DE2053849A1 - Mehrfarbiges Licht mittlerende Dioden - Google Patents

Mehrfarbiges Licht mittlerende Dioden

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Description

Mehrfarbiges Licht emittierende Dioden
Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiter-Lichtquellen und insbesondere auf mehrfarbiges Licht aussendende Dioden.
Mit der immer stärker werdenden Forderung nach neuen und verbesserten visuellen Anzeigesystemen besteht ein Bedürfnis an verbesserten Anzeigevorrichtungen. Aufgrund ihrer Größe und der kleinen erforderlichen Leistungen kann erwartet werden, daß Licht emittierende Halbleiterdioden eine große Rolle als Komponenten für zukünftige visuelle Anzeigesysteme spielen. In zahlreichen Artikeln ist eine Anzahl von Prinzipien zur Herstellung von Anordnungen beschrieben worden, welche Elemente enthalten, die alle
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Licht der gleichen Wellenlänge aussenden. Beispielsweise ist in der Ausgabe von "Electronics" vom 4. März 1968 auf Seite 104 ein Verfahren zur Herstellung von Anordnungen aus Galliumarsenid-Phosphiddioden für eine Verwendung in alphanumerischen Anzeigen beschrieben worden. Ein weiterer, im Oktober 1967 von IEEE Transactions on Electron Devices, Band ED-14, No. 10, .erschienener Artikel beschreibt die Herstellung von integrierten Anordnungen elektroluminescenter Dioden. Bei der steigenden Erfahrung in der Herstellung und Anwendung visueller Anzeigen oder Darstellungen ist die Verwendung mehrfarbiger Anzeigen eine natürliche Erweiterung der Technik. Ein naheliegendes Verfahren, um zusätzliche unterschiedliche Farben zu erhalten, würde darin liegen, der Anordnung für die verschiedenen Farben zusätzliche Dioden hinzufügen. Diese einfache Lösung beinhaltet jedoch den Nachteil, daß zu den der Elementpositiorfen in der Anordnung noch weitere hinzukommen, wodurch eine unnötige Komplexität und Schwierigkeit bei der Herstellung entsteht. Es wäre deshalb höchst erwünscht, Mehrfarbenelemente mit einer einzigen Elementposition in einer Licht emittierenden Diodenanordnung zu sorgen.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine mehrfarbiges Licht aussendende Diodenstruktur aus Halbleitermaterialien zu schaffen. Ferner beinhaltet die Erfindung Verfahren zur Herstellung mehrfarbiges Licht aussendender Strukturen, die für visuelle Anzeigesysteme geeignet sind. Schließlich sollen erfindungsgemäß mehrfarbiges Licht aussendende Strukturen geschaffen werden, von denen verschiedene Farben durch einfache Schaltvorgänge erhalten werden.
Diese Aufgaben werden gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch mehr- bzw. vielschichtige Halbleiterbereiche mit unterschiedlicher Leitfähigkeit gelöst, die an der Grenzfläche von zwei Bereichen unterschiedlicher Leitfähigkeit Licht emittierende ρ η-Übergänge bilden. Bei einer Struk-
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tür mit mehreren übergängen kann jeder Diodenübergang unabhängig beeinflußt werden, um so eine unabhängige Parbsteuerung zu erzielen. Beispielsweise kann richtig dotiertes Gallium-Aluminium-Phosphid, (GavA1(i-x))p> w0 x zwischen 0 und 1 liegt, dazu gebracht werden, entweder grün oder rot zu leuchten, und durch die Superposition von rot- und grün-emittierenden übergängen kann ferner eine scheinbare Gelbemission (soweit das menschliche Auge betroffen ist) hervorgerufen werden. Um die Absorption der Grünemission herabzusetzen, wird der Übergangsteil, der an dem Transmissionsmedium wie z. B. Luft angrenzt, so dünn wie möglich gemacht,oder er wird aus einem Material mit einem erhöhten Bandabstand oder band-gap hergestellt.
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Figur 1 ist eine Seitenansicht einer mehrfarbiges Licht emittierenden Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Figur 2 ist eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Figur 3 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung.
Figur 4 ist eine perspektivische Darstellung einer typischen mehrfarbiges Licht emittierenden Anordnung, die erfindungsgemäß hergestellt ist.
Figur 5 ist eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellten, mehrfarbiges Licht emittierenden Anordnung.
Als Beispiel zeigt Figur 1 eine mehrfarbiges Licht emittierende Anordnung, die drei übereinander angeordnete Schichten oder Regionen aus Halbleitermaterialien mit unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp aufweist. Diese Schichten oder Regionen sind mit P1, N bzw. P2 bezeichnet, wobei die zwei äußeren Schichten P1 und P2 des p-Typs durch den η-leitenden Bereich getrennt sind
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und an der Grenzfläche von P1 und N bzw. P2 und N zwei pn-übergänge J1 und J2 bilden. Wie im folgenden noch näher beschrieben werden wird, kann die Zusammensetzung der verschiedenen Schichten so hergestellt werden» daß der Übergang J1, wenn er in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, Licht mit einer anderen Wellenlänge aussendet als diejenige von Jp, wenn diese in Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Wenn beispielsweise J1 und Jp rot- bzw. grün-emittierende übergänge sind, dann fließt beim Schließen des Schalters S1 ein Strom von der Batterie in Durchlaßrichtung über den übergang J1, wo rotes Licht emittiert wird, von dem ein Teil durch N und P2 hindurchtritt, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Wenn der Schalter S2 geschlossen ist, fließt ein Strom in Durchlaßrichtung über den übergang J2, an dem grünes Licht emittiert wird, das durch P2 hindurch nach außen tritt. Wenn beide Schalter geschlossen sind, werden beide Übergänge in Durchlaßrichtung vorgespannt,und von der Anordnung wird eine gewisse Gelbfärbung emittiert.
Figur 2 zeigt eine Vierschichtanordnung, in der der übergang J1 an der Grenzfläche einer Schicht P1 vom p-Typ und einer Schicht N vom η-Typ gebildet wird, die über der p-Schicht angeordnet ist. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, wird der übergang J2 durch eine Schicht N1 vom η-Typ, die über der Schicht N angeordnet ist, und der Grenzfläche mit einer Schicht P2 vom p-Typ gebildet, die über der Schicht N1 angeordnet ist. Wenn die übergänge J1 und J2 auf entsprechende Weise zur Emission von Rot und Grün gebracht sind, dann wird durch die oben beschriebene Betätigung der Schalter S1 und S2 das gleiche Farbbild erreicht. Wie aus der folgenden Beschreibung deutlich werden wird, kann es in einigen Fällen wünschenswert sein, die Vierschichtanordnung im Gegensatz zur Dreischichtanordnung zu verwenden.
In Figur 3 ist noch ein weiteres AusfUhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Hier sind drei Licht emittierende übergänge J1, J2 und J., an den Grenzflächen von Bereichen unterschiedlicher
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Leitfähigkeit gebildet. Genauer gesagt, zeigt Figur 3 eine Halbleiterstruktur, die Licht von drei verschiedenen-Wellenlängen entweder getrennt oder in irgendeiner Kombination auszusenden vermag. Wie gezeigt, ist der Übergang J1 an der Grenzfläche eines p-Bereiches, P, und eines η-Bereiches, N, gebildet; Übergang J2 ist an der Grenzfläche des Bereiches N und einer p-leitenden Bereiches P. hergestellt; und der Übergang J, befindet sich an der Grenzfläche des Bereiches P. und eines η-leitenden Bereiches N1. Durch eine entsprechende Kombinationswahl der Schalter S1 bis Su kann irgendeiner oder alle Übergänge in Durchlaßrichtung vorgespannt werden, um so Licht verschiedener Wellenlängen auszusenden.
Es wurde gefunden, daß es für die Herstellung von mehrfarbiges Licht aussendenden Dioden, wie sie in den Figuren 1-3 dargestellt sind, wünschenswert ist, den Licht emittierenden Übergang mit der kleinsten Photonenenergie am weitesten entfernt von der Emissionsfläche anzuordnen und die Übergänge mit der höchsten Photonenenergie der emittierenden Oberfläche am nächsten anzuordnen, um so die Absorption der hochenergetischen Photonen zu verkleinern. Beispielsweise wird die Rot-Emission bei einer kleineren Photonenenergie als bei der Grün-Emission erzielt und demzufolge wird die Grün-Emission leichter absorbiert als die Rot-Emission. Es ist deshalb vorteilhaft, den grün-emittierenden Übergang so nahe wie möglich an der emittierenden Oberfläche anzuordnen. Es wurde gefunden, daß die Absorption von grünem Licht noch weiter herabgesetzt werden kann, wenn die Schicht zwischen dem Übergang und der emittierenden Oberfläche so dünn wie möglich gemacht wird. Da jedoch der Strom zu dem Übergang durch die Schicht hindurchgeführt werden muß, besteht eine praktische Grenze, wie dünn die Schicht gemacht werden kann. Um diese Schwierigkeit zu überwinden und um ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung darzustellen, besteht ein anderer Weg zur Herabsetzung der Absorption darin, den Bandabstand (band-gap) des einen der Licht emittierenden Übergänge bildenden Materials zu vergrößern. Gemäß einer bevorzugten AusfUhrungsform der Er-
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findung, die im folgenden beschrieben werden wird, wird eine Vergrößerung des Bandabstandes einer Galliumphosphid-Struktur beispielsweise durch den Zusatz von Aluminium zu der Kristallstruktur erzielt.
Die in Figur 4 dargestellte, mehrfarbiges Licht emittierende
Quelle umfaßt eine vielschichtige Struktur, die im wesentlichen der schematisch in Figur 2 gezeigten ähnlich ist, wobei der Übergang J1 rot-emittierend und der übergang J„ grün-emittierend ist. Eine Diode mit diesen Charakteristiken wird auf einfache Weise
auf einem Substrat 10 mit einer ersten Schicht 11 aus einem
p-leitenden Material hergestellt. Dieses Material kann beispielsweise Galliumphosphid sein, das mit einer geeigneten Akzeptorbeimengung, wie z. B. Zink, Cadmium oder Quecksilber und auch
mit Sauerstoff oder ähnlichen Beimengungen mit niedrigem Niveau dotiert ist, die als Donatoren wirken. Der übergang J. wird dadurch gebildet, daß Über der Schicht 11 eine η-leitende Schicht 12 angeordnet wird, wie z. B. Galliumphosphid, das mit einer geeigneten Donatorbeimengung, wie z. B. Tellur, Selen oder Schwefel dotiert ist. Die Schicht 12 wird vorzugsweise durch ein
Flüssigkeits-Epitaxialverfahren gebildet, das im folgenden noch näher beschrieben wird. Um die vielschichtige Struktur zu vervollständigen, wo beispielsweise eine Dreischichtanordnung hergestellt werden soll, kann eine Qalliumphosphidschicht, die
beispielsweise mit Zink als Akzeptor dotiert ist, über der Schicht 12 epitaxial aufgewachsen werden. Damit ein Kontakt zu der n-Schicht hergestellt werden kann, muß ein Teil der Schichten 12
und 13 entfernt werden. Dies kann beispielsweise durch Masken-
und Atzverfahren erfolgen. Alternativ könnte vor dem Aufbringen der Schicht 13 die Schicht 12 maskiert werden, um so das epitaxiale Aufwachsen der Schicht 13 auf einen bestimmten Bereich zu begrenzen. Welches Verfahren auch immer angewendet wird, die
Kontakte I1J, 15 und 16 werden an der ersten, zweiten bzw. dritten Schicht der Diodenanordnung angebracht.
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Falls es erwünscht ist, eine Vierschichtanordnung herzustellen, wie sie schematisch in Figur 2 gezeigt ist, in der der Übergang Jp mit einem Material gebildet ist, das einen erhöhten Energiebandabstand aufweist, kann die Anordnung in folgender Weise hergestellt werden. Ein rot-emittierender Übergang J1 kann, wie oben beschrieben, mit einem p-Bereich aus akzeptordotierten Galliumphosphid, das Sauerstoff enthält, und einem η-Bereich aus donatordotiertem Galliumphosphid gebildet werden. Daraufhin kann η-leitendes Material mit vergrößertem Bandabstand, wie z. B. Gallium-Aluminiumphosphid, das beispielsweise mit Tellur als Donator dotiert ist, durch ein epitaxiales Aufwachsverfahren aufgebracht werden. Auf ähnliche Weise kann ein p-leitender Bereich über den n-leitenden Bereich gewachsen werden, um den grünemittierenden Übergang J2 zu bilden, indem akzeptordotiertes Gallium-Aluminiumphosphid über die η-leitende Schicht gewachsen wird. Wie oben beschrieben wurde, zeigen die Licht emittierenden Diodenanordnungen mit einem vergrößerten Bandabstand verminderte Absorptionseigenschaften gegenüber den Materialien mit kleinerem Bandabstand bei gleichen Emissionswellenlängen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 5 gezeigt. Hier ist eine Vierschichtanordnung, die im wesentlichen der schematisch in Figur 2 gezeigten ähnlich ist, dadurch hergestellt, daß die Fläche des emittierenden Überganges J1 im wesentlichen gleich der Fläche des emittierenden Überganges J„ ist. In denjenigen Fällen, in denen rot- und grün-emittierende Übergänge getrennt und kombiniert verwendet werden sollen, um auf diese Weise eine dritte Farbe mit einer Gelbfärbung zu liefern, ist es wünschenswert, daß die rot- und grün-emittierenden Übergänge im wesentlichen die gleiche Fläche besitzen. Anderenfalls enthält das emittierte Licht entweder rot und gelb oder grün und gelb oder, was auch möglich ist, eine Kombination von allen drei Farben. Obwohl dies in einigen Fällen nicht zu beanstanden sein mag, so kann, falls diese Erscheinung unerwünscht ist, das Problem dadurch vermieden werden, daß die emittierenden Übergänge praktisch die gleiche Fläche erhalten und in axialer Richtung
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- 8 miteinander fluchten bzw. auf einer Linie liegen.
Nachdem somit verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, werden nun verschiedene bevorzugte Verfahren zur Herstellung dieser und anderer Anordnungen beschrieben. Als Beispiel werden fünf Grundverfahren zur Herstellung von Mehrschichtanordnungen angegeben; es sei jedoch darauf hingewiesen, daß verschiedene Kombinationen dieser oder anderer Verfahren gleichfalls angewendet werden können.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Schicht aus Galliumphosphid, das zur Durchführung der Erfindung verwendbar ist, besteht darin, daß eine Scheibe aus zweckmäßig dotiertem Material, das durch "Ziehen aus einer Schmelze" gewachsen ist, geläppt und polliert wird. Dieses Verfahren ist in der Technik allgemein bekannt und wird hier nicht näher beschrieben.
Ein zweites Verfahren zur Herstellung einer vielschichtigen Struktur besteht darin, daß ein Plättchen wächst, indem eine zweckmäßig dotierte Lösung von Galliumphosphid in Gallium abgekühlt wird. Als Beispiel sei angegeben, daß Plättchen aus der Lösung wachsen können, indem eine Mischung von Gallium mit 16 Gew.? Galliumphosphid in eine Quarzampulle eingebracht wird. Zu dieser Mischung wird eine richtige Menge Dotierungsmittel hinzugesetzt, das für die bestimmte zu wachsende Schicht geeignet ist. Beispielsweise erbringen etwa 0,o5 MoIJf Zink und etwa 0,1 MoIJi GApO, ein p-leitendes Material, das für eine Verwendung in rot-emittierenden Diodenanordnungen geeignet ist.
Andererseits führt die Verwendung von etwa 0,03 Mol* Tellur zu einem n-leitenden Material. In beiden Fällen wird die Ampulle dann auf einen Druck von etwa io" Torr evakuiert und dicht verschlossen. Die Ampulle wird in einen Ofen eingebracht, auf etwa 1200° C erhitzt und dann mit einer Geschwindigkeit von etwa 1° pro Minute abgekühlt. Bei der Abkühlung der Lösung nimmt die
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Löslichkeit des Galliumphosphid in dem Gallium ab und das Galliumphosphid kristallisiert in Form von Plättchen.
Ein drittes Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger Strukturen besteht in dem Wachsen von Halbleitermaterial mittels eines Epitaxialverfahrens in der Dampfphase. Dieses Verfahren kann unter Verwendung eines Ofens durchgeführt werden, in dem zwei Temperaturzonen hergestellt sind. Eine Galliummenge wird in der Zone hoher Temperatur angeordnet, die etwa 950° C beträgt, und ein Substrat wird in eine Zone niedriger Temperatur gebracht, die etwa 850° C beträgt. Das Substrat kann Galliumarsenid, falls eine Anfangsschicht aus Galliumphosphid gewachsen wird, oder Galliumphosphid sein, wenn irgendeine anschließende Schicht gewachsen werden soll. In jedem Falle sind die Galliumquelle und das Substrat in einem Röhrchen enthalten, das aus Quarz oder einem anderen geeigneten Material hergestellt ist, durch das ein Strom aus gereinigtem Wasserstoffgas hindurchströmt und als ein Trägergas wirkt. Ein Teil der Wasserstoffströmung wird über eine Reinigungsflasche (buppler), die PCI, enthält, geführt und dann zu dem Hauptgasstrom zurückgeleitet. Der somit gewonnene PCI,-Dampf dient als eine Phosphorquelle und liefert das Chlorgas, das bei der chemischen Vereinigung mit dem Gallium in der heißen Zone verdampfbare Galliumchloride bildet. Diese verschiedenen Dämpfe bewegen sich durch das Röhrchen, wo sie dann an dem Substrat reagieren können, um einzelne Kristallschichten aus Galliumphosphid zu erzeugen. Besonders vorteilhafte Ergebnisse wurden unter den folgenden Bedingungen erhalten: 950° C in der Hochtemperaturzone und eine Temperatur von 840° in der Zone niedriger Temperatur bei einer Wasserstoffströmungsgeschwindigkeit von 100 cc/min. und einer Nebenströmungsgeschwindigkeit durch das PCI, von 50 cc/min., wobei die Temperatur des PCI, auf 0° C gehalten wurde.
Wenn dotierte Schichten hergestellt werden sollen, können die Dotierungemittel der Galliumquelle zugesetzt werden oder die Beimengung kann in Dampfform durch eine getrennte Einlaßröhre
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zugeführt werden. Es kann aber auch irgendeine Peststoffquelle
für die Beimengung bzw. die Störstellen in einer geeigneten Temperaturzone in dem Röhrchen angeordnet werden, um den gewünschten Dotierungsgrad herbeizuführen.
Nach einem weiteren Verfahren zur Herstellung vielschichtiger
Strukturen wächst ein Halbleitermaterial mittels eines Epitaxialverfahrens in der Flüssigkeitsphase. Hierbei wird ein System verwendet, in dem eine Lösung von Galliumphosphid in Gallium anfangs getrennt von einem Substrat oder Substraten gehalten wird. Zu
der Lösung werden geeignete Elemente hinzugefügt, um als Dotierungsmittel zu dienen. Falls die Dotierungsmaterialien nicht zu stark verdampfen, kann das System aus einem an beiden Enden
offenen Rohr bestehen, durch das ein Schutzgas kontinuierlich
hindurchströmt. Wenn das Dotierungsmittel leicht verdampft, wie Zink oder Schwefel, kann es vorteilhafter sein, obwohl es nicht absolut erforderlich ist, ein abgeschlossenes evakuiertes Quarzsystem zu verwenden. In einem horizontalen System kann die Galliumphosphidlösung und das Substrat in einem Schiffchen gehalten
sein, das beispielsweise aus Graphit, Bornitrid, Aluminiumoxid
oder Quarz hergestellt ist. In einem vertikalen System kann die Galliumphosphidlösung in einer Schale oder in einem Becher enthalten sein und das Substrat wird in einem geeigneten bewegbaren Halter darüber gehalten. Bei der Ausführung wird das System auf eine Temperatur auf etwa 1050° C erhitzt und dann lange genug
auf dieser Temperatur gehalten, um eine Sättigung sicherzustellen. Dann wird die Lösung mit dem Substrat in Kontakt gebracht, indem entweder die Lösung über das Substrat gegossen oder das
Substrat in die Lösung eingetaucht wird. Die Lösung wird mit
einer geeigneten Geschwindigkeit abgekühlt, damit epitaxiale
Schichten wachsen, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 0,1 - 25° pro Minute. In dem vertikalen System kann das Wachsen unterbrochen werden, indem das Substrat zu irgendeiner Zeit aus der Lösung herausgenommen wird.
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Es ist ferner möglich, pn-übergänge in einem einzigen Wachszyklus herzustellen, indem während des Wachsvorganges eine ausreichende Menge des Störstellenmaterials entgegengesetzten Typs hinzugefügt wird, so daß die ursprüngliche Beimengung kompensiert wird und eine Schicht mit dem entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu wachsen beginnt.
Noch ein weiteres Verfahren zur Herstellung vielschichtiger Strukturen liegt in einem Diffusionsverfahren. In diesem Fall kann ein Licht emittierender übergang dadurch hergestellt werden, daß ein Galliumphosphidplattchen (wafer) beispielsweise in einer abgeschlossenen Quarzkapsel mit einigen Milligramm der gewünschten Beimengung,wie z. B. Zink, und mehreren Milligramm Phosphor eingeschlossen wird. Die Kapsel wird für etwa eine Stunde in einen Ofen mit etwa 900° C gebracht. Dann ist an der Oberfläche des Plättchens oder Wafers ein zinkdotierter Bereich gebildet, der etwa 15 Micron dick ist. Eine selektive Diffusion, d. h. eine Diffusion, die auf begrenzte Flächen des Plättchens oder Wafers begrenzt sind, kann durch Maskierung mit geeignet geformten Schichten aus Oxiden oder Nitriden von Silicium oder anderen undurchlässigen bzw. impermeablen Filmen erzielt werden.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann allein oder in irgendeiner gewünschten Kombination angewendet werden, um die oben beschriebenen vielschichtigen Anordnungen herzustellen. Beispielsweise kann eine mehrfarbiges Licht emittierende Diodenanordnung mit vier Schichten folgendermaßen hergestellt werden: Eine Substratschicht 11 wird aus einer Galliumlösung gewachsen, die 16 Gew.? Galliumphosphid, 0,05 Mol? Zink und 0,1 Moli Galliumoxid enthält. Die Lösung wird in einer evakuierten Quarzampulle auf etwa 1200° C erhitzt und mit einer Geschwindigkeit von etwa 1° pro Minute abgekühlt. Die aus dieser Lösung gewachsenen Plättchen aus Galliumphosphid werden dann geläppt und in Königswasser (aqua regia) geätzt, bevor sie als ein Keim- oder Anregekristall für die Mehrschichtstruktur benutzt werden. Die somit gebildete Substratschicht kann dann für anschließende epitaxiale Schicht-
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wachsungen verwendet werden. Beispielsweise kann das Substrat in eine Lösung von 7 Gew.? Galliumphosphid und 0,01 Atom£ Tellur bei einer Temperatur von etwa 1050° C eingetaucht werden. Die Lösung wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,7° C pro Minute auf eine Temperatur von etwa 1000° C abgekühlt. Dies erzeugt eine tellurdotierte Schicht mit einer Dicke von etwa 50 Micron über der zink- und sauerstoffdotierten Galliumphosphidschicht. Eine dritte Schicht aus Halbleitermaterial mit einem größeren Bandabstand wird dann dadurch gebildet, daß Aluminium zu der oben beschriebenen Schmelze hinzugesetzt und die Temperatur um etwa 5 - 10° C erhöht wird. Dann kann die Lösung mit einer Geschwindigkeit von etwa O,7°9pro Minute auf eine Temperatur von 990° C abkühlen. Dies erzeugt eine η-leitende Gallium-Aluminiumphosphidschicht mit einer Dicke von etwa 20 Micron. Zu der auf einer Temperatur von 990° C befindlichen Schmelze wird etwa 0,1 Atom£ Zink hinzugesetzt, und die Temperatur wird wiederum um etwa 5 - 10° C erhöht. Die Schmelze wird wiederum von dieser Temperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,7 C pro Minute auf etwa 900° C abgekühlt. Dies erzeugt eine p-leitende Schicht aus Gallium-Aluminiumphosphid mit einer Dicke von etwa 20 Micron. Die dabei entstehende Vorrichtung ist im wesentlichen die gleiche wie die in Figur 2 schematisch dargestellte.
Die somit gebildete Vorrichtung kann in einer Kaliumhydroxidlösung elektrolytisch geätzt werden, um Vorrichtungen herzustellen, wie sie in den Figuren 4 und 5 gezeigt sind. Schließlich können geeignete Kontakte an die verschiedenen Bereiche angeschlossen werden, so daß ein elektrischer Kontakt zu diesen hergestellt werden kann.
Es sei darauf hingewiesen, daß die vorstehende spezifische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Mehrfarbenstruktur lediglich als Beispiel angegeben ist. Darüber hinaus können die verschiedenen, oben beschriebenen Verfahren und andere in der Technik bekannte Verfahren in jeder Kombination angewendet
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werden, um Mehrfarbenstrukturen herzustellen. Es sei auch hinzugefügt, daß die Anzahl von Schichten nicht auf die hier angegebenen Zahlen beschränkt ist, sonderen daß diese ausgedehnt werden können, um eine Vielzahl von Farben zu erzielen. Im allgemeinen sind jedoch drei Farben ausreichend, um alle sichtbaren Farben des Spektrums zu gewinnen. Ferner sei bemerkt, daß auch komplementäre Strukturen gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können.
Schließlich sei betont, daß die Erfindung zwar vorwiegend anhand von Galliumphosphid beschrieben wurde. Es können aber auch andere Halbleitermaterialien oder Kombinationen von Halbleitermaterialien verwendet werden, um diese mehrfarbiges Licht emittierenden Strukturen zu erhalten. Beispielsweise können ternäre Verbindungen wie beispielsweise Ga (As Ρ/1-χ\) verwendet werden, wo χ zwischen O und 1 veränderlich ist.
Zusammenfassend ist also festzustellen, daß die gemäß den Lehren der Erfindung hergestellten Vorrichtungen mehrfarbiges Licht emittierende Strukturen schaffen, die in visuellen Bildsystemen verwendbar sind und den zusätzlichen Vorteil besitzen, daß sie sehr dichte Anordnungen dieser Strukturen liefern.
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Claims (11)

  1. - 14 Ansprüche
    Mehrfarbiges Licht emittierende Diodenstruktur, dadurch gekennzeichnet , daß drei Halbleiterschichten (P., N, Pp) mit unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp übereinander angeordnet sind und jedes Schichtenpaar an seiner Grenzfläche einen Licht emittierenden Übergang (J., Jp) bildet, wobei die Übergänge Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren.
  2. 2. Mehrfarbiges Licht emittierende Diodenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die drei übereinander geordneten Halbleiterschichten mit unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp eine Unterschicht (P1) aus donatordotiertem Galliumphosphid, eine Mittelschicht (nj aus akzeptordotiertem Galliumphosphid und eine Oberschicht (P2) aus donatordotiertem Galliumphosphid aufweisen.
  3. 3. Mehrfarbiges Licht emittierende Diodenstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel zur Verkleinerung der Absorption der hochenergetischen Photonen vorgesehen ist.
  4. 4. Mehrfarbiges Licht emittierende Diodenstruktur nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Verkleinerung der Absorption Aluminium ist, das wenigstens in Teilen von zwei der störstellendotierten Galliumphosphidschichten enthalten ist.
  5. 5. Mehrfarbiges Licht emittierende Diodenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß di,e Halbleiterschichten mit unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp Zusammensetzungen von Gallium-Aluminiumphosphid, (Ga x Al(i_x)) p» enthalten, wo 0<x^l ist.
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  6. 6. Mehrfarbiges Licht aussendende Diodenstruktur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5 , dadurch gekennzeichnet , daß die Licht emittierenden Übergänge im wesentlichen die gleiche Fläche aufweisen und in axialer Richtung zueinander ausgerichtet sind.
  7. 7. Mehrfarbiges Licht emittierende Diodenstruktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Kontaktierung jeder der Schichten mit unterschiedlichem Leitfähigkeit styp vorgesehen sind.
  8. 8. Mehrfarbiges Licht emittierende Diodenstruktur nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Vorspannung der Übergänge vorgesehen sind.
  9. 9. Verfahren zur Herstellung einer Diodenstruktur gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gek ennzeichnet, %daß ein erster Licht emittierender Übergang durch Wachsen von Galliumphosphidplättchen aus einer Lösung, die Galliumphosphid, eine Akzeptorbeimengung und Galliumoxid enthält, und durch Aufwachsen einer donatordotierten Schicht aus Galliumphosphid auf einer Oberfläche des Plättchens gebildet und ein zweiter Licht emittierender übergang, in dem eine Schicht aus donatordotiertem Gallium-Aluminiumphosphid über den ersten Licht emittierenden Übergang wächst und über diese donatordotierte Gallium-Aluminiumphosphidschicht eine Schicht aus akzeptordotiertem Gallium-Aluminiumphosphid wächst.
  10. 10. Verfahren zur Herstellung einer Diodenstruktur gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet , daß die Licht emittierenden Schichten in der Dampfphase oder in der Plüssigkeitsphase durch epitaxiales Wachsen der Schichten auf einem Substrat 10 gebildet werden.
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    - ie -
  11. 11. Verfahren zur Herstellung einer Diodenstruktur gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der Licht
    emittierenden Schichten durch Diffusion von Dotierungsmitteln in ein Halbleiterplättchen zur Bildung eines pn-überganges gebildet ist.
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