t8cm-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 Fig. l(e) eingefügt ist damit man einen höhere·! 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, auf einer N+-Galliumarsenidschicht 31 mit einer Telluriumkonzentration von 8 · 10" Atomen/cm³ gezogen werden. Darauf wird die Schicht 31 auf eine Dicke von etwa 5 μ in der oben beschriebenen Weise poliert; schließlich wird eine N-Zone 34 mit einer TeUuriumkonzentration von 5 - 10¹⁷ cm-³ in gleicher Weise, wie oben beschrieben, gezogen, indem man eine Lösung mit einem Gehalt von 4,5 g Gallium, 0,01 g Tellurium und OJ g GaHhimar senk! 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 die Lichtemission infolge der Rekombina tionsstrahltmg in der P+-Schicht 32 weiter vermehrt wird. Obgleich die Lichtabsorption der N+-Schicht 31 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 gewühlt. Die Lichtabsorption in der P-Zone 33 und in der N-Zone 34 ist nach der obigen Beschreibung klein. Insgesamt bringt der Aufbau nach P i g. 3 eine weitere Erhöhung der Ausbeute einer elektrolumineszierenden Halbleiterdiode nach der Erfindung.

F i g. 4 zeigt eine Diode mit indu/ierier Emission, eine sogenannte Laserdiode. Dabei handelt es sich um eine Galliumarsenidlaserdiode mit einem PI'N-Aufbau aus einer P-Zone 4), einer P+ -Schicht 42 und einer N-Zone 43. Die Dicke und Störstellenkonzentration einer jeden Zone oder Schicht entspricht den Werten für die Zonen 11,12 und 14 in F i g. l(e). 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 beiden anderen einander gegenüberliegenden Stirnflächen 46 und 47 erhalten eine geringere Oberflächengüte. Auf den Ober- und Unterflächen wird durch nicht elektrolytische Plattierung Nickel abgeschieden und gesintert, so daß man Elektroden 48 und 49 erhält.

Wenn ein elektrischer Strom bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff in Durchlaßrichtung zwischen den Elektroden 48 und 49 fließt, setzt bei einer Stromdichte oberhalb eines Schwellenwerts eine Laserschwingung ein. Ein Beispiel solcher Arbeitswerte wird im folgenden angegeben: Bei einer Länge des Resonators (dem jo Abstand zwischen den Stirnflächen 44 und 45) von 150 μ ergibt sich die Schwellenwert-Strcmdichte etwa zu 2000 A ■ cm-² und die Wellenlänge der Schwingung zu 8490 Ä. Andererseits erhält man mit einer bekannten P + N-Laserdiode, die nach dem Lösungsziehverfahren hergestellt war und bei der die Abmessungen des Kristalls und Größe der Störstellenkonzentration in der Endzone und der P+ -Zone mit der Diode nach der Erfindung übereinstimmen, unter gleichen Anregungsbedingungen eine Schwellenwert-Stromdichte von etwa 5000 A/cm² und eine Wellenlänge der Schwingung von 8470 Ä. Die Laserdiode nach der Erfindung ist somit durch wesentlich geringere Lichtabsorptionsverluste ausgezeichnet.

F i g. 5 zeigt eine Laserdiode nach der Erfindung, wo das Licht auf der Seite der P-Zone austritt. Die Dicke und die Störstellenkonzentration jeder Zone oder Schicht des PP + N-Aufbaus entsprechen den Werten für den Aufbau nach F i g. l(e).

Bei bekannten Laserdioden dieser Art macht man als Gegenmaßnahme zur Abschaltung der Lichtabsorption in der P-Zone dieselbe außerordentlich dünn. Im Rahmen der Erfindung absorbiert dagegen die P-Zone 51 weniger des in der P+ -Schicht 52 erzeugten Lichts, so daß die Ausgangsintensität des Lichts ausreichend stark ist, ohne daß man die Zone 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 ^f-Schicht 63 und die N-Zone 64 entsprechen jeweils den Zonen 14, 12 und 11 in Fig. l(e). Die Reflexionsfläche 61 wird durch Polieren auf optische Güte oder durch Plattieren mit einer Silberschich hergestellt. Auf einem Teil der Reflexionsfläche 61 win die Nickelelektrode 65 durch das oben beschriebene Verfahren erzeugt, entsprechend auf einem Teil de unteren Spiegelfläche 66 die Gegenelektrode 67. Wenr ein elektrischer Strom in Durchlaßrichtung zwischer den Elektroden 65 und 67 fließt, tritt der in de P' Schicht 63 erzeugte Lichtanteil 68 durch die N-Zone nach unten und tritt aus dem Element aus, wogegen der nach oben gerichtete Lichtanteil 69 durch die P-Zone 6: tritt und an der Reflexionsfläche 61 reflektiert wird worauf er wieder durch die P-Zone 62, die P^f -Schicht 6J und schließlich durch die N-Zone 64 austritt. Die P-Zone

62 und die N-Zone 64 absorbieren das in der P + -Schich

63 erzeugte Licht nur zu einem geringen Anteil. Die P+Schicht 63 absorbiert das reflektierte Licht nut wenig, das die P+ -Schicht 6.3 vollständig innerhalb der Emissionszone liegt und außerdem eine geringe Dicke hat. Das aus der N-Zone austretende Licht hat eine etwe doppelte Intensität gegenüber einer bekannten Laser diode, wo das Licht durch die N-Zone ausgestrahlt wire 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 Lichtaustrit durch die N-Zone beträgt die Ausgangsintensität der Laserdiode mit versilberter Reflexionsfläche nach der Erfindung gemäß F i g. 6 etwa das 1,8fache.

Wenn man bei der Laserdiode nach F i g. 6 die untere Spiegelfläche (36 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.. di< Lichtausgangsintensität steigt etwa auf das Doppelte gegenüber einer bekannten Laserdiode an.

Wenn bei der Laserdiode nach Fig. 5 die Elektrode 55 auf einem Teil der Unterfläche in entsprechende Weise wie die Elektrode 67 in F i g. 6 angeordnet wire und die Unterfläche zu einer (genau ebenen) Spiegelflä ehe poliert wird, so daß ein Teil des emittierten Lichte; durch dieselbe austreten kann und der andere Tei reflektiert wird, so kann man Lichtbündel nahezi gleicher Intensität in zwei zueinander entgegengesetz ten Richtungen durch die P-Zone 51 und die N-Zone 53 austreten lassen.

Im vorigen sind bevorzugte Ausführungsformen dei Erfindung beschrieben, doch ist die Erfindung selbstver ständlich nicht auf diese Ausführungsformen einge schränkt Die F i g. 4, 5 und 6 zeigen entsprechend dei Fig. 1 nur den PP+N-Aufbau. Diese Ausführungsfor men können jedoch auch durch einen PP+N + N-Aufbai nach F i g. 3 verwirklicht werden. Bei einem Halbleiterlaser, wc die Lichtemission in der N-Zone auftritt, kam man einen NN T-Aufbau oder NN+P+P-Aufbau stat dessen vorsehen. Man kann auch mehrere der ober beschriebenen Elemente innerhalb eines Grundkörper unterbringen, indem man eine selektive Ziehtechnik um eine selektive Diffusionstechnik anwendet An Stell« von Galliumarsenid kann man auch andere Halbleiter stoffe mit direktem Übergangsverhalten benutzen, be denen die Störstoffe zur Festlegung des Leitfähigkeit* typs entsprechend den jeweiligen Gegebenheit« ausgewählt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen HB 539/2:

Claims

Patentansprüche:

1. Eiektroiumineszente Halbleiterdiode zur spontanen und/oder induzierten Lichtemission mit einer ersten Zone eines Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, die durch einen PN-Übergang getrennt sind, an den sich in der ersten Zone eine hoch dotierte Schicht vom gleichen Leitfähigkeitstyp anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die hoch dotierte Schicht (12) auf eine Dicke begrenzt ist, die innerhalb der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger der ersten Zone (14) liegt, und daß anschließend an die hoch dotierte Schicht die erste Zone (14) eine gegenüber der hoch dotierten Schicht geringere Störstellendichte aufweist

2. Eiektroiumineszente Halbleiterdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Störstellendichte innerhalb der hoch dotierten Schicht (12) mindestens das l,5fache des Wertes in der ersten Zone (14) ausmacht

3. Eiektroiumineszente Halbleiterdiode nach Anspruch 1 oder 2 zur induzierten Lichtemission, dadurch gekennzeichnet, daß die hoch dotierte Schicht in entartetem Zustand vorliegt

4. Eiektroiumineszente Halbleiterdiode nach eiinem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Rekombinationsstrahlung innerhalb einer P-Zone auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß die hoch dotierte Schicht innerhalb der P-Zone eine P+-Schicht ist

5. Eiektroiumineszente Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Rekombinationsstrahlung in einer N-Zone auftritt dadurch gekennzeichnet daß die hoch dotierte Schicht innerhalb der N-Zone eine N+-Schicht ist.

6. Eiektroiumineszente Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch «linen PP+N+N-Halbleiterkörper(F i g. 3).

7. Eiektroiumineszente Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine parallel zu der PN-Übergangsfläche verlaufende Oberfläche (61) des Halbleiterkörpers als Spiegelfläche ausgebildet ist (F i g. 6).