DE2332833C3

DE2332833C3 - Steuerbare elektrolumineszente Anordnung mit einer Haltleiterkristallscheibe

Info

Publication number: DE2332833C3
Application number: DE2332833A
Authority: DE
Inventors: Jacques Caen Fertin
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-06-28
Filing date: 1973-06-28
Publication date: 1982-03-18
Also published as: DE2332833A1; DE2332833B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine steuerbare » elektrolumineszente Anordnung mit einer Halbleitereinkristallscheibe entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige steuerbare elektrolumineszente Anordnung ist aus »RCA Technical Notes«, Nr. 755 (April 1968), bekannt. w

Bei dieser bekannten Anordnung wird durch die angelegte Steuerspannung in einem Bereich der Halbleitereinkristallscheibe eine Inversionsschicht erzeugt, die mit dem Bereich einen elektrolumineszierenden PN-Übergang erzeugt. Der Injektionswirkungsgrad und damit die Helligkeit der Anordnung hängen somit von der Dicke der Inversionsschicht und damit von der angelegten Steuerspannung ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so so auszugestalten, daß sie keiner Inversionsschicht bedarf.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Anordnung schon bei der angelegten Steuerspannung Null leuchtet und die leuchtende Fläche verkleinert werden kann.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspriichen.

Wenn bei der Anordnung nach der Erfindung der PN-Übergang zwischen den beiden Bereichen der Halbleitereinkristallscheibe mit Hilfe der Ohm'schen Kontakte in der Durchlaßrichtung vorgespannt wird, werden Minoritätsladungsträger in den Bereich zwi- *>■> sehen dem PN-Übergang und der dielektrischen Schicht injiziert und dadurch Rekombinationen herbeigeführt, die nur strahlend sein können, wenn sie im Volumen und nicht an der Oberfläche erzeugt werden.

Wenn die Steuerelektrode positiv in bezug auf den angrenzenden Halbleiterbereich polarisiert wird, werden die injizierten, in den entsprechenden Teil dieses Bereichs eindiffundierenden Ladungsträger vom elektrischen Feld zu der Oberfläche geführt, wenn es sich um Elektronen handelt, oder sie werden zu dem Übergang getrieben, wenn es sich um Löcher handelt Im ersteren Falle können sie keine strahlenden Rekombinationen herbeiführen; im letzteren Falle entsprecaen die erzeugten Rekombinationen den Volumeneigenschaften des Materials und der innere Lumineszenzgrad ist maximal. Eine umgekehrte Erscheinung ergibt sich, wenn die Steuerelektrode negativ in bezug auf den angrenzenden Halbleiterbereich polarisiart wird. Außerdem ist die Oberfläche, über die sich der Einfluß des elektrischen Feldes bemerkbar macht, von der Form und den Abmessungen der Steuerelektrode abhängig. Die Anordnung nach der Erfindung ermöglich: auf diese Weise die Lokalisierung der Lichtemission durch die Veränderung der an die Steuerelektrode angelegten Spannung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Anordnung senkrecht zu der Emissionsoberfläche,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der elektrischen Feldstärke entlang A-A in F i g. 1,

Fig.3 eine graphische Darstellung der unteren Grenze des Leitfähigkeitsbandes entlang A-A in F i g. 1 und

F i g. 4 einen schematischen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 enthält die Anordnung eine Halbleiterscheibe 21 mit einem ersten Bereich 1 vom N-Leitfähigkeitstyp und mit einem zweiten Bereich 2 vom P-Leitfähigkeitstyp, wobei ein Übergang / zwischen d.:n beiden Bereichen der Scheibe gebildet wird. Auf dem Bereich 2 erstreckt sich eine dielektrische durchlässige Schicht 4, die ihrerseits mit sehr dünnen Metallschichten 5 und 5' bedeckt ist, die durchlässige Teilelektroden einer Steuerelektrode bilden. Eine Metallablagerung 8 dient zur Bildung eines Kontakts auf dem Bereich 2 und eine andere Metallablagerung 7 dient zur Bildung eines Kontakts auf dem Bereich 1. Die Anordnung wird mittels der Kontakte 8 und 7 in der Durchlaßrichtung vorgespannt. Dadurch werden Minoritätsladungsträger über den Übergang /injiziert. Die in dem Bereich 2 vom P-Typ injizierten Elektronen rekombinieren mit Majori-•msladungsträgern (Löchern), und manche dieser Rekombinationen sind strahlend, wenn sie im Volumen und nicht an der Oberfläche auftreten. Wenn eine Spannung Van die Steuerelektrode 5 angelegt wird, hat das sich in dem Bereich 2 ergebende elektrische Feld einen Effekt, der von der Polarität und dem Wert dieser Spannung abhängig ist.

Wenn der Wen der Spannung von V₂ auf Vi erhöht wird, wird die Tiefe der Feldzone proportional vergrößert, wie in F i g. 2 dargestellt ist Das Feld ist stark in der dielektrischen Schicht 4 bis zu der Grenzfläche D. An der Grenzfläche D zwischen der dielektrischen Schicht 4 und dem Halbleiterbereich 2 fällt das Feld auf einen niedrigeren Wert ab; dann nimmt der Wert des Feldes linear auf den Wert Null ab. Es ist ersichtlich, daß sich für eine Spannung V_u die an die

eitende Schicht angelegt wird, das Feld bis zu einer Tiefe Fi erstreckt, während sich für eine darunter liegende Spannung V₂ (betragsmäßig) das Feld nur bis zu einer Tiefe F₂ < Fi erstreckt, wobei der Gradient G in den beiden Fällen genau gleich ist. Die Grenze F von · der an das Feld praktisch gleich Null ist, unterteilt den Bereich 2 in zwei Zonen, und zwar eine Äquipotentialzone 2a, innerhalb der sich die injizierten Elektronen durch Diffusion verschieben, von denen eine gewisse Anzahl endgültig die benachbarte Zone 2b erreichen, in wenn die Dicke der Zone 2a ihre Diffusionslänge L unterschreitet, und die zweite Zone 2b, die eine elektrische Feldzone ist, in der die Elektronen bei positiver Spannung V zu der dielektrischen Schicht 4 geführt oder bei negativer Spannung V in Richtung auf r> die Grenze F beschränkt werden.

F i g. 3 zeigt, daß in dem Bereich 1 die Untergrenze des Leitungsbandes bei 11 liegt. Rechts von dem Übergang / steigt die Untergrenze auf 12 an, wie bei jeder in der Durchlaßrichtung vorgespannten elektrolumineszierenden PN-Diode. Von der Grenze F an folgt die Untergrenze einer genau exponemiellen Kurve, und zwar entweder der Kurve 13 im Falle einer legativen Spannung Köder der Kurve 14 im Falle einer positiven Spannung V. Wenn die Polarität der Spannung V positiv ist treten die Rekombinationen mit größerer Wahrscheinlichkeit in der Nähe der Oberfläche auf und sind nicht strahlend, während bei negativer Spannung die Rekombinationen mit größerer Wahrscheinlichkeit in der Nähe der Grenze F auftreten und die Wahrschein- «1 lichkeit des Auftretens strahlender Rekombinationen maximal ist

Durch Änderung des Wertes der Spannung V kann auf diese Weise eine kontinuierliche Änderung der Lichtausbeute zwischen Null und einem Höchstwert J5 erhalten werden, je nach der inneren Quantenausbeute in der Zone 2a und je nach der Absorption in der Zone 2b, in der dielektrischen Schicht 4 und in der Steuerelektrode 5.

Wenn für die an die Steuerelektrode 5 angelegte Spannung V und für die an die Steuerelektrode 5' angelegte Spannung V entgegengesetzte Polaritäten gewählt werden, wird die eine Fläche hell und die andere dunkel erscheinen. Die Lichtemission wird an der negativ polarisierten Fläche lokalisiert Das von der « Spannung Verzeugte elektrische Feld, das sich bis zu F erstreckt, hat z. B. einen abstoßenden Effekt auf die Elektronen und die Fläche 5 wird hell; das von der Spannung V erzeugte Feld, das sich bis zu H erstreckt, hat einen anziehenden Effekt auf die Elektronen und die Fläche 5'wird dunkel,

Nunmehr wird die Herstellung einer Anordnung gemäß F i g. 1 beschrieben.

Es wird von einer Scheibe aus Galliumarsenid (GaA.;) ausgegangen, auf der eine epitaktische Galliumarsenidphosphidschicht (GaAsi _ ,P, mit χ = 0,4) abgelagert ist, die mit Tellur mit einer Konzentration von 5 · 10¹⁶ Atomen/cm³ dotiert ist und eine Dicke von 70 μπι aufweist. In dieser epitaktischen Schicht wird eine Zindiffusion mit einer mittleren Konzentration von 5 - 10¹⁸ Atomen/cm³ über eine Tiefe von 2 μιτι durchgeführt Dann wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, die eine Ausdiffusion von Zink bewirkt, wobei die Oberflächenkonzentration auf etwa 10" Atome/cm³ herabsinkt.

Eine SiO₂-Schicht von 0,15 μπι wird auf der Oberfläche der diffundierten Schicht gebildet. Dann werden Elektroden einerseits auf dieser Schicht und andererseits auf der Scheibe angebracht, damit die Anordnung mit einer Spannung von 1,8 V in der Durchlaßrichtung gespeist werden kann und die Steuerelektroden mit einer zwischen +80 V und —10 V einstellbaren Spannung polarisiert weroen können. Um eine ausreichende Lichtdurchlässigkeit zu erreichen, sind die auf der Schicht angebrachten Elektroden aus Chrom mit einer Dicke von weniger als 50 nm hergestellt

Fig.4 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Anordnung. Die Anordnung enthält eine Scheibe 21 mit einem diffundierten Bereich 2, der mit der Scheibe einen PN-Übergang / bildet; eine dielektrische Schicht 4 bedeckt die Oberfläche und schützt somit den Übergang wo dieser bei 25 an die Oberfläche grenzt wobei Kontaktanschlüsse über diese dielektrische Schicht auf dem diffundierten Bereich 2 angebracht werden. Eine leitende Schicht bedeckt die dielektrische Schicht und ist so gestaltet, daß ihre Konfiguration den abzubildenden Elementen entspricht.

Die Steuerelektroden 5, 5' sind z. B. gemäß einer ΧΎ-Matrix angeordnete Punkte oder gemäß der bekannten Sieben-Segment-Anzeige angeordnete Stäbe. Auf der nicht mit Metallflächen bedeckten Oberfläche der Schicht 4 erstreckt sich eine isolierende und undurchlässige Schicht 28, die dadurch undurchlässig sein kann, daß auf ihrer Oberfläche eine dünne nichtisolierende undurchlässige Schicht angebracht wird. Kontaktelektroden 7 und 8 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Scheibe 21 angebracht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerbare elektrolumineszente Anordnung mit einer Halbleitereinkristallscheibe, die aus zwei Bereichen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps und ϊ einem dazwischen liegenden, im wesentlichen parallel zu den Hauptoberflächen der Scheibe verlaufenden, durch Dotierung erzeugten PN-Übergang besteht, mit Ohm'schen Kontakten an den beiden Bereichen, mit einer nur an einen Bereich κι grenzenden dielektrischen Schicht auf einer Hauptoberfläche und mit einer lichtdurchlässigen Steuerelektrode auf einem Teil der dielektrischen Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß sich die dielektrische Schicht (4) in Richtung der Flächennor- ι * male des parallelen Teils des PN-Übergangs (J) vollständig über dem PN-Übergang erstreckt

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Bereichs (2) zwischen dem PN-Übergang (J) und der dielektrischen Schicht (4) 1 — 10 Diffusionslängen der Minoritätsladungsträger beträgt

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration des Bereichs (2) zwischen dem PN-Übergang (J)und der dielektrischen Schicht (4) in der Nähe des PN-Überganges höher als in der Nähe der dielektrischen Schicht ist

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode J« aus mehreren Teüelektroden (5,5') besteht