DE2430313A1 - Optische mehrschicht-halbleiterstrahlungsquelle - Google Patents

Optische mehrschicht-halbleiterstrahlungsquelle

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DE2430313A1
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Description

  • Optische Mehrschicht-Halbleiterstrahlungsquelle Die Erfindung betrifft eine optische Mehrschicht-Halbleiter strahlungsquelle aus wenigstens zwei mit Elektroden versehenen Ralbleiterschichten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps.
  • Bei der Herstellung von tumineszenzdioden aus Halbleitermaterialien, die ihre eigene Bumineszenzstrahlung stark absorbieren (zum Beispiel GaAs, GaAsP), muß der die Strahlung erzeugende pn-Sbergang wenige Mikrometer unter der Halbleiteroberfläche angeordnet sein, damit wenigstens ein Teil der im Kristall erzeugten Strahlung die Haibleiteroberfläche erreicht.
  • Bei so geringen Abständen diffundiert aber ein Teil der Minoritätsträger an die Oberfläche und rekombiniert dort, ohne dabei Strahlung im gevmnschten Wellenlängenbereich auszusenden.
  • Durch diesen zweiten Effekt sinkt aber der Wirkungsgrad der Lumineszenzdiode ebenfalls. Nachdem bei zu großem Abstand des strahlungserzeugenden pn-Überganges von der Oberfläche die Verminderung des Wirkungsgrades der Lumineszenzdiode infolge starker Eigenabsorption herabgesetzt wird und andererseits bei zu geringem Abstand des strahlungserzeugenden pn-Uberganges an der Oberfläche Minoritätsträger durch Rekombination verlorengehen, ohne dabei die gewünschte Strahlung zu erzeugen, was ebenfalls die Herabsetzung des Wirkungsgrades der Lumineszenzdiode zur Folge hat, so ist es klar, daß es einen gewissen optimalen Abstand des strahlungserzeugenden pn-tfberganges von der Halbleiteroberfläche geben muß, für welchen der Wirkungsgrad der Lumineszenzdiode optimal ist.
  • Es ist bereits bekannt (vergleiche "Proceedings of the IEEE", Vol. 60, Februar 1972, Seiten 156 bis 223, "Light-Emitting Diode'1, A. A. Bergh and P. J. Dean), den optimalen Abstand des die Strahlung erzeugenden pn-2berganges von der Halbleiteroberfläche zu berechnen. Selbst bei optimaler Dimensior.ierung sinkt jedoch, durch die obengenannten Effekte bedingt, die Strahlungsausbeute einer Bumineszenzdiode um einen Faktor 5 bis 10 ab.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine optische Halbleiterstrahlungsquelle anzugeben, bei der der Abstand zwischen der die Strahlung erzeugenden pn-Ubergangsschict und der Oberfläche sehr klein gemacht werden kann, ohne daß eine wesentliche Rekombination von freien Ladungsträgern an der Oberfläche auftritt, wodurch die Strahlungsausbeute solcher Halbleiterstrahlungsquellen gegenüber den bisher bekannten Halbleiterstrahlungsquellen wesentlich verbessert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf einer der die Strahlung erzeugenden Halbleiterschichten ein als Schirm wirkender Halbleiterfilm mit einem zum Beitfähigkeitstyp der benachbarten Halbleiterschicht entgegengesetzten Beitfähigkeitstyp vorgesehen ist.
  • Der auf der Halbleiterschicht angebrachte, als ein Schirm wirkende: Halbleiterfilm bewirkt bei geeigneter Dotierung, daß die Halbleiterschicht zwischen dem strahlungserzeugenden pnübergang und der Oberfläche dünner als bei bisher bekannten Bumineszenzdioden gehalten werden kann, ohne dabei eine wesentliche Rekombination von Minoritätsträgern an der Oberfläche zuzulassen.
  • Es ist vorteilhaft, daß der Halbleiterfilm höchstens 1 /um dick ist.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die zum -Halbleiterfilm benachbarte Halbleiterschicht 0,3 /um bis 3 /um dick ist.
  • Es ist-weiterhin vorteilhaft, daß die an die zum Halbleiterfilm benachbarte Halbleiterschicht angrenzende Halbleiterschicht 100 /um bis 1 000 /VJfl dick ist.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Dotierungskonzentration des Halbleiterfilms 1019 bis 1022 com 5 beträgt.
  • Es ist vorteilhaft, daß die Dotierungskonzentration der zum Halbleiterfilm benachbarten Halbleiterschicht ca. 1019 cm 3 beträgt.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die an die zum Halbleiterfilm benachbarte Halbleiterschicht angrenzende Halbleiterschicht eine Dotierungskonzentration von ca. 2 . 1017 cm 3 hat.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Halbleiterfilm aus siliciumdotiertem GaAs? oder GaAs besteht.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die zum Halbleiterfilm benachbarte Halbleiterschicht aus zinkdotiertem GaAsP oder GaAs besteht.
  • Es ist auch vorteilhaft, daß die an die zum Halbleiterfilm benachbarte Halbleiterschicht angrenzende Halbleiterschicht aus silielumdotiertem GaAsP oder GaAs besteht.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Halbleiterfilm nicht kontaktiert ist und aus n-leitendem Halbleitermaterial besteht.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung besteht auch darin, daß der Halbleiterfilm kontaktiert ist und bei Betrieb der Halbleiterstrahlungsquelle an das gleiche elektrische Potential gelegt wird wie die an die zum Halbleiterfilm benachbarte Halbleiterschicht angrenzende Halbleiterschicht.
  • Nachfolgend wird die Erfindung an Rand der Zeichnung näher erläutert: Es zeigt die Figur einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße optische Mehrschicht-Halbleiterstrahlungsquelle.
  • In der Figur ist eine Halbleiterschicht 1 des einen Leitungstyps dargestellt, dem eine Halbleiterschicht 4 von einem zweiten, dem ersten entgegengesetzten Beitfähigkeitstyp überlagert ist. Die Halbleiterschicht 1 ist etwa 100 /um bis 1 000 /um dick und kann gegebenenfalls auch auf einem Substrat angeordnet sein, wodurch die mechanische Stabilität erhöht wird.
  • Auf der Halbleiterschicht 4 befindet sich ein Halbleiterfilm 7, dessen ieitfähigkeitstyp wiederum dem ieitfähigkeitstyp der Halbleiterschicht 4- entgegengesetzt ist. Der Kontakt 2 der Halbleiterschicht 1 ist mit dem symbolisch angedeuteten äußeren Anschluß 3 verbunden. Der Kontakt 5 der Halbleiterschicht 4 ist mit dem symbolisch angedeuteten äußeren Anschluß 6 verbunden.
  • Die Erfindung wird am folgenden Ausführungsbeispiel näher erläutert: Eine optische Mehrschicht-Halbleiterstrahlungsquelle, wie sie in der Figur dargestellt wird, bestehe aus einer n-dotierten Halbleiterschicht 1, einer p-dotierten Halbleiterschicht 4 und einem n-dotierten Halbleiterfilm 7. Das Material der n-dotierten Halbleiterschicht 1 bestehe beispielsweise aus siliciumdotiertem Galliumarsenidphosphid (GaAsP) oder GaAs mit einer Dotierungskonzentration von ca. 2 . 1017 cm 3. Die Halbleiterschicht 4 bestehe aus zum Beispiel zinkdotiertem GaAsP mit einer Dotierungskonzentration von ca. 1019 cm 3. Der Halbleiterfilm t bestehe beispielsweise aus siliciumdotiertem GaAsP von einer Dotierungskonzentration von 1019 bis 102°-cm 5. Die Halbleiterschicht 1 wird dabei über einen Kontakt 2 mit einem äußeren'Anschlflß 3 und die Halbleiterschicht 4 wird über den Kontakt 5 mit einem äußeren Anschluß 6 so verbunden, daß die Anordnung in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Der Halbleiterfilm 7 kann kontaktiert sein, muß aber nicht in jedem Palle kontaktiert sein. Trägt der Halbleiterfilm 7 einen Kontakt, so wird dieser bei Betrieb der Halbleiterstrahlungsquelle an etwa das gleiche elektrische Potential gelegt wie die an die zum Halbleiterfilm 7 benachbarte Halbleiterschicht 4 angrenzende Halbleiterschicht 1. Durch eine geeignete Vorspannung wird jedoch dafür gesorgt, daß bei maximal zulässigem Strom der Strom über die äußeren Anschlüsse 3 und 6 wesentlich größer ist als derjenige, der über den Kontakt am Halbleiterfilm 7 fließt.
  • Die Schirmwirkung im Falle eines nichtkontaktierten Halbleiterfilms 7 kommt dadurch zustande, daß bei Stromfluß der in Vorwärtsrichtung vorgespannten Halbleiteranordnung nicht nur Elektronen zischen dem Halbleiterkörper 1 und der Halbleiterschicht 4 fließen, sondern auch Elektronen in den nichtkontaktierten Halbleiterfilm 7 so lang abfließen, bis das Potential des Halbleiterfilms 7 gleich dem Potential des Halbleiterkörpers 1 ist. Der Elektronenzufluß in den Halbleiterfilm 7 beziehungsweise das am Kontakt des Halbleiterfilms 7 angelegte Potential erzeugt in dem Halbleiterfilm 7 eine negative Ladung, die den weiteren Übertritt von Elektronen aus der Halbleiterschicht 4 in den Halbleiterfilm 7 verhindert. Die aus der Halbleiterschicht 1 in die Halbleiterschicht 4 injizierten Elektronen bleiben somit selbst bei geringer Schichtdicke der Halbleiterschicht 4 innerhalb dieser Halbleiterschicht und können mit den Löchern der Halbleiterschicht 4 in gewünschter Weise strahlungserzeugend rekombinieren, da ihr Austritt aus der Oberfläche, dank der Schirmwirkung des Halbleiterfilms 7, weitgehend unterbunden ist. Durch die Schirmwirkung des Halbleiterfilms 7 wird somit nicht nur der Verlust an rekombinationsfähigen Elektronen stark herabgesetzt. Selbige Schirmwirkung ermöglicht vielmehr auch, die Dicken der Halbleiterschicht 4 und des Halbleiterfilms 7 stark herabzusetzen, was wiederum eine Verminderung der Absorption der erzeugten Strahlung im Halbleitermaterial zur Folge hat. Durch die Anbringung des erfindungsgemäßen Halbleiterfilms 7 wird somit der Wirkungsgrad derartiger optischer Halbleiterstrahlungsquellen stark heraufgesetzt.
  • Weiterhin sei erwähnt, daß mit der Anbringung des Halbleiterfilms 7 auch eine Diffusion der Löcher der Halbleiterschich 4 in den Halbleiterfilm 7 gegeben ist. Die l.öcherkonzentration in dem Halbleiterfilm 7 ist aber relativ gering, weil deren übergang aus der Halbleiterschicht 4 in den Halbleiterfilm 7 durch das vorhandene Grenzflächenpotential behindert wird.
  • Außerdem ist die Beweglichkeit der Löcher viel kleiner als die Beweglichkeit der Elektronen. Deshalb fiüirt dieser Verlust an rekombinationsfähigen Löchern nur in sehr geringem und in der Praxis vernachlässigbarem Maße zu einer Herabsetzung des Wirkungsgrades hiervon betroffener optischer Halbleiterstrahlungsquellen.
  • Die hier beschriebene Methode zur Erhöhung des Wirkungsgrades kann zum Beispiel auf Bumineszenzdioden oder auch in entsprechender Weise auf mehrschichtige strahlungsemittierende Anordnungen, wie zum Beispiel Thyristoren, angewendet werden.
  • 12 Patentansprüche 1 Figur

Claims (11)

  1. Patentansprüche ½) Optische Mehrschicht-Halbleiterstrahlungsquelle aus enigstens zwei mit Elektroden versehenen Halbleiterschichten entgegengesetzten Beitfähigkeitstyps, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf einer der die Strahlung erzeugenden Halbleiterschichten (4) ein als Schirm wirkender Halbleiterfilm (7) mit einem zum Beitfähigkeitstyp der benachbarten Halbleiterschicht (4) entgegengesetzten Beitfähigkeitstyp vorgesehen ist.
  2. 2. Optische Mehrschicht-Halbleiterstrahlungsquelle nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Halbleiterfilm (7) höchstens 1 /um dick ist.
  3. 3. Optische Mehrschicht-Halbleiterstrahlungsquelle nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die zum Halbleiterfilm (7) benachbarte Halbleiterschicht (4) 0,3 /um'bis 3 /um dick ist.
  4. 4. Optische Mehrschicht-Halbleiterstrahlungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die an die zum Halbleiterfilm (7) benachbarte Halbleiterschicht (4) angrenzende Halbleiterschicht (1) 100./um bis 1 000 /um dick ist.
  5. 5. Optische Mehrschicht-Halbleiterstrahlungsquelle nach einem der Ansprüche -1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Dotierungskonzentration des -Halbleiterfilms (7) 1019 bis 1022 cm~3 beträgt.
  6. 6. Optische Mehrschicht-Halbleiterstrahlungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Dotierungskonzentration der zum Halbleiterfilm (7) benachbarten Halbleiterschicht (4) ca.
    1019 com 5 beträgt.
  7. 7. Optische Mehrschicht-Halbleiterstrahlungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die an die zum Halbleiterfilm (7) benachbarte Halbleiterschicht (4) angrenzende Halbleiterschicht (1) eine Dotierungskonzentration von ca.
    2 . 1017 cm 3 hat.
  8. 8. Optische Mehrschicht-Halbleiterstrahlungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Halbleiterfilm (7) aus siliciumdotiertem GaAsP oder GaAs besteht.
  9. 9. Optische Mehrschicht-Halbleiterstrahlungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k en n -z e i c h n e t , daß die zum Halbleiterfilm (7) benachbarte Halbleiterschicht (4) aus zinkdotiertem GaAsP oder GaAs besteht.
  10. 10. Optische Mehrschicht-Halbleiterstrahlungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n -z e,i c h n e t , daß die an die zum Halbleiterfilm (7) benachbarte Halbleiterschicht (4) angrenzende Halbleiterschicht (1) aus siliciumdctiertem GaAsP oder GaAs besteht.
  11. 11. Optische Mehrschicht-Halbleiterstrahlungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Halbleiterfilm (7) nicht kontaktiert ist und/oder aus n-leitendem Halbleitermaterial besteht.
    12* Optische Mehrschicht-Halbleiterstrahlungsquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n -" z e i c h n e t , daß der Halbleiterfilm (7) kontaktiert ist und bei Betrieb der Halbleiterstrahlungsquelle an das gleiche elektrische Potential gelegt wird wie die an die zum Halbleiterfilm (7) benachbarte Halbleiterschicht (4) angrenzende Halbleiterschicht (1).
    L e e r s e i t e
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1219120B (de) * 1963-05-27 1966-06-16 Ibm Elektrolumineszente PN-Halbleiterdiode
US3488542A (en) * 1967-09-01 1970-01-06 William I Lehrer Light emitting heterojunction semiconductor devices
FR2046953A1 (de) * 1969-06-20 1971-03-12 Sharp Kk

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1219120B (de) * 1963-05-27 1966-06-16 Ibm Elektrolumineszente PN-Halbleiterdiode
US3488542A (en) * 1967-09-01 1970-01-06 William I Lehrer Light emitting heterojunction semiconductor devices
FR2046953A1 (de) * 1969-06-20 1971-03-12 Sharp Kk

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Phys. Rev." 137(1965) A623-A626 *
"Proc. of the IEEE" 60(1972) 156-223 *

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