DE3721938A1 - Leuchtdiode - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtdiode und insbesondere eine Leuchtdiode nit Halbleiter­ schichten, die entgegengesetzte Polaritäten auf­ weist, wobei die eine Schicht über der anderen an­ geordnet ist und auf den jeweiligen End- bzw. Außen­ flächen der Halbleiterschichten Metallfilmelektroden vorgesehen sind, so daß der angelegte Strom, der von den Elektroden geführt wird eine Lichtemission an der Sperrschicht der Halbleiterschichten herbei­ führt.

Leuchtdioden sind als photoelektrische Wandler bekannt und werden für verschiedene Arten von Anzeigen, photoelektrische Sensoren und dergleichen vielfach verwendet.

Als solche Arten von Leuchtdioden sind Dioden all­ gemein bekannt, die Licht im sichtbaren Bereich emittieren, die hauptsächlich als Anzeigeeinheiten verwendet werden und Infrarotdioden, die hauptsäch­ lich als Photosensoren wie zum Beispiel als Photo­ kuppler und Photounterbrecher verwendet werden, und in Abhängigkeit von den verschiedenen Zwecken werden verschiedene Arten von Leuchtdioden benutzt.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen Halb­ leitersperrschichtleuchtdiode. Zwei Arten von Halb­ leiterschichten 10 und 12 von entgegengesetzter Polarität sind übereinander angeordnet und ein gewünschter Lichtemissionsvorgang wird an der Sperr­ schicht der Halbleiterschichten 10 und 12 ausgeführt.

Die erste Halbleiterschicht 10 in Fig. 6 besteht aus einem p-GaAs-Halbleiter und die zweite Halbleiter­ schicht 12 besteht aus einem n-GaAs-Halbleiter, beide besitzen eine quadratische Dünnschichtgestalt. An beiden Endflächen (Außenflächen) der Halbleiter­ schichten 10 und 12 sind Metallfilmelektroden 14 und 16 durch Aufdampfen oder andere Verfahren vor­ gesehen und ein hochspannungsseitiger Anschluß­ draht 18 und ein niederspannungsseittiger Anschluß­ draht 20 sind mit den Metallfilmelektroden 14 und 16 jeweils durch Kleben verbunden. In Fig. 6 bestehen beide Metallfilmelektroden 14 und 16 aus einem Gold­ film.

Bei der herkömmlichen Vorrichtung, die in Fig. 6 gezeigt ist, werden bei Anlegen einer elektrischen Spannung über die Anschlußdrähte 18 und 20 Elektronen und Löcher jeweils im Gebiet des P-N-Übergangs, der Sperrschicht der Halbleiterschichten 10 und 12 rekom­ biniert, wobei die bei dieser Vereinigung frei wer­ dene Energie das Lichtemissionsphänomen hervorruft.

Bei der herkömmlichen Diode ist die Metallfilmelek­ trode 14 im wesentlichen in Form eines Kreuzes auf­ gebracht, um wirksam Löcher bereitzustellen und das Licht, das an der Sperrschicht abgestrahlt wird, wird von der Endfläche der Halbleiterschicht 10 nach oben projeziert, wie dies durch die Pfeile A angegeben ist. Eine gewünschte Anzeige oder photo­ elektrische Erfassung wird durch die Verwendung des auf diese Weise projizierten Lichtes ermöglicht.

Bei dieser herkömmlichen Dioden wird jedoch das abgestrahle Licht von der Leuchtdiode von der äußeren Endfläche der Halbleiterschicht 10 nach außen projiziert und das Strahlenbündel ist ver­ hältnismäßig diffus, so daß es schwierig ist, scharf gebündelte, konvergierende Lichtstrahlen zu erhal­ ten.

Üblicherweise besteht die einzige Maßnahme zur Lösung dieses Problems der Streuung des von einer Leucht­ diode abgestrahlten Lichtes darin, daß die Strahlen in Lichtstrahlen mit einem gewünschten optischen Durchmesser mit Hilfe einer Führungs- oder Kollimator­ linse, die im optischen Weg zur Führung des abge­ strahlten Lichtes angeordnet ist, zusammengeführt werden, es werden jedoch keine Überlegungen ange­ stellt, eine dieses Problem betreffende Gestaltung der Leuchtdiode selbst vorzunehmen.

Insbesondere wird bei der Verwendung einer Leucht­ diode als Anzeigeeinheit etc. eine geeignete Streuung des Lichtes eher gewünscht, um das Beleuchtungs­ feld und visuelle Betrachtungsfeld des Anzeigelichtes zu vergrößern und entsprechend wird herkömmlicher­ weise von den Standpunkt, daß die Streuung des Lichtes als Lichtquelle eher notwendig ist, Über­ legungen zur Bündelung des abgestrahlten Lichtes praktisch keine Beachtung geschenkt.

Andererseits ist es für einen photoelektrischen Sensor ein Grunderfordernis, daß er scharf zusammenge­ faßte Lichtstrahlen aufweist.

Überlicherweise werden die Strahlenbündel außerhalb der Leuchtdiode selbst durch Vorsehen einer Führungs­ ausnehmung auf dem Basissubstrat, das die Leuchtdiode befestigt, reguliert. Wahlweise hierzu ist es mög­ lich, optische Strahlenbündel, die scharf auf einen gewünschten Grad gebündelt sind, durch Verwendung einer Kollimatorlinse oder dergleichen zu erhalten.

Leuchtdioden sind jedoch in neuerer Zeit für hoch­ genaue photoelektrische Sensoren verwendet worden. Diese Neigung hat das Problem aufgeworfen, daß die Bündelung der Lichtstrahlen außerhalb der Leucht­ diode nicht zur gewünschten Auflösung führt. Um eine ausreichend hohe Auflösung zu erhalten, ist es erforderlich, die von außen zugeordneten An­ wendungsmittel, wie zum Beispiel eine Kollimator­ linse, so zu gestalten, daß sie eine ausreichend lange Brennweite besitzen, wodurch sich in nach­ teiliger Weise der photoelektrische Sensor als Ganzes vergrößert.

Fig. 7 zeigt eine photoelektrische lineare Kodier­ einrichtung als ein Beispiel eines derartigen, hoch­ genauen photoelektrischen Sensors.

In Fig. 7 enthält die lineare Kodiereinrichtung ein Meßgitter 22 und ein Referenzgitter 24, wobei beide Gitter 22 und 24 Lichtübertragungsabschnitte und Lichtabschirmungsabschnitte in einer bestimmten Gitterteilung aufweisen.

Somit ist es möglich, wenn jedes der beiden Gitter 22 und 24 entsprechenden einer Gesamtmeßstrecke bewegt wird, die Länge durch den Betrag der rela­ tiven Verschiebung beider Gitter zu messen.

Um den Betrag der relativen Verschiebung beider Gitter elektrisch zu erfassen, ist eine Leuchtdiode 100 an einer Seite des Gitterpaares 22 und 24 angeor­ dnet und deren abgestrahltes Licht ist durch eine Kollimatorlinse 26 in Lichtstrahlen gebündelt und hierdurch durch beide Gitter 22 und 24 übertragen.

Auf der anderen Seite der Gitter 22 und 24 ist ein Photodetektor 27, wie zum Beispiel ein Phototransis­ tor vorgesehen, der eine Änderung in der Helligkeit des durch beide Gitter übertragenen Lichtes elek­ trisch erfaßt und das erfaßte Signal als elektrisches Signal durch ein Vorverstärker 28 an einen externen Verarbeitungschaltkreis liefert.

Fig. 8 zeigt eine Wellenform des Ausgangssignales des Vorverstärkers 28. Es ist möglich in Bezug auf die relative Verschiebung der Gitter 22 und 24 ein elektrisches Ausgangssignal zu erhalten, das im wesentlichen eine Sinuswellenform besitzt, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Ein äußerer Verarbeitungs­ schaltkreis (nicht gezeigt) kann es mit einer Genau­ igkeit durch Zählung der Sinuswellensignale messen, die durch die Gitterteilung und die Feinheit der Teilung des Verarbeitungsschaltkreises bestimmt ist.

Die Wellenform in Fig. 8 impliziert, daß das Ausgangssignal eine Gleichstromkomponente (DC) und eine Wechselstromkomponente (AC) enthält. Es ist bekannt, daß es bei solch einem Linearkodierer erwünscht ist, daß das Verhältnis beider Signalkomponenten einen bestimmten Wert besitzt, gewöhnlich nicht kleiner als 1 ist. Mit anderen Worten ist es unmöglich, eine gute Messung auszuführen, wenn das Verhältnis der Wechselstromkomponente überwiegt, d. h., wenn AC/DC größer 1,0 ist.

Es ist auch bekannt, daß solch ein Verhältnis vom Abstand G (Spaltbreite) zwischen den Gittern 22 und 24 abhängt. Die Kennlinie 200 in Fig. 9 zeigt das AC/DC-Verhältnis in Abhängigkeit vom Gitterspalt G. Aus Fig. 9 ist deutlich, daß es üblicherweise erforderlich ist, den Gitterspalt G sehr eng zu halten. Wenn zum Beispiel die Gitterteilung auf einen Wert von ungefähr 20 µm einschließlich eines Verhält­ nisses Breite des lichtdurchlässigen Anschnittes/ Breite des lichtabgeschirmten Abschnittes 10 µm/ 10 µm ist, ist es erforderlich, die Spaltbreite auf nicht mehr als 10 µm festzulegen. Dies bedeutet, daß es erforderlich ist, die beiden Gitter 22 und 24 so zu lagern, daß sie sehr genau gehaltert und gleitbar sind, so daß große Anstrengungen zur Be­ arbeitung und Montage dieser Teile erforderlich sind.

Es wurde gefunden, daß die Spaltbreite G in Be­ ziehung zum otpsichen Durchmesser der Lichtstrahlen steht, die auf die Gitter 22 und 24 abgestrahlt sind und es wurde die Schlußfolgerung gezogen, daß, wenn die Lichtstrahlen ausreichend zusammenge­ faßt sind, so daß sie einen kleinen optischen Durchmeseer besitzen, es möglich ist, den Gitter­ spalt G mit größerem Spielraum festzulegen.

Die Brennweite F der Kollimatorlinse 26 steht be­ kanntermaßen in Beziehung zur Bündelung der Licht­ strahlen. Wie Fig. 10 zeigt, wird das von der Leucht­ diode 100 abgestrahle Licht durch die Kollimator­ linse 26 zusammengefaßt, wie durch die Pfeile ange­ deutet. Der Streuwinkel R der Lichtstrahlen wird durch die Formel

R =D/F

repräsentiert.

Es ist deutlich, daß, um den Streuwinkel R so klein zu machen, um ausreichend lange Parallelstrahlen zu erhalten, es erforderlich ist, entweder den Durchmesser D der Abstrahlungsoberfläche ausreichend klein zu machen oder die Brennweite F lang zu halten.

Der Durchmesser der Anstrahlungsfläche D der Leucht­ diode 100 wird jedoch durch die äußere Konfigu­ ration der Halbleiterschichten bestimmt, die, wie oben beschrieben, die Leuchtdiode 100 bilden.

Folglich ist es üblicherweise erforderlich, die Brennweite F ausreichend lang zu machen, was das Problem aufwirft, daß es in Bezug auf die Gitter 22 und 24 erforderlich ist, den Lichtprojektions­ abschnitt unangemessen groß auszuführen.

Es ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfin­ dung die vorerwähnten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine verbesserte Leucht­ diode zu schaffen, die in Lage ist, Licht mit ge­ ringer Streuung abzustrahlen und dieses Licht leicht scharf zu bündeln, und zwar durch Regulierung des abgestrahlten Lichtes im Rahmen der Leuchtdiode selbst.

Um dieses Ziel zu erreichen ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Leuchtdiode vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Öffnung im mittleren Abschnitt der Metall­ filmelektrode an der Seite der Abstrahlung der Lichtstrahlen vorgesehen ist, um hierdurch den Durchmesser der Lichtstrahlenbündel zu begrenzen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Er­ findung wird eine Leuchtdiode geschaffen, die da­ durch gekennzeichnet ist, daß die Sperrschicht der Halbleiterschichten die zu der Lichtemission der Leuchtdiode führen und die entgegengesetze Po­ laritäten haben, an der einen Endfläche der Leuchtdiode offen bzw. freigelegt ist, und daß die Sperrschicht eine bestimmte Gestalt aufweist, um die Konfiguration der Lichtstrahlen, die von der Leuchtdiode abgestrahlt werden, zu regulieren.

Nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Leuchtdiodeneinrichtung als photoelektrischer Kodierer mit einer Leuchtdiode vorgesehen, der aufweist: ein Paar Gitter, bestehend aus einem Meßgitter und einem Referenzgitter, die relativ entsprechend der Länge eines Meßobjektes bewegt werden und die Meßschlitze zur Lichtüber­ tragung oder Lichtreflektion aufweisen, die aufein­ ander ausgerichtet an ihren Oberflächen ausge­ bildet sind, wobei die Leuchtdiode an einer Seite des Gitterpaares zur Projezierung abgestrahlten Lichtes auf die Meßschlitze angeordnet ist und ein Photodetektor an der gegenüberliegenden Seite des Gitterpaares in Bezug auf die Leuchtdiode angeord­ net ist, um das übertragene oder von den Meß­ schlitzen projizierte reflektierte Licht aufzu­ nehmen, wobei die Leuchtdiode einen Lichtemissions­ abschnitt aufweist, der in Form eines Schlitzes geformt ist und der Lichtemissionsabschnitt so angeordnet ist, daß dessen Längsrichtung mit der Längsrichtung der Meßschlitze des Gitterpaares übereinstimmt.

Die obigen und weiteren Ziele, Merkmale und Vor­ teile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung weiter erläu­ tert, vorgenommen in Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines bevor­ zugten Ausführungsbeispieles einer Leucht­ diode nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine erläuternde Darstellung der Leucht­ diode nach Anspruch 1 bei ihrer Verwen­ dung im Rahmen eines photoelektrischen Linearkodierers,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles einer Leuchtdiode nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 eine Draufsicht eines anderen, bevorzugten Ausführungsbeispieles einer Leuchtdiode nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 einen Querschnitt der Leuchtdiode nach Fig. 4 entlang der Linie V-V,

Fig 6 eine perspektivische Ansicht eines Bei­ spieles einer herkömmlichen Leuchtdiode,

Fig. 7 eine schematische, perspektivische An­ sicht eines photoelektrischen Linearko­ dierers mit einer herkömmlichen Leucht­ diode, die in Fig. 6 gezeigt ist,

Fig. 8 eine Wellenform eines Ausgangssignals im Linearkodierer nach Fig. 7,

Fig. 9 Kennlinien des Gitterspaltes und des Wechselstrom/Gleichstrom-Verhältnisses (AC/DC-Verhältnis) des Ausgangssignals in einem photoelektrischen Linearkodierer, und

Fig. 10 eine optische Charakteristik einer Kolli­ matorlinse, die die Lichtstrahlen einer Leuchtdiode einander annähert.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Er­ findung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode nach der vorliegenden Erfindung. Diese Leuchtdiode besitzt die Gestalt eines qua­ dratischen Dünnschichtelementes, wie auch in Fig. 6 gezeigt.

Die Leuchtdiode nach der vorliegenden Erfindung besitzt Halbleiterschichten 30 und 32, die entge­ gengesetze Polaritäten besitzen und die übereinan­ der angeordnet sind mit einer Sperrschicht dazwischen zur Lichtemission.

Die Halbleiterschichten 30 und 32 bestehen aus Halbleitern mit entgegengesetzten Polaritäten. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die erste Halbleiterschicht 30 aus einem p-Typ Galliumarsenid (GaAs) und die zweite Halbleiterschicht 32 aus einem n-Typ Galliumarsenid (GaAs) und hauptsächlich wird nahezu infrarotes Licht emittiert. Es ist nicht erforderlich, extra darauf hinzuweisen, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung Galliumphosphid (GaP), (GaAI) As etc. ebenso wie GaAs als Halbleitermaterialien verwendbar sind und daß es möglich ist, sichtbares Licht zu emittieren, falls erforderlich.

Es ist auch möglich, die Halbleiterschichten 30 und 32 so anzuordnen, daß sie umgekehrten Polaritäten, nämlich n-Typ und p-Typ Polaritäten aufweisen.

Auf den Endflächen der Halbleiterschichten 30 und 32 sind jeweils Metallfilmelektroden 34 und 36 vor­ gesehen. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Metallfilmelektroden 34 und 36 durch die Ablagerung von Gold gebildet, sie können jedoch auch durch Aufsprühen oder irgendwelche andere Verfahren gebil­ det werden, falls erforderlich.

Ein hochspannungsseitiger Anschlußdraht 38 und ein niederspannungsseitiger Anschlußdraht 40 sind jeweils durch Verkleben mit den Metallfilmelek­ troden 34 und 36 verbunden und durch die jewei­ ligen Elektroden werden Löcher und Elektronen je­ weils an die Halbleiterschichten 30 und 32 ange­ legt.

Die auf diese Weise angelegten Löcher und Elektroden werden an der Sperrschicht zwischen den Halbleiter­ schichten 30 und 32 rekombiniert, wobei die Elek­ tronenanregung dazuführt, daß Licht von bestimmter Frequenz emittiert wird. In diesem Ausführungs­ beispiel wird nahezu infrarotes Licht abgestrahlt.

Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die eine Metallfimelektrode 34, nämlich die Metallfilmelektrode 34 an der Seite, von der das emittierte Licht nach außen abgestrahlt wird, die Bündelung der Lichtstrahlen reguliert, die von der Außenseite der Leuchtdiode abgestrahlt werden. Zu diesem Zweck besitzt die Metallfilmelektrode 34 in ihrem mittlerem Abschnitt eine Öffnung 34 a von bestimmter Formgebung.

Das Licht, das von der Sperrschicht emittiert wird, fällt daher durch die Öffnung 34 a der Metallfilm­ elektrode 34 nach außen und die Gestalt der Licht­ bündel wird durch die Gestalt der Öffnung 34 a be­ stimmt.

In diesem Ausführungsbeispiel bedeckt die andere Metallfilmelektrode 36 auf der anderen Endfläche der Halbleiterschicht 32 und die Seitenflächen der Halbleiterschichten 30 und 32 sind dünn und senk­ recht zur Sperrschicht. Folglich tritt nur eine geringe Menge emittierten Lichtes aus diesen Flächen aus und es ist möglich, wirksam das Licht, das an der Sperrschicht emittiert wird, durch die Öffnung 34 a der Metallfilmelektrode 34 nach außen zu projizieren. Unnötig besonders darauf hinzuweisen, daß es vorzugsweise auch möglich ist, die Seiten­ flächen von der Lichtemission abzuschirmen, zum Beispiel durch Anwendung einer schwarzen Be­ schichtung oder dergleichen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Öffnung 34 a irgendeine Gestalt annehmen, kann zum Beispiel rund, rechteckig oder schlitzförmig sein, wobei die Formgebung vom Verwendungszweck abhängt.

Die Leuchtdiode, die in Fig. 1 gezeigt ist, ist ausgebildet, um in einem photoelektrischen Linear­ kodierer verwendet zu werden. Daher besitzt der Abschnitt zur Emission der Lichtstrahlen vorzugsweise die Gestalt eines langen und engen Schlitzes und zu diesem Zweck ist die Öffnung 34 a an der Endfläche Halbleiterschicht 30 ausgebildet, derart, daß sie eng ist und sich entlang der Diagonalen dieser Halbleiterschicht 30 erstreckt.

Die Ober- und Unterseite der Halbleiterschichten, die die Leuchtdiode bilden, haben in diesem Aus­ führungsbeispiel die Abmessungen von ungefähr 400×400 µm und die Öffnung 34 a, die an der Endfläche der Halbleiterschicht 30 ausgebildet ist, ist so gestaltet, daß sie eine Schlitzbreite W von 50 µm und eine Schlitzlänge L=300 µm besitzt.

Fig. 2 zeigt die Leuchtdiode nach Fig. 1 bei ihrer Verwendung innerhalb eines photoelektrischen Linear­ kodierers. Dieser Kodierer besitzt einen Aufbau ähnlich demjenigen der herkömmlichen Vorrichtung, gezeigt in Fig. 7. Ein Gitterpaar ist gebildet durch ein Meßgitter 22 und ein Referenzgitter 24, die entsprechend der Länge eines Meßobjektes relativ zueinander bewegt werden. Wenn durch die optischen Schlitze, die in den Gittern 22 und 24 gebildet sind, Lichtstrahlen hindurchtreten, wird die Änderung in der Helligkeit elektrisch erfaßt, wodurch der Betrag der relativen Verschiebung der Gitter 22 und 24 ge­ messen wird.

Die Lichstrahlen, die von der Leuchtdiode 100 pro­ jeziert werden, werden durch eine Kollimatorlinse 26 zusammengeführt. Der Lichtempfänger besteht aus einem Photodetektor 27, wie zum Beispiel einem Photo­ transistor und ein elektrisches Signal, das hierdurch erfaßt wird, wird über einen Vorverstärker 28 zu einem externen Verarbeitungsschaltkreis geführt.

Wie aus Fig. 2 deutlich ist, besitzt die Öffnung 34 a der Leuchtdiode 100 nach der vorliegenden Er­ findung eine schlitzförmige Gestalt, wobei der Schlitz in Übereinstimmung mit dem optischen Gitter des Meßgitters 22 und des Referenzgitters 24 liegt.

Da die Breite der Öffnung 34 a, die sich in Richtung X der Skalenbewegung erstreckt und die Einfluß auf die Auflösung des Kodierers hat, gering ist, wird der Durchmesser D der Lichtstrahlen in X-Richtung der Skalenbewegung so reguliert, daß er sehr klein ist, wie auch aus dem Streuwinkel R in Fig. 10 ersichtlich ist. Da die Schlitzbreite der Öffnung 34 a in diesem Ausführungsbeispiel ungefähr 50 µm beträgt, ist der Durchmesser D der Lichtstrahlen auf ein 1/8 des herkömmlichen Durchmessers redu­ ziert, so daß es möglich ist, den Streuwinkel R stark zu vermindern oder die Brennweite F der Kollimator­ linse 26 zu verkürzen.

Somit ist es, wie in Fig. 2 gezeigt, möglich, die Größe des Lichtprojektors eines Linearkodierers durch Anwendung einer Leuchtdiode nach diesem Ausführungs­ beispiel der Erfindung stark zu vermindern.

In Fig. 2 hat die Öffnung 34 a eine ausreichend große Länge in Längsrichtung Y der optischen Schlitze. Im Falle eines Linearkodierers hat die Länge in Y-Richtung keinen Einfluß auf die Auflösung. Es ist eher erforderlich, eine ausreichend große Öffnungslänge in Längsrichtung Y der optischen Schlitze zu haben, um zu sichern, daß eine aus­ reichende Lichtmenge zur Verfügung steht. Somit ist die in Fig. 1 und 2 erläuterte Ausführung der Leuchtdiode sicher nützlich, da sie zu scharf gebündelten Lichtstrahlen in X-Richtung der Skalenbewegung führt, während die Bereitstellung einer ausreichenden Licht­ menge gesichert wird.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode nach der vorliegenden Erfindung. Eine erste Halbleiterschicht 130 und eine zweite Halb­ leiterschicht 132 sind jeweils auf p-Typ- und n-Typ- Halbleiterschichten gebildet. Die äußere Konfigura­ tion der oberen und unteren Endflächen der Halbleiter­ schichten ist rechteckig mit den Abmessungen von ungefähr 200×800 µm. Eine Öffnung 134 a ist auf einer Metallfilmelektrode 134 in Längsrichtung der Leuchtdiode in gleicher Weise wie beim ersten Aus­ führungsbeispiel ausgebildet.

Solch ein rechteckiges Substrat ist für Leuchtdioden sehr nützlich, um lange und schmale, schlitzförmige Lichtstrahlen zu erzeugen.

Auf diese Weise ist es nach der vorliegenden Erfin­ dung möglich, in geeigneter Weise die Lichtstrahlen von der Lichtprojektionsquelle zu bündeln und hier­ durch in vorteilhafter Weise zu ermöglichen, die Spaltbreite G zwischen den Gittern 22 und 24 eines Linearkodierers verhältnismäßig groß zu wählen, zum Beispiel in dem photoelektrischen Linearkodierer, der in Fig. 2 gezeigt ist.

In Fig. 9, die das Wechselstrom/Gleichstrom-Verhält­ nis (AC/DC-Verhältnis) der Wellenform eines Ausgangs­ signales in Bezug auf den Gitterabstand G zeigt, werden die Kennwerte dieses Ausführungsbeispiels durch die Kurve 202 repräsentiert. Es ist klar, daß es möglich ist, ein ausreichend praktisch verwendbares Ausgangssignal selbst dann zu erhalten, wenn die Spaltbreite G zwischen den Gittern auf ungefähr 50 µm vergrößert ist.

Wie oben erläutert, wird bei einer herkömmlichen Leuchtdiode dem Durchmesser oder der Gestalt der Lichtstrahlen innerhalb der Leuchtdiode keine Be­ achtung geschenkt und die Lichtstrahlen werden nur durch eine Lichtabdeckplatte oder eine Lichtführung, die außerhalb der Leuchtdiode vorgesehen ist, regu­ liert. Im Gegensatz dazu werden nach der vorliegen­ den Erfindung die Lichtstrahlen selbst bei ihrer Abstrahlung von der Leuchtdiode reguliert, so daß es hierdurch möglich ist, die Einrichtung zu miniatu­ risieren und die Lichtausbeute zu verbessern. Außer­ dem ist es nach diesen Ausführungsbeispielen möglich, eine Leuchtdiode zur Erzeugung hochwertiger Licht­ strahlen sehr leicht ohne Erhöhung der Herstellungs­ kosten oder aufwendige Herstellungsschritte oder dergleichen zu ermöglichen, da eine Öffnung in einer Metallfilmelektrode an der lichtemittierenden Seite der Leuchtdiode für diese Regulierung der Lichtstrahlen verwendet wird.

Die Fig. 4 und 5 zeigen noch ein weiteres, bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode nach der vorliegenden Erfindung. Eine erste Halbleiterschicht 230 besteht aus n-Typ-GaAs und eine zweite Halbleiterschicht 232 ist unter Bildung einer Sperrschicht mit der ersten Halbleiterschicht 230 verbunden. Die zweite Halbleiterschicht 232 besteht aus p-Typ-GaAs und wird zum Beispiel durch die Dotierung von Zn erhalten. Es ist daher deutlich, daß die Halbleiterschichten 230 und 230 Halbleiter von entgegengesetzter Polarität sind und daß eine Lichtemission an einer Sperrschicht B auftritt.

Eine Kombination von Halbleitern nach diesem Ausführungsbeispiel emittiert hauptsächlich nahezu infrarotes Licht. Es ist selbstverständlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, als Halbleiter GaP, (GaAI)As oder dergleichen, wie auch GaAs als Halbleiter zu verwenden und es möglich ist, falls notwendig, sichtbares Licht zu emittieren.

Es ist auch möglich, die Halbleiterschichten 230 und 232 so anzuordnen, daß sie umgekehrte Pola­ ritäten aufweisen und jeweils vom n-Typ und p-Typ sind.

Auf den Endflächen der Halbleiterschichten 230 und 232 sind jeweils Metallfilmelektroden 234 und 236 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Metallfilmelektroden 234 und 236 durch Ablagerung von Gold gebildet, sie können jedoch auch durch Aufsprühen oder irgendein anderes Verfahren gebildet werden, wenn dies erforderlich ist.

Mit den Metallfilmelektroden 234 und 236 sind durch Kleben ein hochspannungsseitiger Anschlußdraht 238 und ein niederspannungsseitiger Anschlußdraht 240 verbunden und Löcher und Elektroden werden durch die jeweiligen Elektroden an die Halbleiterschichten 230 und 232 gelegt.

Die Löcher und Elektroden werden an der Sperrschicht der Halbleiterschichten 230 und rekombiniert, wobei die Elektronenanregung die Emission von Lichtstrahlen einer bestimmten Frequenz herbeiführt. In diesem Ausführungsbeispiel wird nahezu infrarotes Licht emittiert.

In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Isolierfilm 242 auf der Oberseite der zweiten Halbleiterschicht 232 gebildet, so daß die Metallfilmelektrode 236 nur mit der zweiten Halbleiterschicht 232 leitfähig verbunden ist. Der Isolierfilm 242 besteht zum Bei­ spiel aus Silikonnitrid (Si₃N₄).

Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht B an einer Endfläche der Leucht­ diode offen liegt und daß die Sperrschicht B eine bestimmte Gestalt zur Regelung der Gestalt der Licht­ strahlen aufweist, die von der Leuchtdiode emittiert werden.

Im einzelnen werden die Lichtstrahlen durch die Rekombination der Löcher und Elektronen an der Sperr­ schicht B der Halbleiterschichten 230 und 232 erzeugt. Durch Gestaltung der Sperrschicht B, zum Beispiel in Form eines Schlitzes ist es möglich, nach außen Lichtstrahlen zu projezieren, die der Schlitzform entsprechen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Sperr­ schicht B jede gewünschte Konfiguration haben, kann zum Beispiel rund, rechteckig oder schlitzförmig sein, je nach dem zu erreichenden Zweck.

Die Leuchtdiode gemäß Fig. 4 und 5 ist zur Verwen­ dung im Rahmen eines photoelektrischen Linearkodierers ausgebildet. Daher besitzt ein Querschnitt der Licht­ strahlen vorzugsweise eine langgestreckte schlitz­ förmige Gestalt, und für diesen Zweck ist die Sperr­ schicht B so gebildet, daß sie schmal und lang sich entlang der Endfläche der Leuchtdiode erstreckt.

Die Ober- und Unterseite der Halbleiterschichten, die die Leuchtdiode in diesem Ausführungsbeispiel bilden, haben Abmessungen von ungefähr 200×600 µm und die Sperrschicht B ist so ausgebildet, daß sie eine Schlitzbreite W von 50 µm und eine Schlitzlänge L von 400 µm besitzt.

Wie oben beschrieben, hat die Sperrschicht B der Leuchtdiode nach diesem Ausführungsbeispiel eine Schlitzgestalt, wobei der Schlitz in Überein­ stimmung mit dem optischen Gitter eines Meßgitters und eines Referenzgitters ist, die relativ zuein­ ander bewegt werden.

Da die Breite des Schlitzes, die sich in Richtung der Skalenbewegung erstreckt und die einen Einfluß auf die Auslösung des Kodierers hat, gering ist, wird der Durchmesser der Lichtstrahlen in Richtung der Skalenbewegung durch die vorliegende Erfindung auf einen sehr kleinen Wert reguliert. Da die Schlitz­ breite der Sperrschicht in diesem Ausführungsbei­ spiel ungefähr 50 µm beträgt, ist der Durchmesser der Lichtstrahlen in Vergleich zum herkömmlichen Durchmesser auf ein 1/8 vermindert, so daß es mög­ lich ist, den Streuwinkel stark zu vermindern oder die Brennweite der Kollimatorlinse zu verkürzen.

Somit ist es möglich, die Größe des Lichtprojektors eines Linearkodierers durch Übernahme einer Leucht­ diode nach der vorliegenden Erfindung stark zu vermindern.

In Längsrichtung der optischen Schlitze besitzt die Sperrschicht nach diesem Ausführungsbeispiel eine ausreichend große Länge. Im Falle eines Linearko­ dierers hat die Länge in Längsrichtung der optischen Schlitze keinen Einfluß auf die Auflösung. Es ist eher erforderlich, eine ausreichend große licht­ emittierende Länge in Längsrichtung der optischen Schlitze vorzusehen, um eine ausreichende Licht­ menge zu sichern. Somit ist die Ausführungsform, die in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, sehr nützlich, da sie zu scharf gebündelten Lichtstrahlen in Richtung der Skalenbewegung führt, während die Bereitstellung einer adequaten Lichtmenge gesichert.

Auf diese Weise ist es nach diesem Ausführungsbei­ spiel möglich, die Lichtstrahlen vom Lichtprojektor angemessen zu bündeln und hierdurch in vorteilhafter­ weise zu gestatten, daß der Spalt G zwischen den Gittern in einem photoelektrischen Linearkodierer verhältnismäßig groß festgelegt wird.

Außerdem ist es möglich, eine Leuchtdiode mit quali­ tativ guten Lichtstrahlen sehr leicht und ohne Er­ höhung der Herstellungskosten oder -schritte oder dergleichen zu erreichen, da die Gestalt der Sperr­ schicht der Halbleiterschichten zur Regulierung der Lichtstrahlen verwendet wird.

Wie oben beschrieben, ist es nach der vorliegenden Erfindung möglich, die emittierten Lichtstrahlen der Leuchtdiode zu regulieren, durch Verwendung einer Öffnung, die auf einer Metallfilmelektrode auf der lichtprojizierenden Seite vorgesehen ist oder durch die Gestaltung der Sperrschicht der Halb­ leiterschichten der Leuchtdiode. Somit ist die vor­ liegende Erfindung sehr vorteilhaft, indem sie die Produktion von Leuchtdioden mit optimalen Eigen­ schaften für verschiedene Zwecke erleichtert.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtdiode und die Verwendung derselben, mit Halbleiterschichten, die entgegengesetzte Polarität besitzen und überein­ ander angeordnet sind, wobei Metallfilmelektroden an den jeweiligen Endflächen der Halbleiterschichten außen vorgesehen sind, so daß die angelegt Spannung bzw. der durch die Elektroden geführte Stromfluß zu einer Lichtemission an der Sperrschicht der Halb­ leiterschichten führt. Die Leuchtdiode ist als Lichtquelle eines photoelektrischen Kodierers oder dergleichen verwendet und der lichtprojizierende Abschnitt der Leuchtdiode ist in bestimmter Konfi­ guration ausgebildet, zum Beispiel in Gestalt eines Schlitzes, um somit die Abstrahlung des Lichtes von der Leuchtdiode zu regulieren. Das abgestrahlte Licht wird durch Bildung einer Öffnung auf der Metallfilmelektrode in bestimmter Gestalt oder durch die Bildung der Sperrschicht in einer bestimmten Gestalt begrenzt.

Der lichtprojizierende Abschnitt der Leuchtdiode ist in Gestalt eines Schlitzes geformt und der schlitzförmige lichtemittierende Abschnitt ist so angeordnet, daß dessen Längsrichtung mit der Längs­ richtung von Meßschlitzen eines Gitterpaares eines photoelektrischen Kodierers übereinstimmt.

Claims (9)

1. Leuchtdiode mit Halbleiterschichten von ent­ gegengesetzter Polarität, die übereinander ange­ ordnet sind und mit Metallfilmelektroden auf den jeweiligen Endflächen der Halbleiterschichten, so daß ein angelegter Strom, der von den Elektroden geführt wird, eine Lichtemission an der Sperr­ schicht der Halbleiterschichten herbeiführt, gekennzeichnet durch eine Öffnung (34 a, 134 a), die im mittleren Abschnitt zumindest einer der Metallfilmelektroden (34, 134) vorgesehen ist und die eine bestimmte Gestalt hat, derart, daß das abgestrahlte Licht, das von der Sperrschicht emittiert wird, durch die Öffnung (34 a, 134 a) reguliert ist.

2. Leuchtdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschichten (30, 32), die entgegenge­ setzte Polaritäten besitzen, eine quadratische Dünn­ schichtgestalt aufweisen und die Öffnung (34 a) der Metallfilmelektrode (34) auf der Endfläche der Halbleiterschicht (30) in Gestalt eines Schlitzes entlang der Diagonalen der quadratischen Halbleiter­ schicht (30) ausgebildet ist.

3. Leuchtdiode mit Halbleiterschichten, die entgegengesetzte Polarität aufweisen und überein­ ander angeordnet sind und mit Metallfilmelektroden, die auf den jeweiligen Endflächen der Halbleiter­ schichten vorgesehen sind, so daß ein angelegter Strom, der von den Elektroden geführt wird, zu einer Lichtemission an der Sperrschicht der Halbleiter­ schichten führt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht einer der Endflächen der Leucht­ diode ausgesetzt ist und eine vorbestimmte Gestalt aufweist, um das von der Leuchtdiode abgestrahlte Licht durch die Konfiguration der Sperrschicht (B) zu regulieren.

4. Leuchtdiode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (B) eine Schlitzgestalt besitzt.

5. Verwendung einer Leuchtdiode in einer photo­ elektrischen Kodiereinrichtung, die ein Gitterpaar besitzt, bestehend aus einem Meßgitter und einem Referenzgitter, die relativ zueinander entsprechend der Länge eines zu messenden Objektes bewegt werden und die Meßschlitze zur Lichtübertragung oder Licht­ reflektion aufweisen, die an der Oberfläche aufein­ ander ausgerichtet angeordnet sind, wobei die Leucht­ diode an einer Seite des Gitterpaares zur Proje­ zierung des abgestrahlten Lichtes zu den Meßschlitzen vorgesehen ist und ein Photodetektor an der gegen­ überliegenden Seite des Gitterpaares in Bezug auf die Leuchtdiode zur Aufnahme des übertragenen oder reflektierten Lichtes, das von den Meßschlitzen projeziert wird, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode einen lichtemittierenden Ab­ schnitt aufweist, der in Form eines Schlitzes gebildet und so angeordnet ist, daß seine Längs­ richtung mit der Längsrichtung der Meßschlitze des Gitterpaares übereinstimmt.

6. Leuchtdiode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Halbleiterschichten, die entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, übereinander angeordnet und Metallfilmelektroden auf den jeweiligen End­ flächen der Halbleiterschichten vorgesehen sind, so daß der angelegte Strom, der durch die Elektroden geführt wird, eine Lichtemission an der Sperr­ schicht der Halbleiterschichten herbeiführt, und mit einer Öffnung, die im mittleren Abschnitt jeder der Metallfilmelektroden vorgesehen ist und die eine bestimmte Gestalt hat, um das abgestrahlte Licht, das von der Sperrschicht durch die Öffnung der Metallfilmelektrode emittiert wird, zu regulieren.

7. Leuchtdiode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschichten, die eine entgegenge­ setzte Polarität aufweisen, eine quadratische Dünn­ schichtgestalt aufweisen und die Öffnung der Metall­ filmelektrode auf der Endfläche der Halbleiter­ schicht in Form eines Schlitzes entlang der Diago­ nalen der Halbleiterschicht ausgebildet ist.

8. Leuchtdiode nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Halbleiterschichten, die entgegengesetzte Polari­ täten aufweisen und übereinander angeordnet sind, und mit Metallfilmelektroden, die auf den jeweiligen Endflächen der Halbleiterschichten vorgesehen sind, so daß der angelegte Strom, der durch die Elektroden geführt wird, eine Lichtemission an der Sperr­ schicht der Halbleiterschichten herbeiführt, wobei die Sperrschicht sich an einer der Endflächen der Leuchtdiode erstreckt und in einer bestimmten Gestalt ausgebildet ist, um das abgestrahlte Licht der Leuchtdiode durch die Konfiguration der Sperr­ schicht zu regulieren.

9. Leuchtdiode nach Anspruch 8, dadurch gegennzeichnet, daß die Sperrschicht die Form eines Schlitzes be­ sitzt.