NL8004912A - Licht emitterende halfgeleiderstructuur. - Google Patents

Description

H.0. 29.309

Licht emitterende halfgeleiderstructuur.

De uitvinding heeft betrekking op een licht emitterende halfgelei-derstructuur opgebouwd uit een dunne actieve laag» welke laag aan de onderzijde overgaat in een al dan niet verder gestructureerde gedoteerde laag in direct contact met een eerste electrode en aan de bovenzijde 5 overgaat in een al dan niet verder gestructureerde tegengesteld gedoteerde laag in direct contact met een tweede electrode, welke electro-den tijdens bedrijf aangesloten zijn op een stroombron teneinde een la-dingdragerstroom door de licht emitterende halfgeleiderstructuur op te wekken.

10 Een dergelijke halfgeleiderstructuur is bijvoorbeeld beschreven in het boek Optoelektronik I van G.Winstel en C.Weyrich, Springer Verlag, Berlijn, 1980, in het bijzonder de hoofdstukken 5 en 6. In de actieve laag tussen de verschillend gedoteerde lagen wordt door gestimuleerde emissie licht opgewekt.

15 Daarbij kan het gaan om zogenaamde LED's, licht emitterende dio den, of om laserdioden. In het laatste geval zijn bijvoorbeeld twee zijkanten van de actieve laag uitgevoerd als planparallelle spiegels, waarvan er ten minste één gedeeltelijk doorlatend is voor het opgewekte licht. Om licht op te wekken wordt de structuur via de eerste en tweede 20 electrode in doorlaatrichting aangesloten op een stroombron, die bij laserdioden de functie van energiepomp vervult. Door de stroombron worden electronen geïnjecteerd in de actieve overgangslaag welke electronen door recombinatie met gaten van de geleidingsband overgaan naar de valentieband onder uitzending van electromagnetische straling. Ander-25 zijds kunnen electronen vanuit de valentieband door absorptie van electromagnetische straling terechtkomen in de geleidingsband. Wordt nu de door de stroombron geleverde stroom vergroot tot boven een bepaalde drempelwaarde dan zal de door recombinatie te weeg gebrachte lichtemissie de absorptie overtreffen. Er wordt dan een toestand bereikt waarin 30 electromagnetische straling in de vorm van licht wordt uitgezonden, waarbij de intensiteit van de uitgezonden straling afhankelijk is van de door de stroombron geleverde stroomsterkte. Worden verder spiegelende (deels doorlatende) eindvlakken aan de structuur aangebracht dan ontstaat een resonantieholte en wordt de lichtemissie geconcentreerd op 35 een nauw golflengtegebied. Er ontstaat dan een laserwerking. Voor nadere details omtrent de algemene principes van licht emitterende dioden en halfgeleiderlasers wordt verwezen naar het bovengenoemde boek.

Dergelijke halfgeleiderconfiguraties kunnen voor een groot aantal 8004912 * 2 doeleinden worden toegepast, bijvoorbeeld voor lichtversterkers in glasvezelkabels, lichtbanken, optokoppelingen, optische geheugenstel-sels enz. In veel van deze toepassingen moet de stroomsterkte door de structuur gestuurd worden teneinde de intensiteit van het uitgestraalde 5 licht te variëren. Daartoe kan bijvoorbeeld de stroombron via een re-geltransistor op de halfgeleiderdiodelaser worden aangesloten. Als re-geltransistoren worden over het algemeen siliciumtransistoren toegepast, terwijl licht emitterende halfgeleiderstructuren veelal worden vervaardigd uit GaAs of GaAlAs, GaP of andere geschikte halfgeleiderma-10 terialen, welke halfgeleidermaterialen een veel hogere stroomsterkte per materiaaldoorsnedevlak toelaten dan Si. Een nadeel hierbij is, dat een Si-regeltransistor om de benodigde stroomsterkte te kunnen voeren noodzakelijkerwijze veel omvangrljker moet zijn dan de licht emitterende GaAs- of GaAlAs-structuur, die door deze regeltransistor wordt ge-15 stuurd.

Er is reeds getracht om een oplossing voor dit probleem te verschaffen door de regeltransistor niet uit silicium maar uit hetzelfde materiaal als de licht emitterende halfgeleiderdlode te vervaardigen. Een dergelijke oplossing is bijvoorbeeld beschreven in het artikel 20 "Caltech begins to integrate optical and electronics components",

Laser Focus, Mei 1980, biz. 44. De daarin beschreven structuur bevat enerzijds een laserdiode en anderzijds een veldeffecttransistor, beiden naast elkaar geïntegreerd op een GaAs-substraat en onderling verbonden door metalen geleidingsstrippen.

25 In veel van de bovengenoemde toèpassingen worden licht emitterende halfgeleiderdioden verder gebruikt in combinatie met lichtdetectoren of fotogevoelige elementen. Een dergelijke lichtdetector vraagt ook ruimte zodat de omvang van de schakeling door het aanbrengen van de lichtdetector ook nog toeneemt.

30 In Philips Technisch Tijdschrift, jaargang 39, 1980, nr. 4, blz.

97-107 wordt een halfgeleiderlaser beschreven die samen met een fotodi-ode in een enkele omhulling is gemonteerd. Behalve de relatief grote omvang heeft deze schakeling het nadeel dat de fotodiode korrekt ten opzichte van de laserdiode gepositioneerd moet worden om de combinatie 35 op de gewenste wijze te laten functioneren. In de beschreven configuratie worden daarvoor speciale montagemiddelen gebruikt.

De nadelen samenhangend met het gebruik van.speciale montagemiddelen worden voor een belangrijk deel opgeheven door de oplossing die beschreven is in het artikel "Integrated GaAs-AlxGa^-x As injection 40 lasers and detectors with etched reflectors" gepubliceerd in "IEEE

8004912 5

International Electronics Development Meeting", Washington, 3-5 december 1979. Daarin wordt een combinatie beschreven van een laserdiode en een fotodiode, welke naast elkaar aangebracht zijn op hetzelfde halfgeleidersubstraat. Een nadeel van deze oplossing is de tamelijk 5 omslachtige fabricagemethode waarbij zeer hoge eisen gesteld worden aan de nauwkeurigheid, terwijl het verder in wezen nog steeds gaat om twee afzonderlijke componenten aangebracht in een bepaalde onderlinge relatie op een gemeenschappelijk substraat.

De uitvinding heeft nu ten doel de nadelen van de bekende configu-10 raties, althans in belangrijke mate, te elimineren.

De uitvinding verschaft daartoe een licht emitterende halfgelei-derstructuur, opgebouwd uit een dunne actieve laag, welke laag aan de onderzijde overgaat in een al dan niet verder gestructureerde gedoteerde laag in direkt contact met een eerste electrode en aan de bovenzijde 15 overgaat in een al dan niet verder gestructureerde tegengesteld gedoteerde laag in direkt contact met een tweede electrode, welke electro-den tijdens bedrijf aangesloten zijn op een stroombron teneinde een la-dingdragerstroom door de licht emitterende halfgeleiderstructuur op te wekken, met het kenmerk, dat in de bovenste laag een barrière is aange-20 bracht waarvan de doorlaatbaarheid voor ladingdragers afhangt van de aan een derde electrode toegevoerde spanning. Door de electrische spanning over de derde electrode te veranderen kan de stroomdoorgang via de barrière worden geregeld en daarmee de stroomdoorgang door de licht emitterende laag en de lichtemissie zelf. Doordat niet de uitwendige 25 stroom wordt bestuurd in de, door een regeltransistor in de geleiders die van de stroombron naar de electroden voeren, maar direct invloed wordt uitgeoefend op de stroom in de licht emitterende halfgeleider-structuur zelf wordt een zeer compacte opbouw verkregen. Doordat verder geen afzonderlijke verbindingen aanwezig zijn tussen een regeltransis-30 tor en de licht emitterende halfgeleiderdiodestructuur en doordat de parasitaire capaciteiten in de geïntegreerde structuur zeer klein zijn, wordt een zeer korte responsietijd bereikt.

In het bovenstaande is gesteld dat de halfgeleiderlagen boven en onder de licht emitterende laag zelf gestructureerd kunnen zijn. Deze 35 structuur kan inhouden dat de kristalstructuur van de lagen (gedeeltelijk) is gewijzigd, dat gedeelten van deze lagen verschillend gedoteerd zijn of dat gedeelten van deze lagen zijn opgebouwd uit verschillende halfgeleidermaterialen.

Hieronder zal de opbouw van de halfgeleiderstructuur volgens de 40 uitvinding nader worden besproken aan de hand van voorkeursuitvoerings- 8004912 4 vormen. Daarbij zal de werking van de uitvinding worden toegelicht zonder dat de theoretische verklaring van deze werking begrenzend is voor het kader van de uitvinding.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de halfgeleiderstructuur volgens 5 de uitvinding draagt het kenmerk, dat de derde electrode is aangebracht op de buitenzijde van de bovenste laag electrisch gescheiden van het halfgeleidermateriaal van deze laag en gepositioneerd op afstand van de tweede electrode, waarbij de barrière is uitgevoerd als een isolerende laag aangebracht in de bovenste tegengesteld gedoteerde laag en is « 10 voorzien van een opening, waarbij althans de randen van de barrière nabij de opening zodanig dicht onder het oppervlak van de laag verlopen op de plaats waar de derde electrode is aangebracht dat door het veld, opgewekt door de derde electrode bij aansluiting op een stuurspannings-bron de barrière-opening ten aanzien van een ladingdragerstroom door 15 deze opening tussen de eerste en de tweede electrode meer of minder kan worden geblokkeerd. In deze uitvoeringsvorm wordt een compacte integratie gerealiseerd van een veldeffecttransistorstructuur met een licht emitterende diodestructuur.

Een nog compactere bouwwijze wordt volgens een verdere uitvoe-20 ringsvorm van de uitvinding verkregen als de derde electrode wordt aangebracht in de bovenste laag en tevens dienst doet als barrière, welke barrière voorzien is van een opening waarvan de breedte hoogstens gelijk is aan tweemaal de maximale breedte van de potentieelbarrière, die optreedt rond de derde electrode als gevolg van de spanning op deze 25 electrode en van het Schottky-effect in het halfgeleidermateriaal bij de overgang tussen het electrodemetaal en de halfgeleider. De breedte van deze potentiaalbarrière varieert met de electrodespanning op de derde electrode. Daarmee wordt bereikt dat bij een spanning onder de doorslagspanning de door het Schottky-effect opgewekte potentiaalbar-30 rière de opening geheel kan blokkeren voor een ladingdragerstroom tussen de eerste en de tweede electrode. Nadere informatie omtrent Schott-ky-barrières is te vinden in het boek van R.Paul "Halbleiterdioden", VEB Verlag Technik, Berlin, 1976, in het bijzonder hoofdstuk 4.

In sommige toepassingen wordt gewerkt met een aantal licht emitte-35 rende diodes, in het bijzonder halfgeleiderdiodelasers, bijvoorbeeld in een meerkanaals optische versterker of in een optische aftast-array. In zo’n geval verdient het de voorkeur dat de tweede electrode is opgebouwd uit een langgerekt electrodesegment met van daar af onderling evenwijdig en bij voorkeur ongeveer loodrecht op het langgerekte elec-40 trodesegment verlopende langgerekte electrodevingers, en dat de derde 8004912 £ * 5 electrode is opgebouwd uit een reeks tussen de langgerekte electrode-vingers van de tweede electrode verlopende electrodestrippen en de isolerende barrière bestaat uit een aantal barrièresegmenten gepositioneerd onder de electrodevingers van de tweede electrode, waarbij de 5 tussenliggende openingen tussen de barrièresegmenten gepositioneerd zijn onder de electrodestrippen van de derde electrode.

Een verdere ontwikkeling van deze uitvoeringsvorm maakt het mogelijk om de verschillende op deze wijze opgebouwde en samen geïntegreerde laserdioden afzonderlijk te sturen. Daartoe wordt elk van de elec-10 trodestrippen van de derde electrode aangesloten op een afzonderlijke stuurspanningsbron.

Wordt gebruik gemaakt van een configuratie waarin het Schottky-ef-fect wordt benut, zoals in het bovenstaande reeds werd genoemd, dan kan de derde electrode uitgevoerd worden als een reeks van evenwijdig ver-15 lopende electrodestrippen waarbij de afmetingen van de tussenliggende openingen voldoen aan de reeds genoemde dimensionele vereisten.

Ook hierbij is het mogelijk om de afzonderlijke laserdiode-elemen-ten afzonderlijk te sturen door elk van de electrodestrippen van de derde electrode te verbinden met een afzonderlijke stuurspanningsbron.

20 De tot nu toe zijn uitvoeringsvormen van de uitvinding besproken, waarbij binnen de structuur van de uitvinding de functies van licht-emitter en die van stuurelement voor deze lichtemitter in een compacte geintegreerde schakeling zijn gecombineerd. Binnen de structuur volgens de uitvinding kan ook een lichte detectorfunctie worden gerealiseerd of 25 is deze functie reeds op natuurlijke wijze aanwezig, namelijk als het halfgeleidermateriaal, grenzend aan de stuurelectrode, geheel of gedeeltelijk zodanig is gestructureerd dat dit gebied fotogeleidend is. Bovendien kan deze lichtdetectie binnen de halfgeleiderstructuur volgens de uitvinding direkt worden benut om de lichtemissie te sturen.

30 Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm wordt daartoe de halfgeleiderstructuur grenzend aan de derde elektrode een geheel of gedeeltelijk fotogevoelig uitgevoerd. Met een dergelijke halfgeleiderstructuur is het mogelijk om inkomende lichtimpulsen te versterken tot versterkte uitgaande lichtimpulsen.

35 Ten einde de uitvinding nader toe te lichten zullen in het volgen de een aantal uitvoeringsvormen van de uitvinding meer in detail worden besproken waarbij opgemerkt wordt dat de uitvinding niet tot deze uitvoeringsvormen is beperkt.

Fig. 1 toont een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding.

40 Fig. 2 toont een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding.

8004912 6

Fig. 3 toont een derde uitvoeringsvorm van de uitvinding.

Fig. 4 toont een vierde uitvoeringsvorm van de uitvinding.

Fig. 1 toont een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding. De actieve laag 1 gaat aan de onderzijde over in een gedoteerde laag 2, 5 waarop de electrode 4 is aangebracht. De laag 2 die als uniforme laag in de fig. is getoond kan eventueel verder gestructureerd zijn. De actieve laag 1 gaat aan de bovenzijde over in een verdere tegengesteld gedoteerde laag 3 waarop aan de bovenzijde een electrode 5 is aangebracht. Ook deze laag 3 kan, alhoewel in de figuur niet weergegeven, 10 verder gestructureerd zijn. De delen 1,2,3,4 en 5 vormen een op zichzelf bekende licht emitterende halfgeleider diodestructuur.

In de bovenste tegengesteld gedoteerde laag 3 is een isolerende barrière 6 met ten minste één opening aangebracht. Boven deze opening bevindt zich op het oppervlak van de laag 3 een derde electrode 7, 15 elektrisch van het halfgeleidermateriaal van de laag 3 gescheiden bijvoorbeeld door een isolatorlaagje 8.

Wordt een stroombron aangesloten op de electroden 4 en 5 zodanig dat de diodestructuur in doorlaatrichting is geplaatst, dan kan er een electronenstroom gaan lopen bijvoorbeeld vanaf de electrode 5 20 via de opening in de barrière 6 door de lagen 3, 1 en 2 naar de electrode 4. Als deze electronenstroom krachtig genoeg is dan zal de recomr binatie in de actieve laag 1 waarbij electromagnetische straling wordt uitgezonden sterker zijn dan de absorptie in deze laag waarbij electromagnetische straling wordt opgenomen, zodat er licht wordt uitge-25 straald. Zijn de voorkant en achterkant van de structuur, gezien in fig. 1, uitgevoerd als spiegelende oppervlakken, waarvan er tenminste één deels doorlatend is voor het opgewekte licht, dan kan er laserwer-king optreden. Volgens de uitvinding kan nu de electronenstroom door de diodestructuur worden gestuurd door de electrode 7 aan te sluiten op 30 een stuurspanningsbron. Door deze electrode aan te sluiten op een stuurspanningsbron wordt een veld opgewekt in de bovenste laag 3 zoals met de stippellijn 9 in fig. 1 is aangegeven. Als de spanning aan de electrode 7 hoog genoeg is dan kan het veld zich voldoende uitbreiden om de opening in de barrière geheel af te sluiten waardoor de electro-35 nenstroom tot stilstand komt en de lichtemissie stopt. Bij kleinere waarden van de stuurspanning kan de electronenstroom dusdanig worden bestuurd dat de lichtintensiteit van het opgewekte licht varieert afhankelijk van de stuurspanning. Het gedeelte van de actieve laag waarin het licht wordt gegenereerd is in de fig. aangegeven als het gearceerde 40 gedeelte la van de laag.

8004912 7

Fig. 2 toont een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding.

Ook hier bestaat de eigenlijke halfgeleiderdiodelaser uit de actieve laag 11 aan de onderzijde begrensd door de gedoteerde laag 12 met de electrode 14 en aan de bovenzijde begrensd door de tegengesteld ged,o-5 teerde laag 13 met de electrode 15. In dit geval is de derde electrode 17 aangebracht in de bovenste laag 13 zodat er alleen een elektronen-stroom tussen de elektroden 14 en 15 mogelijk is via de opening in de elektrode 17. Aan de buitenzijde van de metalen electrode 17 ontstaat in het halfgeleidermateriaal van de laag 13 een Schottky-barrière. De 10 breedte van deze potentiaalbarrière varieert met de electrodes panning, die op de electrode 17 staat. De opening in de electrode 17 heeft een breedte die hoogstens gelijk is aan tweemaal de maximale breedte van de als gevolg van het Schottky-effect in het halfgeleidermateriaal optredende potentiaalbarrière.

15 Daarbij kan een situatie bereikt worden waarbij de potentiaalbarrière van het linkerdeel van de electrode 17 tenminste aansluit op de potentiaalbarrière van het rechter deel van de electrode 17 zodat de opening in de electrode 17 volledig voor electronendoorgang wordt geblokkeerd. Wordt uitgaande van deze situatie de stuurspanning veranderd dan kan de 20 barrière smaller worden en zal er in het middenste gedeelte van de opening een passage worden gevormd waardoor een electronenstroom mogelijk wordt. Afhankelijk van de stuurspanning op de electrode 17 zal deze passage groter of kleiner zijn en zal er dus een kleinere of grotere stroom door de structuur kunnen lopen. Met deze variërende stroom kan 25 de intensiteit van het licht uitstralende gedeelte 11a van de actieve laag worden gestuurd.

Fig. 3 toont een verdere uitvoeringsvorm van een halfgeleider-structuur volgens de uitvinding waarbij uitgegaan is van de basisconfiguratie uit fig. 1. De eigenlijke diodestructuur bestaat ook in dit ge-30 val uit de actieve laag 21, aan de onderzijde begrensd door de al dan niet verder gestructureerde gedoteerde laag 22 met de electrode 24 en aan de bovenzijde begrensd door de tegengesteld gedoteerde al dan niet verder gestructureerde halfgeleiderlaag 23 met de electrode 25. In deze bovenste laag 23 is een isolerende barrière 26 aangebracht met een aan-35 tal openingen. Boven deze openingen bevinden zich de derde electroden 27a, 27b, 27c welke van het halfgeleidermateriaal van de laag 23 zijn gescheiden door de respectievelijke isolatorlaagjes 28a, 28b en 28c. Zoals duidelijk zal zijn ontstaan er op deze wijze een aantal potentieel licht emitterende gebieden in de actieve laag 21, te weten de ge-40 bieden 21a, 21b, 21c.

8004912 ^ * δ

Zoals In fig. 3 is aangegeven is de electrode 25 opgebouwd uit een langgerekt electrodedeel 25a waarop de onderling evenwijdig en bij voorkeur loodrecht op het elektrodedeel 5a verlopende electrode-elemen-ten 25b, 25c, 25d en 25e zijn aangesloten. Tussen de elementen 25b, 5 25c, 25d, 25e zijn de electroden 27a, 27b en 27c gepositioneerd. In de ze uitvoeringsvorm kunnen alle electroden 27a, 27b, 27c aangesloten worden op dezelfde stuurspanningsbron zodat de intensiteit van het door de gebieden 21a, 21b en 21c uitgestraalde licht op gelijke wijze varieert, maar het is ook mogelijk om de electroden 27a, 27b, 27c aan te 10 sluiten op afzonderlijke stuurspanningsbronnen zodat de licht emitterende gebieden 21a, 21b en 21c onafhankelijk van elkaar kunnen worden bestuurd.

Op soortgelijke wijze kan ook de basisconfiguratie uit fig. 2 meervoudig worden uitgevoerd. Ook zonder illustratie zal het duidelijk 15 zijn dat de in de bovenste laag 13 aangebrachte derde electrode 17 van een aantal openingen kan worden voorzien, elk corresponderend met een afzonderlijk potentieel licht emitterend gebiedje in de actieve laag 11.

In de fig. 1 en 3 is tussen de laag 3, 23 en de derde electrode 7, 20 27 een isolatorlaagje 8, 28 aanwezig. Het is echter ook mogelijk om de electrode 7, 27 op de laag 3, 23 met een Schottky-overgang aan te brengen, waarbij het isolatorlaagje 8, 28 vervalt. In dat geval wordt door de vorming van een Schottky-zone onder de electrode 7, 27 een gebied gecreëerd waardoor geen stroom loopt en afhankelijk van de stuurspan-25 ning op de electrode 7, 27 kan het potentiaalveld van uit deze

Schottky-zone de opening in de barrière 6, 26 geheel afsluiten of een meer of minder grote ladingdragerstroom toelaten.

Wordt de electrode 7, 27 uitgevoerd met een Schottky-overgang dan is er geen bezwaar om de electrode 5, 25 eveneens met een 30 Schottky-overgang uit te voeren, hetgeen zoals duidelijk zal zijn fabricage-technische voordelen biedt.

In alle besproken uitvoeringsvormen van de uitvinding kan op eenvoudige wijze een lichtdetectorfunctie worden gerealiseerd of is deze functie reeds op natuurlijke wijze aanwezig, namelijk als het halfge-35 leidermaterlaal, grenzend aan de stuurelectrode (7,17,27), geheel of gedeeltelijk zodanig is gestructureerd dat dit gebied fotogeleidend is. Bovendien kan deze lichtdetectie binnen de halfgeleiderstructuur volgens de uitvinding direct worden benut om de lichtemissie te sturen.

Als bijvoorbeeld in fig. 2 licht invalt op het halfgeleidergebied 40 rond de opening tussen de twee delen van de electrode 17 en als dit ge- 8004912 9 bied fotogeleidend is, dan zal de in deze opening heersende Schottky-zone worden opgeheven omdat er door de lichtinval vrije ladingsdragers worden gegenereerd en dan zal de volle stroom door de structuur kunnen lopen, waardoor het licht emitterende gebied 11a licht 5 van grote intensiteit uitstraalt. Een dergelijke structuur kan gebruikt worden om een inkomende zwakke lichtimpuls die invalt op de opening in de elektrode 17 om te vormen in een sterke lichtimpuls, uitgezonden door het licht emitterende deel 11a van de laag 11 in responsie op de inkomende lichtimpuls.

10 Fig. 4 toont een configuratie die soortgelijk is aan die van fig. 1 met als eerste verschil, dat de electrode 47 met de laag 43 een Schott-ky-overgang vormt, hetgeen echter in het bovenstaande reeds als mogelijkheid werd aangegeven. In dit geval kan, zoals reeds gezegd, ook de electrode 45 op de laag 43 zonder bezwaar met een Schottky-overgang 15 uitgevoerd worden. Bovendien is de bovenste halfgeleiderlaag 43 boven de tweede electrode 45 en de derde electrode 47 doorgezet in het gedeelte 43a met - in dit geval - een onderbreking (50, 50b) van deze doorgezette laag tussen de electroden. De onderbreking kan ook in de structuur worden opgenomen doordat plaatselijk materiaal toegepast 20 wordt waarvan de absorptie-coëffici'ënt voor invallend licht kleiner zijn dan van het omringende halfgeleidermateriaal. De overige elementen 41, 41a, 42, 44 en 46 zijn op gelijke wijze uitgevoerd als de overeenkomstige elementen 1, la, 2, 4 en 6 in fig. 1. Als er in dit geval licht binnenvalt loodrecht op het vlak van tekening, dan zal dit licht 25 deels geabsorbeerd worden in de halfgeleiderstructuur rond de stuur-electrode 47. Hierbij zullen de geschetste onderbrekingen (50a, 50b) van de halfgeleiderlaag als lichtpijp functioneren en het licht over een groot gebied de halfgeleiderlaag rond de stuurelectrode binnenleiden. Als dit absorberend gebied fotogeleidend is zal de opbouw van een 30 stroom blokkerend veld 49 rond de stuurelectrode worden verhinderd, doordat vanwege de lichtinval vrije ladingsdragers worden gegenereerd,, waardoor het deel 41a van de laag 41 een sterke lichtemissie zal vertonen.

In deze configuratie kunnen ook zeer zwakke inkomende lichtimpul-35 sen, die op zichzelf niet sterk genoeg zijn om de Schottky-zone door generatie van vrije ladingsdragers voldoende af te breken, toch versterkt worden.

Daartoe wordt de electrode 47 via een grote weerstand gekoppeld met de stuurspanningsbron. Als er geen licht invalt op de electrode 47 dan 40 wordt de Schottky-zone opgewekt en loopt er geen stroom door de struc- 8004912 10 tuur zodat er ook geen lichtemissie plaatsvindt. Valt er een zwakke lichtimpuls in op de electrode 47 dan zullen er in de Schottky-zone enige vrije ladingdragers worden opgewekt hetgeen tot gevolg heeft dat er vanuit de stuurspanningsbron via de genoemde grote weerstand een 5 kleine stroom gaat lopen. Deze kleine stroom heeft tot gevolg dat de spanning op de electrode 47 zich dusdanig wijzigt dat daardoor de stroom blokkerende zone verzwakt wordt zodat er toch een sterke stroom door de structuur mogelijk is en er een sterke lichtimpuls kan worden uitgezonden.

10 Opgemerkt wordt, dat in plaats van een lichtgevoelige Schott- ky-overgang ook gebruik gemaakt kan worden van een lichtgevoelige PN-overgang. In fig. 1 kan bijvoorbeeld onder de electrode 5 een verdere gedoteerde halfgeleiderlaag worden aangebracht die met de laag 3 een PN-overgang vormt. Als deze PN-overgang en de elektrode 5 voldoende 15 lichtdoorlatend zijn dan kan deze PN-overgang die in sperrichting staat bij lichtinval geleidend worden zodat er alleen wanneer er licht invalt op deze PN-overgang een stroom door de structuur kan lopen die lichtemissie tot gevolg heeft.

Alhoewel in het bovenstaande uitvoeringsvoorbeelden met rechtlij-20 nige en evenwijdig verlopende electroden zijn gegeven zal het duidelijk zijn dat ook uitvoeringsvormen met radiaal gevormde electroden of electroden met een andere configuratie toegepast kunnen worden.

De halfgeleiderstructuur volgens de uitvinding, in het bijzonder de uitvoeringsvorm van fig. 4 kan met met voordeel worden toegepast in 25 optische kabels voor transmissie van informatie. Om de in deze kabels optredende demping te compenseren kunnen halfgeleiderstructuren volgens de uitvinding op regelmatige afstanden in een optische kabel worden opgenomen en dienst doen als optische versterker.

Ook kan de halfgeleiderstructuur volgens de uitvinding met voor-30 deel toegepast worden voor het registreren en uitlezen van optische informatie op respectievelijk van een geschikte informatiedrager.

8004912

Claims (15)

1. Licht emitterende halfgeleiderstructuur opgebouwd uit een dunne actieve laag, welke laag aan de onderzijde overgaat in een al dan niet verder gestructureerde gedoteerde laag in direct contact met een eerste electrode en aan de bovenzijde overgaat in een al dan niet verder ge- 5 structureerde tegengesteld gedoteerde laag in direct contact met een tweede electrode, welke electroden tijdens bedrijf aangesloten zijn op een stroombron ten einde een ladingdragerstroom door de licht emitterende halfgeleiderstructuur op te wekken, met het kenmerk, dat in de bovenste laag een barrière is aangebracht waarvan de doorlaatbaarheid 10 voor ladingdragers afhangt van de aan een derde electrode toegevoerde spanning.

2. Halfgeleiderstructuur volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de derde electrode onder vorming van Schottky-contact is aangebracht op de buitenzijde van de bovenste laag en gepositioneerd is op afstand van 15 de tweede electrode, waarbij de barrière is uitgevoerd als een isolerende laag aangebracht in de bovenste tegengestelde gedoteerde laag en voorzien is van een opening, waarbij althans de randen van de barrière nabij de opening zodanig dicht onder het oppervlak van de laag verlopen op de plaats waar de derde electrode is aangebracht dat door de Schott-20 ky-zone, opgewekt onder de derde electrode in de bovenste laag door aansluiting van de derde electrode op een stuurspanningsbron, een la-dingdragerstroom tussen de eerste en de tweede electrode door de bar-riêre-opening meer of minder kan worden geblokkeerd.

3. Halfgeleiderstructuur volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 25 de derde electrode is aangebracht op de buitenzijde van de bovenste laag elektrisch gescheiden van het halfgeleidermateriaal van deze laag en gepositioneerd op afstand van de tweede electrode, waarbij de barrière is uitgevoerd als een isolerende laag aangebracht in de bovenste tegengesteld gedoteerde laag en is voorzien van een opening, waarbij ✓ 30 althans de randen van de barrière nabij de opening zodanig dicht onder het oppervlak van de laag verlopen op de plaats waar de derde electrode is aangebracht dat door het veld, opgewekt door de derde electrode bij aansluiting op een stuurspanningsbron de barrièreopening ten aanzien van een ladingdragerstroom door deze opening tussen de eerste en de 35 tweede electrode meer of minder kan worden geblokkeerd.

4. Halfgeleiderstructuur volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de tweede electrode is opgebouwd uit een langgerekt elec-trodesegment met van daaraf onderling evenwijdig en bij voorkeur ongeveer loodrecht op het langgerekte electrodesegment verlopende langge- 8004912 * < 12 rekte electrodevingers, dat de derde electrode is opgebouwd uit een reeks tussen de langgerekte electrodevingers van de tweede electrode verlopende electrodestrippen en dat de isolerende barrière bestaat uit een aantal barrièresegmenten gepositioneerd onder de electrodevin-5 gers van de tweede electrode, waarbij de tussenliggende openingen tussen de barrièresegmenten gepositioneerd zijn onder de electrodestrippen van de derde electrode.

5. Halfgeleiderstructuur volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat elk van de electrodestrippen van de derde electrode op een afzonderlij- 10 ke stuurspanningsbron kan worden aangesloten.

6. Halfgeleiderstructuur volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de derde electrode is aangebracht in de bovenste laag en tevens dienst doet als barrière, waarbij de barrière is voorzien van een opening waarvan de breedte zodanig is dat bij een spanning onder de doorslag- 15 spanning de Schottky-barriêre zich zover rond de derde electrode uitstrekt dat de opening in de electrode geheel wordt afgesloten.

7. Halfgeleiderstructuur volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de derde electrode is uitgevoerd als een reeks electrodestrippen waarbij de afmetingen van de tussenliggende openingen voldoen aan de in het 20 bovenstaande gestelde eisen.

8. Halfgeleiderstructuur volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat elk van de electrodestrippen van de derde electrode onafhankelijk door een afzonderlijke stuurspanningsbron gestuurd kan worden.

9. Halfgeleiderstructuur volgens éên der voorgaande conclusies, met 25 het kenmerk, dat in de halfgeleiderstructuur grenzend aan de derde electrode een geheel of gedeeltelijk fotogevoelig gebied is aangebracht.

10. Halfgeleiderstructuur volgens conclusie 9, voorzien van een Schottky-zone, met het kenmerk, dat de Schottky-zone in de opening of 30 openingen van de derde electrode respectievelijk onder de derde electrode lichtgevoelig is uitgevoerd.

11. Halfgeleiderstructuur volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat tot de structuur van de bovenste laag een deel behoort dat zich bevindt boven de tweede en de derde electrode, waarbij de structuur tus- 35 sen de tweede en de derde electrode, althans in de nabijheid van de derde electrode, een absorptie-coëfficiënt voor invallend licht bezit kleiner dan van het omringende halfgeleidermateriaal.

12. Halfgeleiderstructuur volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de structuur tussen de tweede en de derde electrode, althans aan- 40 grenzend aan de derde electrode, openingen bevat die dienst doen als 8004912 +- -iT lichtpijp.

13. Optische kabel voorzien van een halfgeleiderstructuur volgens een der voorgaande conclusies.

14. Inrichting voor het detecteren van optisch leesbaar geregi- 5 streerde informatie voorzien van een halfgeleiderstructuur volgens een der voorgaande conclusies.

15. Inrichting voor opslag van optische informatie op een daartoe geschikt registratiemedium voorzien van een halfgeleiderstructuur volgens een der voorgaande conclusies. sassss 80 0 4 9 1 2