DE2041448C3 - Eleetrolumineszenzeinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Eleklrolumineszenzeinrichtung zur Erzeugung von Licht mit einer

ίο kleineren Wellenlänge als 5500 A mit einem n-leitend dotierten kristallinen Halbleiterkörper aus Zinksulfid, der einen spezifischen Widerstand in der Größenordnung von I Ohm · cm besitzt, mit einer Elektronen injizierenden metallischen Kathode, die durch einen ohmschen Kontakt mit dem Knstallkörper verbunden ist, und mit einer Locher injizierenden Anode aus einem elektronegativen Metal!, die mit dem Kristallkörper durch einen Anodenkontaktbereich verbunden ist. der die Injektion von Löchern in den Halbleiterkörper bei Anlegen von \Orwärtsspannungsn unier 10 Vo'i ermöglichst und das Austreten von Elektronen aus dem Leitungsband des Haibleilerkörpers in die Anode begrenzt.

Aus der Zeitschrift »Applied Physics Letters*.

Vol. 2 (!963). Nr. i. S. 7 bi- 9. ist eine Flektrolumine-zenzeinnchtung bekannt, bei der ein n-leicnd dotierter kristalliner Halbleiterkörper aus CdS vorgesehen ist. Bei diesem Halbleiterkörper ist ein durch Aluminiumoxyd oder Ahiminium-Alummnimoxul gebildeter, Loeher injizierender Kontakt vorgesehen. Die Aufbringung eines derartigen Überzugs auf einem n-leitend dotierten kristallinen Halbleiterkörper aus Zinksullid berettet jedoch erhebliche technische Schwierigkeiten. Es ist nämlich äußerst schwierig, ein«. 50 bis KK)A dicke Alumimunischicht auf einem /iiiKsullidkörper abzulagern. In einem solchen Fall bilden sich nämlich Poren aus. Im übrigen ist der hei reffende Kontakt nicht sehr stabil, und schließlich H],;ibi er nicht während langer Betriubszen hestchcn Überdies führ;

4'' der betreffende Kontakt /u einer unmittelbar in das Valenzband erfolgenden Lochen η jizierung.

Aus der Zeitschrift »Journal of '\nphed Physics·.. Vol. 35. 1904. N- 3. S. 000 bis <,1|. :si eine Elektrolumineszen'.einrichlung bekannt, deren ;ui^ Z:nksullid bestehender Halhleitei kurpei Donatora'oi^. .msAliind Halogenen enthält (\gl. insbesondere Seile h09, linke Spalte 1.

■\us der Zeitschrift Phvsica status -ohdi". Bd. 20. I90¹"'. Nr. \ S. 543. ist cmc FIe¹-'.roiumini-s/enzeinriehtung bekannt, deren au^ Zinks.ulfid bestellender HaIhleiterkörperC u -Ionen als Aktivatoren der Lumineszenz enthalt.

Bei sämtlichen bisher bekannten Llektrolumines/cn/-einrichiungen muß zur Erzeugung von Licht bei Zimmertemperatur bei einem relativ hohen Leistiingspegel gearbeitet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu z.eigen. wie bei Zimmertemperatur und bei niedrigem Leistungspegel Licht innerhalb eines Wellcnlängenbereichs erzeugt werden kann, in welchem das menschliche Auge am leistungsfähigsten ist.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einer Elektrolurnineszen/einrichiung dor eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß der AnodenkoiHaktbereich aus einer Anoiienkoiitakischiclu des Halbleiterkörpers besteht, deren Dicke unter 1 μπι liegt und die in einer Menge von zumindest 1O¹Vm ' Atome wenigstens ein Metall der (irupiu' 1 b des Pcrio-

dischen Systems aufweist, die mit einer Konzentration %on zumindest 10" cm³ bei spannungslosem Zustand kn Halbleiterkörper zwischen seinem Valenzband und dem Ferminiveau des Anodenmetalls liegende, als tumineszenz-Rekombinationszentren wirkende Akzeplorzustände einnehmen, so daß die energetische Lage <3es an die Anode angrenzenden Teils dieser Akzeptoriustände unter dem Einfluß der Vorwärtsspannung durch sich in der Anodenkontaktsehicht aufbauende Elektronenladungen bis auf einen Abstand von weniger »Is 0,4 eV an das Ferminiveau des Anodenmetalls anhebbar ist.

Die Erfindung bringt gegenüber der eingangs betrachteten bekannten F.leklrolumineszenzeinriehtung den Vorteil mit sich, daß sie auf relativ einfache Weise bei Zimmertemperatur eine bereits bei normaler Beleuchtung sichtbare Emission bei niedrigem Leistungspege! zu erreichen gestattet.

Zur Herstellung einer Elektrolumineszen/einrichtung ^emäß der Erfindung ist es zweckmäßig, ein Verfahren anzuwenden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß auf fine Oberfläche des Halbleiiei-körpers aus Zinksulfid tine dünne Schicht des Metal's der Gruppe Ib des Periodischen Systems aufgebracht wird, daß die so be- $chichtete Oberfläche während einer Zeitspanne \on veniger als einer Minute schnell auf eine Temperatur zwischen 400 und 900" C erwärmt wird, daß das Material dann derart schnell abgekühlt wird, daß inderAnodenkoniaktschicht Atome des Metalls der Gruppe Ib mit der Dichte von zumindest 10¹⁷ cm ³ als Akzeptoren (eingelagert sind, und daß anschließend auf den Anodenikontaktbereich ein elektronegalives Metall als Anode aufgedampft wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß auf relativ einfache Weise eine die \orsiehend aufgezeigter, vorteilhaften Eigenschaften aufweisende Elcktrolumineszenzcinricht u ng hergestellt wo: den kann.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch ein Energiediagramm eines typischen Lumineszenzmaterials mit einem breiten verbotenen Band;

F ι g. 2 zeigt schematisch in einem Energiediagramm die Energiegrenzschichten ν on Metall-Zinksullid-Gren/fläehen;

1 ι g. 3 zeigt schemalisch eine Zinksullid-Lumineszenzeinnchtung gemäß der Erfindung:

I ι g. 4 zeigt in einem weiteren Energiediagramm einen Löchennjektions-Konlaklbereich und eine Melallelektroden-G'cnzfläche voir Anlegen einer Wirspannung:

F ι g. 5 zeigt in einem weiteren Energiediagramm die Grenzfläche gemäß F i g. 4 bei anliegender Vorwärtsvorspannung;

F i g. 6 /i'igt eine Reihe von Strom-Spaniumgs-Kuiven für eine Einrichtung mit einer Metall-Zinksulud-Trennungsgrcnzfiäche gemäß der Erfindung;

F ι g. 7 zeigt eine Reihe von Kapa/itäts-Spannungs-Kurven für eine Einrichtung mit einer Metall-Zinksulfid-Grenzfläehe gemäß der Erfindung.

Für die sichtbare Strahlung im Roibereich sind Photonen mit Energien von etwa 1,SeV erforderlich. Für eine Grünstrahlung sind Photonen mit Energien von etwa 2,3 eV erforderlich, während für eine Blauslrahlung Photonen nut Energien von etwa 2.8 eV erforderlich sind. Die Erscheinung der Elektrolumineszenz beruht auf Sirahliingsübergängi. bei dem jeweils abgegebenen Licht, wobei die maximal erziel bare Pholoncnencrgic bei dem abgegebenen Licht direkt \on der Breite des verbotenen Bandes bei der Verbindung abhängt, aus der der Körper der betreffenden Einrichtung hergestellt ist.

Im folgenden sei das in F i g. 1 dargestellte Energiediagramm eine;= typischen F.iektrolumineszenz-Halbleiters mit einem breiten verbotenen Band näher betrachtet. Der Bandabstand ist als Differenz zwischen der Energie E_c eines Elektrons 10 in dem Leitungsband 12 und der Energie E_r eines Loches 14 in dem Valenz-

band 16 gemessen. In einem Material mit breitem verbotenem Band ist eine direkte Rekombination von zwei freien Ladungsträgern höchst unwahrscheinlich, da sehr viele weitere Mechanismen vorhanden sind, die ohne Strahlungsabgabe die Energie von freien Ladungsträgern ableiten.

In dem Bereich zwischen dem Leitung-band und dem Valenzband ist beim reinen Kristall keine nennenswerte Anzahl an Zuständen vorhanden. Dieser Bereich ist als das sogenannte verbotene Band bekannt.

In das verbotene Band können jedoch Defekt- oder Störstellenzusiände, als Zentren bekannt, eingefühn werden, und zwar durch eine planmäßige Behandlung oder Dotierung des Halbleiters. Die erwähnten Zentren können dabei mit einem flachen oder liefen Energien;\eau eingeführt werden.

l.umineszenzzentreii sind im Stande, einen freien Ladungsträger einzufangen und festzuhalten, bis ein entgegengesetzt geladener Ladungsträger eintrifft, der mit dem festgehaltenen Ladungsträger rekombinien.

und zwar in einer Weise, die einen sichtbaren Slrahlungsübergang begünstigt. Das Auftreten von StrahlungsNorgängen wird nun wesentlich wahrscheinlicher, wenn die L umineszenzzentren mit einem tiefen Energieni\eau E₁, eingeführt werden. In dem Fall besteht bezüglich des eingefangenen Elektrons oder Loches keine allzugroße Wahrscheinlichkeit dafür, daß es thermisch aus dem Zentrum 20 bei Zimmertemperatur austritt, ohne durch Strahlungsabgabe zu rekombinieren. Die Eiiergiedifferenz des Zentrums zur nächsten Uandkantc, /.,,. sollte dabei größer sein als etwa 0 5 eV und vorzugsweise nicht größer als etwa 1.5 eV.

Das Zentrum 20 ist normalerweise eine Lochfalle,

und der bevorzugte Übergang soll normalerweise das Umfangen eines Loches 14 in einem Lummeszenz-Rckombinalions/entrum 20 nahe der Valenzbandkante umfassen. Der anschließende Übergang eines Elektrons 10 \on dem Leitungsband oder einem flachen Donator in die genannte Falle bzw. Haftstelle luhrt zu der Rekombination der Ladungsträger und zur Abgabe eines Slrahlungsquants mil einer Energie h\\ die im wesentlichen gleich der Energicdivferenz zwischen Leilfahigkeiis- und Valenzband abzüglich der Haftstelienenergic ist. Demgemäß muß der Bandahstand der Zusammensetzung, aus der der Körper der betreffenden Einrichtung besteht, zumindest etwa bei 2,3 eV liegen, um unter Abgabe von sichtbarer Strahlung hinreichend energiereiche Übergänge zu bewirken. Vorzugsweise liegt der Bandabstand bei zumindest 3,OeV, um eine Strahlung über den Wcllenlängenbereich zu erzeugen, in welchem das Auge die höchste Leistungsfähigkeit besi'izt.

Zinksulfid ist das für die Erfindung verwendete Material, da sein Bandabsland bei etwa 3,6 eV liegt und es damit eine große Vielzahl von Farbemissionen ermöglicht. Farbänderungen können dabei dadurch vorgenommen werden, daß tiefere oder flachere Rekomb.nationszcniren vorgesehen werden, die die (.'bergangscnergie beeinflussen.

Zinksulfid mit einem hohen pholometrisdien Slralilungsäquivalent wird, wie noch erläutert werden wird, dadurch gebildet, daß ein örtliches Niveau geschaffen wird, das eine Strahlungsrekombination an freien Ladungsträgern ermöglicht. Metall-Störstoffe, die zu den Metallen der Gruppe Ib gehören, wie Kupfer, Silber oder Gold, haben sich als Stoffe bestätigt, die Zinksulfid hinsichtlich der Lumineszenzeigenschaften zu aktivieren gestatten, wenn sie allein oder vorzugsweise in Kombination mit sogenannten Koaktivatoren vorhanden sind wie Halogenen, wie z. B. Chlor, Brom o-Jer Jod, oder einem Metall der Gruppe IiI. wie z. B. Gallium, Indium und Aluminium.

Die üblichen Annahmen bezüglich der Dotierungswirkung des eingeführten Elements gelten bei Zinksulfid nicht, weil eine starke Kompensalionsneigung vorhanden ist. Demgemäß besteht bezüglich Aluminium, Gallium und Indium, das Zink ersetzt, üblicherweise die Annahme, daß diese Stoffe als Donatoren wirken. In den meisten Fällen sind jedoch die Donalorneigungen dieser Atome nicht klar erkennbar, da die in dem Kristall enthaltenen Atome durch Zinkfehlstcllen kompensiert werden. Dies führt dann zu einer seSbbiaktivierlen Blauabstrahlung, und außerdem wird es schwierig, ein stark leitendes Material vom n-1 yp /u erzeugen.

Kin weiteres Beispiel für die Kompensation ist Silber, da- normalerweise als Akzeptor angesehen wird. Das Silber wird im Zinksulfidkristal! zu rinem komplexen Donatorzentrum, das aus dem Akzeptor besteht, dem eine doppelt ionisierte Schwefelanion-Fehlstelle zugehörig ist, und das für die orangefarbige Emission verantwortlich ist.

Das einen niedrigen spezifischen Widerstand besitzende Zinksulfid-Material besieht aus einem reinen kristallinen Material mit einem großen BandabsMnd. das mit Donatoratomen in hinreichender Menge dotiert ist. um einen spezifischen Wder>tand zu erhalten, der in einem Bereich liegt, wclciier mit den gew ünschten Arbeitsspannungscharakteristiker. kompatibel ist. Dies bedeutet, daß der spezifische Widerstand in derGroßenordnung von 1 Ohm · cm sein sollte, se daß bei Strömen in der Größenordnung von Milliampere der Spannungsabfall in dem Grundmaterial nicht kleiner ist als der Arbeitsspannungsabfall in dem Elektroden-Kontaktbereicli. Für Zinksulfid ist ein geeignetes Donator-Material ein Metall der Gruppe !!Ib, wie Aluminium, das im Zuge eines Austausches in das kristalline Material in derart hinreichender Menjie eingeführt ist, daß eine freie Trägerkonzentration von zumindest 10^IS Elektronen pro ecm erzielt ist. Andere Zustande können zum Zwecke der Erzielung einer hohen llcktronendichte eingeführt werden: so kann z. B. ein Schwefelatom durch ein Haiogenatom substituiert werden.

An Hand der vorstehenden Ausführungen dürften die internen Parameter und Mechanismen des Grundmaterials erläutert sein, die die Lichtabgabe durch die Rekombination von freien Ladungsträgern begünstigen. Die Haupischwierigkcit in der Entwicklung von bei Zimmertemperatur arbeitenden elektrolumincszenten Festkörpereinrichtungen aus einen großen Bandabstand besitzenden Materialien, wie Zinksulfid, da.s im Stande ist, Licht im Grün- oder Blaubcreich des sichtbaren Lichtspektrums abzugeben, ergibt sich jedoch aus der Einführung von Minoritätsträgern bei niedriger Vorspannung in die Kristallmassc.

Im Experiment ist eine sichtbare Strahlung in /inksulfid dadurch erzeugt worden, daß ein Festkörper durch eine Sperrvorspannung einer Stoßionisation ausgesetzt wurde. An den betreffenden Festkörper waren dabei Elektroden angebracht, ferner wurde eine Wechselspannung an eine Zelle angelegt, die aus einer dünnen Schicht einer Mischung aus pulverförmiger!! Phosphor und einem dielektrischen Bindemittel zwischen zwei ebenen Elektroden bestand. Dem zuletzt genannten Verfahren haftet die Anwendung einer

ίο hohen Spannung an; obwohl bei einigen in Sperrichtung Vi,; gespannten Einrichtungen eine Elcktrolumineszcnzsigenschnft festzustellen war, wurden die Ionen durch das starke Feld veranlaßt, zu wandern. Dadurch horte die nicht umkehrbare Erscheinung nach einer kurzen Betriebszeitspanne bereits auf. Bei dem üblicherweise sich durch geringste Kompliziertheit auszeichnenden Weg der Injizierung von Mmoritätsträjicni in einen Kristall ist ein pn-übergang verwendet worden Auf diese Weise ist eine Näherungslösung erfolgreich für einige Materialien mit kleinem Bandabsland und eine wirksame Emission von langwelligem Licht im Rotbereich erzielt worden. 1 111 Materialien mit großem Bandabstand ist diese Näherungslösung jedoch weder thermodynamisch noch elektrisch

»5 mit 'ien Eigenschaften des betreffenden Materials vertraglich, wie dies nachstehend noch näher ersichtlich werden wird

Fs is! sehr schwierig, die einen großen Banddh>land enthaltenden Materialien sowohl im n-Typals auch i'n ρ-Γνρ darzustellen und damit die einen pn-llbergang enthaltenden Elektrolumineszcn/einriehHingcn gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zu hilden. Der Grund hieifür liegt darin, daß der BandaKtand \on 3,6 eV für ZnS wesentlich größer ist als die KnMaIibindungsencrgie. die z. B. bei etwa 1 cV pro Atom liegt. Während der Bearbeitung wirken sich demgemäß Kristalifehlcr. wie Fehlstellen. Zwischenräume usw.. die durch Energien von der gleichen Groliciioulnunt: gebildet sind wie die Bindur.gscncrgien, begünstigend auf die Bildung von elektrischen l-adiiitj>stru'eni entgegengesetzter Polarität zu der normalerweise \01l1an denen Polarität aus, da derartige Ladungsträger i ncrgien in der Größenordnung Jcs Bandabslands für ihre Bildung erfordern.

Die Bildung einer Leilungsichicht vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in einem einen großen Baiuiabstand enthaltenden Material, wie Zinksulfid vom η-Typ, vermag selbst nicht die Einführung von Ladungsträgern bei niedriger Spannung zu gewährleisten.

Die erwähnten Ladungsträger werden in den Körper der Einrichtung durch Kontaktelektroden eingeführt. die normalerweise aus Metall bestehen und die an der Oberfläche des Körpers des betreffenden Materials angebracht s;nd. An der Meiall-Halblcitcr-Grcnzflüche entsteht eine Sperrschicht, die einen Ladungsträgcrfluß verhindert. Sogar in dem ^|:all, daß ein pn-Übcrgang gebildet werden konnte, würde er wahrscheinlich sich nicht auswirken, da die betreffende Einrichtung im wesentlichen als Isolator wirken würde. Tatsächlich ist die Notwendigkeit der Erzielung von Niederspannunitskontaktcn der Grund für einen Hauptteil der Schwierigkeit bei der Herstellung von erfolgreichen Elektrolurnincszenzeinrichtungcn mit einen großen Banöabstand aufweisenden Materialien.

Im Augenblick der Berührung zwischen

Metall und einem Halbleiter, und zwar ohne c .,-Wendung einer Vorspannung, bildet sich eine i r..1,-1-schichi 9 aus, und das Ferminiveau des Metalis hai

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dabei einen solchen Abstand von der Bandkante, daß des Wertes zwischen dem Metall-Ferminiveau und dem

weder Elektronen noch Löcher (Defektelektronen) in Valenzband beträgt, können die Löcher bzw. Defekt-

den Halbleiter eingeführt werden können. Diese Trenn- elektronen unmittelbar in diesen Zustand oder in das

schicht entspricht der Austritlsarbeil zwischen einem Valenzband des Zinksulfids injiziert werden. Sind " ■ ' -^:— **~·~ιι™,-οη·7«αι··ΐι<» Rezüelich der 5 die Lumineszenzzenlren durch Defektelektronen-Haft-

schich p ^^^^üTr 5 die Luleszenzzentren durch Defekte

Vakuum und e.ner ^Mf ^f ^Sfiaii- stellen gebildet, die diesen Energiezustand aufweisen,

Trennsch.chtenergien. d.e von Zinks Mid Meta s ^ ^^ ^ _{Zwischenzustand wirken},

Grenzflächen hervorgerufen werden, ha sich, gezeigt _{ejne dci},_{e Defeklele}ktronen-Haft-

daß diese Energien eine Funk ion (er cktrrsehen ^^ _{fülm werden}. _{So kann},

negativen Ladungdes verwendeten Metals sind JJ c _Defektelektroneninjektion zu steigern, ein zu-

Trenns.chichtenerg.enderversch.edenenM^ntontakte _Ak7eplorzus,_and. der z. B. durch Silber

*uf Zinksulfid vom η-Typ sand bere«J ""¹^¹"="'.^u™ _{ben isU in der dünnen} Schicht geschaffen wer

f Ald Ph Letters« l·^Ju''¹^ ge*

Trennsg^ _Ak7eplorzus,_and. der z. B. d g

*uf Zinksulfid vom η-Typ sand bere«J ""¹^¹"="'.^u™ _{ben isU in der dünnen} Schicht geschaffen werden,

in der Zeitschrift .Applied Phys.cs Letters« l·_; ^Ju''¹^- ge* ^ _F , _{3 n§her betra}chtei, in der eine

N 1 S 8 b 10 ^J^™^ Elektrolumines d i

Vol. 7, Nr. 1 S. 8 bis 10 ^g^™¹^ Elektrolumineszenzeinr.chtung gezeigt .st,dieauseinem Im folgenden sei F ig. 2 naher^betr*™· * _{rf spezi}fischen W.derstand besitzenden F i g. 2 geht hervor daß die Grenzflächen zwischen ₅ ^ ^₁, ^ _n._{Typ mit einem hohen} photoelektrisch positiven Metallen die als Elektroden a _{chen StrahlungsaquiV}alent hergestellt «t. Der Zinksulfid anliegen, eine ^T^^nnschichtj°ⁿ _o^_ _u°_d Kristall weist einen mittleren Ja. zentralen Bereich 1,5 eV von der Leitungsbandkante «.rljjjnta ™* J™ ^ ^_n ■ _ipe2lKhen Wü^standaufdaß die meisten elektnsch negativen ^Mf;^a»^en°^c3^e. _{ao weist}. _tin elektroneninjizierender ohmscher Kontakt-Trennschicht von etwa 1,5 eV vor,der ^e«band . , ^ ^ ^.^ ^ _{Oberfläche des} kante aus hervorrufen. Bei derart hohen Trennschicm ^ ^ _{Defektdektronen}._lnjek. «nergien ist der auftretende thermionische Strom sehr £ j _{ejne sehr dünne Schjcht an einem} klein, und d.e angelegte Spannung;wurde arde Metal Uonss ^ _{Kristalloberflache} gebildet. An Halbleiter-Grenzfläche abfallen; er ware dabewesent ^ _{KontaktelektrodenDunkt 106} Hch größer als die Spannung, die an dem aktiven Be »5 ^»^ _{dektnsch stark negat}.ven Metall vorgesehen, reich der Einrichtung hegt. _{irk er}. _und an dem Bereich 102 ist ein Kontaktelektrode!!- Von den be.den fur eine ^™⁰^"^!:"'*^ _punkt 108 vorgesehen, der aus einem elektrisch posiforderiichen Ladungsträgern sind dieJ^™™ £ f_{iven Metall be} ^B _steht.

einen Körper aus Z.nksulfid Ie chter enzuf"ⁿ™· ™ _{Dic Elektrode} 106 besteht aus einem elektnsch nega-

Zinksulfid leichter vom n-l^tfahigkeitstyp hergglH ^. _{pa]ladium( Si},_{bcr oder}

werden kann. Durch Erhohen der U^chhchen « ^ _{£s wird dabej em Meta}„ _{verwendet> das}, _nach

Donatordichte in demjenigen Bereich des jj"^™_ _d ■ _Pau,_ing._Skala gemessen, eine Spannung von nicht

körpers, über dem eine elektnsch pos.t ^ Meta Ikon a Jt ^ ^.^ _Dje ^^ _m ^^

taktelektrode liegt, über etwa 10 'cm J=⁰T⁰^f _aus einem elektrisch positiven Metall, dessen Spannung,

weise über 10» cn.-·, zeigt der ^akt ohm che Ver _n ^ ^^ _geringer ^ _{a]s eV}

halten, und außerdem werden Elektronen in oie De entsprechendes Metall kommt hier Indium,

treffende Einrichtung bei e.ner niedriger. Vorwärts Aluminium oder Magnesium in Frage.

Vorspannung eingeführt. , ._ffl. Die Elektroden 106 und 108 sind über Leiter

Wie bereits ausgeführt, .st es jedoch «hr schwjeng. ^^ ^^^ _{m an einp Spannungsquelle}

Zinksulfid derart zu behandeln daß ^e^'^ne J™ angeschlossen. Ist der Schalter 114 geschlossen, so

^Leitfähigkeit besitzt. Es ist daher nicht-"^'^ ,« _{an der Schicht 10}4 eine positive Vorspannung,

Breite derjenigen Sperrsch ich^ die unüwjni^r ^^ ^ ^ ^.^ _{m ήχχ} ^^ _v

fektelektronen injizierenden ^Kont,^akt^^^r^_n " ?„ _nung liegt. Damit werden in dem Bereich 102 Elektrodadurch zu schmälern, daß eine sehr große: Menge an 8 B _{damit ]n} ^ ^.^ _{m fließen}^ _wah_ Löchern bzw. von Defektelektronen eingeführt wird. 45 neni j ,^^ ^ _{DefekteIektronen bzw Löcher} Darüber hinaus kommt ein Metall nicht ">««"«· hin- _{Dje E},_{ektronen treten in die Schicht 104} von reichend hohen negativen elektrischen Ladung vor, ^ ^^.^ ^ _her ^. _sje ^^^^ _{dabej ejngefangen} um das Ferminiveau auf eine Hohe nahe aer y^ _föhren ^^ _{Entstehen einer negativen} Raumladung bandkante abzusenken. Keines dieser \ ^hren ^w>ra _{ndest 10}» cm-»innerhalb der dünnen Schicht, zur DeTektdektTonen-Injjzwxung gemaC «W Durch diese Raumladung wird der Defektelektronenherangezogen. Die Defeklelektronen-ln«^™"«^™ Zwischenzustand auf ein Niveau nahe des Metallkier durch spezielle Behandlung desjenigen Bereiches ^_ermin._{veaus angehoben}, _{wie z}. _B. innerhalb vor des Zinksulfidkörpers ermöglicht, der unter Ferminiveaus und vorzugsweise oberhalt Kontaktelektrode liegt. D.eser Bereich wird einer ν _Meta„._Fermini_Veaus. Elektronen vereinigen sidi iolchen Behandlung unter zogen daß zumnöe t - _Rekombinationszentren mit den injizierter 10" cm-³ A^kzeP^torzusland^^ei"^ß _n ^ei _v ^h ₀i_wa^_Svorsnan- Defektelektronen in einer solchen Anzahl, daß be unter der Wirkung emer ™?^ηψ*™Ζ^™**^ Zimmertemperatur eine bereits bei normaler Beleuch nung eine tatsächliche negaüvc^Ladung^η e ner sehr .^ _{Emjssion bewirkt wird}. dünnen Schicht hervorrufen. Die bch.cm^is^ ^ Defektelektronen-1 njizierungsvorgang bei eine vorzugsweise nicht dicker als 1000 Angjt'o^unQ Anordnung gemäß der Erfindung erfordert keine hohei tatsächliche Dichte der negativen Ladung betragt vor _Spannun£e ^e _n° _{er kommt} vielmehr allein mit einer hin zugsweisc zumindest 10 cm .; ■ _ά reichend hohen negativen Raumladung aus, um di Der Defektelektronen-Injizierungsvorgang,wird er Elektronen in dem Valenzband oder i: heblich dadurch gesteigert, daß in dn.dun^Sch«ht, fc g ^ _hen._{Defeke]eklronen}._Einfan?ri.._{tand a}, ,die ein tiefes Energieniveau unterhalb,desF^ermin^^{S 5} _{das Melall}._Ferminivcau anzuheben, tr ,annungs

dem Ferminiveau erfordert eine Ladung von zuminde;

9 10

ΙΟ¹'² e/cm² oder eine Feldstärke von 5 · ΙΟ⁶ bis 10⁶VoIt merkt, daß die betreffenden Beispiele lediglich zum

pro Zentimeter. Liegt die Schichtdicke unter 1 μηι. Zwecke der Erläuterung der Erfindung dienen und

so ist der Spannungsabfall tragbar. daß eine Vielzahl von Substitutionen, Änderungen

Das an der Elektrode 106 vorhandene positive und Modifikationen ohne weiteres, im Rahmen der Potential neigt jedoch dazu, die von dem Grundkörper 5 Erfindung liegend, vorgenommen werden kann,
in die Schicht 104 eintretenden Elektronen in die Elektrode 106 hineinzuziehen. Deshalb muß eine Trenn- Zinksulfid mit geringem spezifischem Widerstand
schicht erzeugt werden, um den Elektronenfluß durch

die Schicht 104 zu drosseln, und zwar derart, daß die Das einen geringen spezifischen Widerstand bc-Elektronen nicht über die Schicht 104 hinausgelangen io sitzende Material enthält einen Kristallkörper aus und die Elektrode 106 erreichen. Erreicht wird dies da- hochreinem Zinksulfid, das mit einer hinreichenden durch, daß eine hohe Dichte von Elektronenhaftstellen Menge an Donatoratomen dotiert ist, um einen spezivorgesehen wird, die die Absenkung der Trennschicht fischen Widerstand zu erzielen, der in einem Bereich für den Elektronenfluß drosselt. Eine Dichte an Elek- liegt, welcher mit den erwünschten Spannungsbetronenhafistellen uüer etwa 10¹⁷ cm ³ reicht dabei aus, 15 triebseigenschaften kompatibel ist. Dies bedeutet, daß um das Feld in einem solchen Abstand enden zu lassen, der spezifische Widerstand in der Größenordnung daß die in die Schicht 104 eintretenden Defektelektro- von 1 Ohm · cm liegen sollte, so daß bei angelegten nen unter Strahlungsabgabe mit Elektronen rekombi- Spannungen unter 15 Volt und bei Strömen von 1 bis nieren. Die Elektronenhaftzustände sind vorzugsweise 100 mA an dem Materialkörper nur ein sehr kleiner Donatorzustände mit einem hohen Elektroneneinfang- ao Spannungsabfall auftritt. Für Zinksulfid ist ein gequerschnitt und einem geringen Defektelektronen-Ein- eignetes Donatormaterial ein Metall der Gruppelllb, fangquerschnitt. Auf diese Weise ist eine sogenannte wie Aluminium, das in einer Menge von etwa 10" ²⁰/₀ Konkurrenz mit den injizierten Defektelektronen ver- im Austausch in das Kristallmaterial eingelu'-rt wormieden. den ist. Dabei ist eine solche Behandlung vor^nom-

Im folgenden sei F i g. 4 näher betrachtet, in der das 25 men. daß eine freie Ladungsträgerkonzentratton von

Energiediagramm für eine Zinksulfid-Elektrolumines- etwa 10¹⁷ Elektronen pro ecm vorhanden i«i. Der

zenzeinrichtung gemäß der Erfindung dargestellt ist. . Körper kann in Form eines gewachsenen kristall«

Das Diagramm trifft dabei für den Zustand einer Null- oder eines Filmes vorliegen, der auf einer Trägerschicht

Vorspannung zu. Eine Kontaktelektrode 200 aus abgelagert ist.

z. B. Gold schafft eine Trennschicht q von eiwa 2,0 eV. 30 Wie oben bereits ausgeführt, bereitet Zinksulfid auf wodurch eine Differenz von etwa !,6 eV zwischen dem Grund eines breiten verbotenen Bandes große Schwie-Valen/band 202 und dem Metall-Fenniniveau 206 gc- rigkeiten bei der Behandlung. In typischer Form beschaffen ist. Γ:η Oberflächenbereich der betreffenden sitzt mit Aluminium dotiertes Zinksulfid einen hohen Einrichtung is» .ner solchen Behandlung unterzogen spezifischen Widerstand, und zwar auf Grund der worden 'ao eine Schicht mit einer Dicke unter 1000Ä 35 Tatsache, daß die Aluminiumdonatoren kompensiert gebi'<\.i ist, die Defektelektronen-Hafizustände ent- sind oder mit einem anderen starken Zentrum, das mit häh. wie dies z. B. bei Dotierung mit Silber der Fall hoher Wahrscheinlichkeit eine Zinkleerstelle ist, komisi. Diese Zustände liegen bei einem Niveau 204 zwi- plexe Verbindungen eingehen. Die Zinkleerstelle wirkt sehen dem Metaü-Ferm.f.iveaii 206 und dem Valenz- als Akzeptor, der das gesonderte Elektron abbindet, band 202. Die Schicht enthält ferner zumindest 40 das bei dem Aluminiumatom vorhanden ist. Anstaü 10" cm ³ Elektronenhaflstellcn, die sich unter dem in das Leitungsband einzutreten, wird das Elektron in Einfluß einer Vorspannung ausfüllen. Damit weist die dem betreffenden Zentrum eingefangen. Das Vorhanbetreffende Schicht eine negative Ladung auf. densein von Zinkleerstellen geht ferner aus einer sehr

Nachstehend sei das in F i g. 5 dargestellte Energie- hellen Blaulichtemission hervor, wenn der Kristall diagramm näher betrachtet, gemäß dem das Vor- 45 mit ultravioletten Photonen bestrahlt wird. Demgemäß handensein einer Vorwärtsvorspannung vorausgesetzt betrifft der erste Verfahrensschritt bei der Bildung der ist. Die in der Schicht vorhandene negative Ladung Einrichtung die Absenkung des spezifischen Widerhebt den Pegel 204 der Zwischenzusiände auf einen Standes des Kristallkörpers gemäß dem folgenden Ver-Wert nahe oder oberhalb def Ferminiveaus 206 des fahren.

Metalls an. In das ^wischenzustandsniveau bzw. in den 50 B e i s ρ i e 1 1
Zwischenzustandspegel 204 werden Defektelektronen „ „ .,. , , .
208 injiziert oder direkt in das Valenzband 202. In Herstellung vor, Niederohmigpm Zinksulfid
anderer Weise betrachtet heißt dies, daß Elektronen Eine etwa 1,27 mm dicke Scheibe aus einem Zinkdas Valenzband 202 oder die Zustände 204 unmittelbar sulfidkristall, der mit Aluminium in einer Menge von verlassen und in das Metall der Kontaktelektrode ein- 55 10 ²⁰/₀ dotiert ist, was etwa 10¹⁹ Aluminiumatomen treten. Die negative Ladung in der betreffenden Schicht pro ecm entspricht, wurde bei hoher Temperatur einer hebt ferner das Leitungsband 210 an, wodurch eine Zinkatotne enthaltenden Umgebung ausgesetzt. In tier Trennschicht 211 mit einer Höhe W und einer Breite betreffenden Umgebung kann das Zink entweder in von 2.v aufrechterhalten wird. Die Energiesperrschichl flüssiger Form oder in gasförmigem Zustand vorhan- W verhindert, daß die Elektronen 214 aus der Schicht 60 den sein. Vorzugsweise wird der Behandlungsvorgang herausfließen. Die aus dem Leitungsband herstammen- in einer Flüssigkeit ausgeführt, da der große Körper den Elektronen 214 vereinigen sich mit den Oefekt- aus flüssigem Zink Verunreinigungen aus dem Kristall elektronen 208 in den Lumineszenzzentren unter Ab- aufnehmen kann, wenn Zinkatomc in den Kristall zum gäbe eines Photons p. Der Strahlungsübergang er- Zwecke der Ausfüllung von Zinkleerstellen eingeführt folgt dabei bei einer Energie, die ausreicht, um bei 65 werden. Nach einer 20 Minuten lang, dauernden BeZimmertemperatur sichtbares Licht abzustrahlen. handlung der erwähnten Kristallscheibc ir · gem

An Hand von Beispielen wird die Erfindung nach- Zink bei einer Temperatur von 800⁰C war J-..- spczi-

stchend besser verständlich werden. Es sei hier be- fische Widerstand von 10^s Ohm · cm auf weniger als

Il

1 Ohm · cm abgesunken, währenddie tatsächlicheKonientrationan Donatoren auf etwa ΙΟ'⁷ cm-³ angehoben war. Es dürfte einzusehen sein, daß Zinkleerstellen turückbleiben, da die Trägerkonzentration nicht so hoch ist wie der Aluminiumdoticrungspegel von l0¹⁹cirr^a.

Elektronen-lnjizierungselektrode

Der elektroneninjizierende ohmsche Kontakt wird dadurch gebildet, daß eine Donatordichtc von zumindest 10¹⁸cnr³, vorzugsweise aber von zumindest 10¹⁹ cm-³, in einem Bereich unterhalb des Metallkonlaktts geschaffen wird. So kann z. B. eine hinreichend hohe Anzahl an Zinkatomen durch ein Aluminiumatom oder durch ein anderes Donatoratom ersetzt werden, das für den Kristallkörper ein Elektron liefert. Das betreffende Verfahren sollte dabei ohne die gleichzeitige Einführung von Leerstellen oder Akzeptorstörstellen ausgeführt werden.

Mit Rücksicht auf die vorstehend aufgeführten Eigenschaften wird daher ein besonderes Verfahren angewandt Gemäß dem betreffenden Verfahren wird ein elektroneninjizierender ohmscher Kontakt auf der Oberfläche eines Zinksulfidkörpers dadurch erzeugt, daß auf die betreffende Oberfläche Kadmium oder Quecksilber oder eine Legierung eines dieser Metalle unter Anwesenheit eines Vor-Donators aufgebracht wird. Dabei wird der betreffende Bereich auf eine Temperatur erwärmt, die oberhalb der Schmelzpunkttemperatur des betreffenden Metalls oder der Legierung liegt. Der erwähnte Vordonator ist vorzugsweise ein Metall der Gruppe HIb. wie Aluminium, Gallium oder Indium, oder ein Halogen, wie Chlor, Brom und Jod. Der Vor-Donator muß in dem Oberflächenbereich in einer Dichte von zumindest Wem ³ vor der Behandlung vorhanden sein; er kann durch entsprechenden Austausch in den sogenannten reichen Oberflächenbereich während der Behandlung eingeführt werden. Bei dieser Behandlung erfolgt auf der Oberfläche dann eine Legierung mit dem Kadmium oder Quecksilber. Nachstehend ist hierfür ein typisches Beispiel gegeben.

Beispiel 2
Herstellung des Elektronen injizierenden Kontakts

Eine Scheibe aus einen niedrigen spezifischen Widerstand besitzendem Zinksulfidkristall vom η-Typ wurde mechanisch von dem Material abgespalten, das gemäß Beispiel 1 hergestellt worden ist. Ein Oberflächenbereich der betreffenden Scheibe wurde mit HCL bei einer Temperatur von 50⁰C 5 Minuten lang geätzt. Die geätzte Oberfläche wurde dann mit einem Indium-Quecksilberamalgam abgescheuert und zwar derart, daß die Oberfläche benetzt wurde. Auf die Oberfläche wurde ein entsprechend hergestellter Rohling aus einer dünnen, an Kadmium reichen Indium-Kadmium-Legierung aufgepreßt, und sodann wurde die betreffende Scheibe auf einem Platin-Streifenheizclement 1 Minute lang auf eine Temperatur von 350 bis 450'C erwärmt. Die Erwärmung wurde in einer Argon-Atmosphäre ausgeführt. Sodann wurde die betreffende Scheibe auf Zimmertemperatur abgekühlt. Der Kontaktwiderstand der Elektrode wurde gemessen; es wurde ein Widerstand von etwa 1 Ohm ■ cm² festgestellt. Der erwähnte Rohling befand sich dabei in festem metallurgischen Kontakt mit der Oberfläche.

Defektelektronen injizierende Kontaktschicht

Eine dünne halbisolicrcnde Defektelektronen-lnjektionsschichl wird dadurch hergestellt, daß ein Metall der Gruppe Ib über eine kurzeStreckeindieSchicht eingeführt wird, und zwar derart, daß Zustände sehr hoher Dichte hervorgerufen werden, die bei Anliegen einer Vorwärts-Vorspannung eine negative Ladung von zumindest 10^I? cm"³ hervorzurufen im Stande sind

ίο und die damit das Niveau der Löcher bzw. Defektele'ktronen-lnjektionszustände anzuheben und die Absenkung der Trennschicht für den Elektronenfluß zu hemmen vermögen. Das Metall der Gruppe Ib, wie z. B. Silber, kann einen Akzeptor bilden, der ein wirksames Defektelektronen-Fangelement mit einer Fnergie von etwa 0,8 eV von dem Valenzband aus darstellt. Das betreffende Metall befindet sich damit in einer ausgezeichneten Position, um die Defektelektronen-Injektion zu unterstützen.

Der Austausch von Zinkatomen in dem Gitter durch eine hohe Dichte besitzendes Silber erforderte spezielle Verfahrensvorgänge, um die Oberfläche stark an Zink zu verarmen und damit die Möglichkeit zu geben, daß Silberatome in das Gitter in sehr hoher Dichte und in sehr geringer Tiefe eingeführt bzw. eingelagert werden können. Ein Verfahren gemäß der Erfindung bewirkt die Einlagerung von Silber in dem Zinkgitter durch Anwendungeines Diffusionsverfahrens. Die Oberfläche des Zinksulfidkörpers ist mit einer dünnen Schicht aus Silber oder Kupfer oder Mischungen dieser Metalle, wie Silber- oder Kupfermetall oder Verbindungen dieser Metalle, überzogen, und zwar vorzugsweise mit Silber- oder Kupfersulfid. Die betreffende Schicht besitzt dabei in zweckmäßiger Weise

eine Dicke von 50 bis 100 Ä. Die Kristallscheibe wird dann auf ein Plr.tin-Streifenheizelement aufgelegt und schnell auf eine Temperatur von etwa 650 bis 95O⁰C erwärmt. Die Erwärmung erfolgt zweckmäßigerweise während einer Dauer von weniger als einer Minute.

Sodann wird die betreffende Kristallscheibe schnell abgekühlt. Überschüssiges Überzugsmaterial wird mechanisch oder mii Hilfe geeigneter Ätzmittel beseitigt.

Die schnelle Abkühlung der Kristallscheibe ermög-

licht eine unmittelbare Erstarrung des Materials in einem Zustand, in welchem die Oberfläche derart entspannt ist, daß die eingelagerten Silberatome in einer Dichte von 10¹⁹cm~³ in einer sehr dünnen Oberflächenschicht festgehalten werden. Das Silber wird in einer solchen Weise eingeführt bzw. eingelagert, daß| eine einen hohen spezifischen Widerstand besitzend dünne halbisolierende Schicht gebildet ist, die die jenigen Zustände umfaßt, welche bei Anliegen eine niedrigen Vorspannung die negative Ladung hervor

rufen. Das Verfahren zur Bildung des Defektelektrone injizierenden Kontaktes wird dadurch beendet, da ein Anschlußpunkt aus einem elektrisch stark ne liven Kontaktmetall, wie Gold, auf der Schicht aufgt dampft wird. Ein typisches Beispiel hierfür ist d folgende Beispiel.

Beispiel 3

Herstellung der Defcktelektrodcn injizierenden _g Kontakts

a) Ein Silbcrfilm in einer Dicke twa 100

wurde auf einen aufgeteilten Oberfl^ m !'bereich ein| einen niedrigen spezifischen Widerstand besitzend

Zinksulfidscheibe aufgedampft, die ein hohes photo- Nachstehend sei F i g. 7 näher betrachtet, in der die metrisches Strahlungsäquivalent besiut und die ge- Spannungs-Kapazitätskennlinie der Einrichtung gemäß Beispiel I hergestellt worden ist. Die betreffende maß Beispiel 3a) mit der entsprechenden Kennlinie Scheibe wurde dann in eine Argonatmosphäre einge- einer Gold-Sperrschicht auf einer Scheibe aus nicht bracht, in der eine geringe Menge an Schwefeldampf 5 behandeltem, mit Aluminium dotiertem Zinksulfid enthalten war. Die betreffende Scheibe wurde dabei auf vom n-Leitfähigkeitstyp verglichen wird. Die Breite der eine Temperatur von etwa 700^cC auf einem Platin- durch die parabolisch geformte Trennschicht H'gebil-Streifenheizelement 10 Sekunden lang erwärmt und deten Sperrschicht beträgt 2 x. Der Wert dieser Breite dann abgekühlt. Auf die Oberfläche wurden schließlich ist durch folgende beziehung bestimmt:
Goldpunkte mit einem Durchmesser von etwa 0,15mm io

aufgedampft. Damit war der Defektelektronen-Injek- ε_Λ _ -_

tionskontakt fertiggestellt. Auf die Rückseite der er- q ~~
wähnten Kristallscheibe wurde entsprechend dem

im Beispiel 2 erläuterten Verfahren ein Elektronen « bedeutet die Dielektrizitätskonstante von ZnS

injizierender ohmscher Kontakt aufgebracht. 15 (etwa ΙΟ"¹²),

b) Ein etwa 1000 A dicker Silberfilm wurde auf eine C bedeutet die Kapazität in Mikrofarad und
aufgeteilte Oberfläche einer gemäß Beispiel 1 herge- _A bedeutet die Fläche der aktiven Einrichtung,
stellten, einen niedrigen spezifischen Widerstand besitzenden Zinksulfidscheibe aufgedampft. Die so über- Gemäß F i g. 7 beträgt die Breite der Schicht bei zogene Scheibe wurde dann etwa 10 Sekunden lang auf ao einer angelegten Spannung von 2 V etwa 220 Ä. Die einem Platin-Streifenheizelement in einer Schutzgas- tatsächliche negative Ladungsdichte Λ' ergibt sich dann atmosphäre, wie Argon, auf eine Temperatur von aus folgender Beziehung:

700° C erwärmt. Sodann wurde die betreffend« Scheibe

abgekühlt. Das auf der Oberfläche zurückgebliebene ? ^ ^x\ _j_ „, _ γ — w

Silber wurde durch Ätzen der betreffenden Oberfläche 25 2f

mit konzentrierter Salpetersäure entfernt. Das Ver- mit

fahren wurde schließlich in entsprechender Weise be- ψ = V ss 2VoIt

endet wie das Verfahren gemäß Beispiel 3 a). ergibt sich

c) Eine etwa 100 A dicke Silbersulfidschicht wurde

auf eine unterteilte Oberfläche einer gemäß Beispiel 1 30 l,6j 10"¹⁹ · /Vj lO^¹* _ μ, ₌ q 25
hergestellten, einen niedrigen spezifischen Widerstand 2 · 10-" '
besitzenden Zinksulfidscheibe aufgebracht. Die so überzogene Scheibe wurde dann in eine Schutzgasatmo- N ist damit angenähert 2,5 · 10¹⁸/cm-³ bei einer sphärc eingebracht und auf einem Platin-Streifenheiz- Schichtdicke von etwa 200 A.

element 10 Sekunden lang auf eine Temperatur von 35 Der Wirkungsgrad der Einrichtung kann noch da-

etwa 700°C erwärmt und dann abgekühlt. Das Ver- durch weiter gesteigert werden, daß die Anzahl der

fahren wurde im übrigen in entsprechender Weise be- Elektronenhaftstellen bzw. der Elektroneneinfangquer-

endet wie das Verfahren gemäß Beispiel 3a). schnitt in dem dünnen Bereich unter dem Defektelek-

Die beim Beispiel 3a) verwendete Einrichtung tronen injizierenden Kontaktpunkt vergrößert wird,

strahlte bei Aufnahme eines Stroms von 10 itiA und bei 40 womit die Höhe der Trennschicht ansteigt. Eine Elek-

einer Vorwärtsvorspannung von 2,5 V klares Blaulicht tronenhaftstelle, die eingelagert bjw. eingeführt wer-

ab, das bei normaler Zimmerbeleuchtung deutlich sieht- den kann, um die Trennschicht für den Elektronenfluß

bar war. aufrechtzuerhalten, ist durch Silber gegeben, das mit

Im folgenden sei F i g. 6 näher betrachtet, in der die einer Schwefelleerstelle unter Paarbildung zusammen-

Strom-Spannungs-Kennlinie der Einrichtung gemäß 45 gefaßt ist.

Beispiel 3 im Vergleich zu der Kennlinie der Goldtrenn- Das Material kann noch weiter behandelt werden, schicht allein dargestellt ist. Die die Goldtrennschicht um in die Defektelektronen injizierende Schicht ein betreffende Kurve zeigt ein lineares Ansteigen des Lumineszenzzentrum einzulagern, wie Kupfer, das ein Stroms mit der Spannung von etwa 1,2 bis 1,6 V. Die von dem Energieniveau des Zwischenzustands abder Einrichtung gemäß Beispiel 3 zugehörige Kurve 50 weichendes Energieniveau besitzt. Ein typisches Beizeigte einen ersten Bereich, in welchem der Si rom spiel hierfür ist das folgende Beispiel,
mit der Vorspannung bis zu einem Punkt bei etwa 2 V

ansteigt, bei welchem der Einsatz der Defektelektronen- Beispiel 4
Injektionen erfolgt. Die Steigung der Kurve nimmt dann

stark zu. Die Steigung der Kurve genügt dabei der Be- 55 a) Das Verfahren gemäß Beispiel 3 wird hier wieder-

ziehung: holt. Bevor jedoch der einen Durchmesser von etwa

/-- UO AT²e^wi^kT 0,15 mm besitzende Goldpunkt auf die Schicht auf-

hierin bedeutet· gebracht wird, wird eine etwa 100 A dicke Kupfersulfidschicht auf der Oberseite der mit Silber dotierten

A die Fläche der aktiven Einrichtung in cm², 60 Schicht abgelagert, und ferner wird der Kristallkörper

T die Temperatur und ^auf dem Platin-Streifen-Heizelement in einer Schutz-

W die Höhe der Trenn- bzw. Sperrschicht für den gasatmosphäre bei einer Temperatur von etwa 650⁰C

Elektronenfluß einige Sekunden lang erwärmt. Sodann werden die

Goldpunkte aufgebracht. Wird die betreffende Einrich-

Der wirksame bzw. aktive Bereich der Einrichtung 65 tung an eine Batterie angeschlossen, so strahlt sie helles

gemäß Beispiel 3 weist einen Durchmesser von etwa blaugrünes Licht mit etwa dem gleichen Leistungspegel

0,15 mm auf, und die gemessene Spannung der Trenn- ab, wie er bezüglich der Einrichtung nach Beispiel 3

bzw. Grenzfläche W beträgt damit etwa 0,2,5 V. angegeben worden ist.

Λ0

b) Die Dicke der Kupfersulfidschicht wurde auf 1000 A erhöht, und das Verfahren gemäß Beispiel 4a) wurde weitgehend wiederholt. Zusätzlich wurde jedoch das Kupfersulfid entfernt, das auf der Oberflache zurückgeblieben war. Das betreffende Kupfersulfid wurde dabei mit einer NH₄OH-Ätzlösung entfernt, bevor die Goldpunkte aufgebracht wurden. Die hinrichtung strahlte helles blaugrünes Licht nut etwa dem gleichen Leistungspegel ab, der bezüglich der Einrichtung nach Beispiel 3 a) angegeben worden ist.

c) Eine 1000 A dicke Kupfersulfidschicht wurde unmittelbar auf eine abgeteilte bzw. abgespaltene

Oberfläche einer Kristallscheibe aufgebracht, die gemäß dem Verfahren nach Beispiel 1 behandelt wurde. Die so überzogene Scheibe wurde dann auf ein Platin-Streifenheizelement aufgebracht und in einer Schutzgasatmosphäre wenige Sekunden lang auf eine Temperatur von etwa 500⁰C erwärmt. Das auf der Oberfläche zurückgebliebene Kupfersulfid wurde mit »*—«

worden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektroiumineszenzeinrichtung zur Erzeugung von Licht mit einer kleineren Wellenlänge als 55OOÄ mit einem η-leitend dotierten kristallinen Halbleiterkörper aus Zinksulfid, der einen spezifischen Widerstand in der Größenordnung von 1 Ohm · cm besitzt, mit einer Elektronen injizierenden metallischen Kathode, die durch einen ohmschen Kontakt mit dem Kristalikörper verbunden ist, und mit einer Löcher injizierenden Anode aus einem elektronegativen Metall, die mit dem Kristalikörper durch einen Anodenkontaktbereich verbunden ist, der die Injektion von Löchern in den Halbleiterkörper bei Anlegen vor Vorwärtssoannungen unter 10 Volt ermöglicht und das Austreten von Elektronen aus dem Leitungsband des Halbleiterkörpers in die Anode begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkontaktbereich aus einer Anodenkontaktschicht des Halbleiterkörpers besteht, deren Dicke unter 1 μπι liegt und die in einer Menge von zummuLsi 10^IS cm -¹ Atome wenigstens ein Metall der Gruppe 1 b des Periodischen Systems aufweist, die mit einer Konzentration von zumindest l0¹⁷cm ³ bei spannungslosem Zustand im Halbleiterkörper zwischen seinem Valenzband und dem Ferminiveau des Anodenmetalls liegende, als Lumineszenz-Rekombinationszeiuren wirkende Akzeptorzustände einnehmen, so daß die energetische Lage des an die Anode angrenzenden Teils dieser Akzeplor/i:- stande unter dem Einfluß der Vorwärtsspannung durch sich in der Anodenkontaktschicht aufbauende blektronenladungen bis auf einen Abstand von weniger als 0.4 eV an das Ferminiveau des Anodenmetalls anhebbar ist.

2. Hlektrolumineszenzeinriehuing iia;:h Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Anodenkontaktschicht unter H)O A liegt

3. F.lektroiumines/enzeinriehtuiig nach .Anspruch 1 oder 2. daduuh gekennzeichnet, daß das Metal! ιΚτ Gruppe lh des Ptriodischen Systems aus Silbei. Kupfer oder aus Mischungen dieser Metalle besteht.

4. Elektroiumineszenzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Zinksulfid bestehende Halbleiterkörper Donatoralome aus Metallen der Gruppe 1Mb des Periodischen Systems und Halogenen in einer Menge von zumindest 10^l7cm ³ enthält.

^ς Elektrolummeszen/emrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Don.ttoratome Aluminium sind.

6. Verfahren /ur Herstellung einer Elektroiumineszenzeinrichtung nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Oberfläche des Halbleiterkörper aus Zinksulfid eine dünne Schicht des Metalls der Gruppe 1 b des Periodischen Systems aufgebracht wird, daß die so beschichtete Oberfläche während einer Zeitspanne von weniger als einer Minute schnell auf eine Temperatur zwischen 400 und 900°C erwärmi wird. daß das Materia! dann derart schnell abgekühlt wird, daß in der Anodenkonlaktsehichl Atome des Metalls der Gruppe lh nut der Dichte von zumindest 1O¹⁷CnT³ als Akzeptor eingelagert sind, und daß anschließend auf den Anodenkontaktbereich ein elektronegatives Metall als Anode aufgedampft wird.