DE2311417B2

DE2311417B2 - Elektrolumineszierende diodenanordnung

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Publication number: DE2311417B2
Application number: DE19732311417
Authority: DE
Priority date: 1972-03-14
Filing date: 1973-03-08
Publication date: 1977-07-14
Also published as: JPS494489A; FR2175571B1; DE2311417A1; CH555126A; ES412552A1; SE380677B; IT980542B; AU5312273A; JPS529993B2; CA993092A; FR2175571A1; GB1426956A; BE796643A; AT325121B; NL7303253A; US3852798A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrolumineszierend' (io Diodenanordnung nach dem Oberbegriff des Haupt anspruchs.

Solche elektrolumineszierenden Diodenanordnun gen weisen den Vorteil auf, daß sie nach dem Lam bertschen Gesetz ausstrahlen und auf diese Weise i: Ii₅ dem ganzen Raum sichtbar sind, der oberhalb de Ebene, in der die Emissionsfläche liegt, definiert ist Der Vorteil eines damit einhergehenden große Sichtbarkeitswinkels würde verlorengehen, wenn zu

Verbesserung des Kontrast* und der Leserlichkeit bei starker Umgebungsbeleuchtung die Anordnung in einem Hohlraum begrenzt werden müßte. Die Leserlichkeit dieser Abbildungen, die ungeschützt verwendet werden, ist von der Umgebun&sbeleuchtung abhängig, und wenn sich diese Beleuchtung ändert, ist es günstig, die Spannung oder den Speisestrom der elektrolumineszierenden Diodenanordnung derart zu ändern, daß ein nahezu konstanter Kontrast beibehalten wird. Im Falle einer sich vielfach und schnell ändernden Umgebungsbeleuchtung, wie in einem Fahrzeug und in einem Flugzeug, wird die Notwendigkeit einer Regelung von Hand dadurch vermieden, daß die Stromregelung mit Hilfe eines photoelektrischen Elements durchgeführt wird, das möglichst nahe bei der Diodenanordnung angeordnet ist und das mit einem elektrischen Regelsystem verbunden ist.

Die so erhaltene Kontrastregelung macht die Anordnung sehr kompliziert und umfangreich. Sogar wenn nur ein einziges lichtempfindliches Element für eine Mehrzahl von elektrolumineszierenden Dioden verwendet wird, sind komplizierte Hilfsschaltungen erforderlich.

Es sind daher elektrolumineszierende Anordnungen vorgeschlagen worden, deren Helligkeit zwei stark verschiedene Werte annehmen kann, wobei die Anordnung unter der Einwirkung einer gewünschten Beleuchtungsstärke zwischen diesen beiden Werten hin und her schwankt (siehe z. B. die DT-AS 1439543). Diese Anordnungen wirken aber nicht proportional; weiter ist es z. B. nicht möglich, eine Abbildung mit einem konstanten Kontrast zu erhalten, wenn sich die Umgebungsbeleuchtung ändert.

Weiter sind Anordnungen bekannt (siehe DT-OS 1489426), bei denen die Helligkeit einer Injektions-Rekombinations-Strahlungsquelle durch eine weitere, mit der genannten Strahlungsquelle optisch gekoppelte Strahlungsquelle gesteuert wird.

Es ist auch ein Halbleiter-Bildwandler bekannt (siehe DT-OS 1439 687) mit Photodioden oder Transistoren zur Aufnahme des umzuwandelnden Lichtes mit einer oder mehreren Lumineszenzdioden zur Abgabe des durch Umwandlung erhaltenen Lichtes, bei dem aber ebenfalls eine optische Kopplung zwischen Leucht- und Photodioden möglich ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Helligkeit des oder der elektrolumineszierenden Übergänge durch das Umgebungslicht kontinuierlich und möglichst proportional gesteuert wird und die trotzdem einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird ein kompensiertes Halbleitermaterial als »halbisolierend« bezeichnet, wenn darin eine Kompensation durch bestimmte Fehler des Kristallgitters herbeigeführt oder durch eine geeignete Dotierung mit Verunreinigungen mit einem mehr oder weniger Hefen Energiepegel erhalten wird; diese Kompensation ruft einen spezifischen Widerstand des Materials in der Größenordnung von 10²-10⁸ Ω cm hervor. Derartige Materialien können den ersten oder den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, je nachdem die Majoritätsladungsträger Elektronen oder Löcher sind.

Die Erfindung benutzt die Photoempfindlichkeit, die ein Gebiet eines Halbleiterkristalls aufweist, wenn dieses Gebiet einer Behandlung unterworfen wird, die dazu dient, ihm die Merkmale eines halbisolierenden Materials zu verleihen. Die Leitfähigkeit eines derat-

S tigen Gebildes wird durch Absorption von Photonen, deren Energie größer als die verbotene Bandbreite des Materials ist, durch Bildung von Elektron-Loch-Paaren und durch das Ansammeln ausgelöster Ladungsträger erhöht.

ίο Andererseits benutzt die Erfindung die Eigenschaft eines Halbleitermaterials, daß es für Strahlung mit einer Wellenlänge, die einer die verbotene Bandbreite des Materials überschreitenden Energie entspricht, absorbierend ist und für Strahlung mit einer Wellenlänge, die einer diese verbotene Bandbreite unterschreitenden Energie entspricht, verhältnismäßig durchlässig ist.

In der Anordnung nach der Erfindung ist die photoleitende Halbleiterschicht optisch gegen den elek-

ao trolumineszierenden Übergang isoliert. Wenn Ladungsträger von Kontaktelektroden in die Anordnung injiziert werden, wird der Übergang zwischen dem er sten Gebiet und dem zweiten Gebiet elektrolumineszierend, wobei das Spektrum des emittierten Lichts

as insbesondere durch die Art und die Dotierung der Materialien dieser beiden Gebiete bestimmt wird. Einerseits tritt das in Richtung auf die Oberfläche der Anordnung emittierte Licht über die erste Elektrode aus, die z. B. durchlässig oder porös ist; andererseits wird das in Richtung auf die halbisolierende Schicht emittierte Licht in der Filterschicht absorbiert, die infolge ihrer verbotenen Bandbreite stark absorbierend wird, und dieses Licht kann die genannte halbisolierende Schicht nicht erreichen. Dagegen kann Strahlung, die von Beleuchtung außerhalb der Anordnung herrührt und deren Wellenlänge einer die verbotene Bandbreite des Materials der Filterschicht unterschreitenden Energie entspricht, aber größer als die verbotene Bandbreite des Materials der halbisolierenden Schicht ist, in die Anordnung eindringen, ohne wesentliche Absorption die Filterschicht, die die elektrolumineszierende Strahlung zurückhält, durchlaufen, und die halbisolierende Schicht erreichen, wo sie absorbiert wird und einen Photoleitungseffekt herbeiführt. Eine Herabsetzung des spezifischen Widerstandes der photoleitenden Schicht wird auf diese Weise erhalten durch alles Licht, dessen Wellenlänge einer die verbotene Bandbreite des diese Schicht bildenden Materials überschreitenden Energie entspricht, das diese Schicht erreichen kann, wodurch die Stromstärke in der Anordnung zunehmen und die elektrolumineszierende Diode stärker ausstrahlen kann.

Die Photoleitfähigkeit einer halbisolierenden Schicht ist von der Anzahl empfangener und absorbierter Photonen und von der Zunahme der Photoleitung G abhängig, welche durch das Verhältnis r/r dei Lebensdauer r der ausgelosten Träger und der Sammelzeit t bestimmt wird. Andererseits kann die Kurve der von einer elektrolumineszierenden Diode ah Funktion des diese Diode durchfließenden Strome; ausgesandten Leistung meistens über ihren größter Teil einer geraden Linie gleichgesetzt werden. Da durch wird eine Änderung der Helligkeit der Anord nung erhalten, die dem von der in dieser Anordnunj enthaltenen photoleitenden Schicht empfangend Lichtstrom nahezu proportional ist. Die Anordnunj erfordert keine Relais und keine Hilfsschaltungen uru beansprucht nur sehr wenig Raum. Es ist möglich

wahlweise die Helligkeit der Anordnung zu ändern, ohne daß die Speisequelle geändert wird, zu welchem Zweck eine angepaßte Strahlungsquelle verwendet wird. Die Anordnung ist selektiv; die Wahl der Materialien der Filterschicht und der photoleitenden Schicht ermöglicht eine Selektion in dem Wcllenlängenbcreich der Strahlung, die zur Steuerung der Photoleitung verwendet wird. Die Dicke der photoleitenden Schicht wird als Funktion des höchtzulässigen Reihenwiderstandes beim Fehlen eingehender Strahlung bestimmt, wobei die Oberfläche der Schicht und der spezifische Widerstand des kompensierten Materials berücksichtigt werden; dieser spezifische Widerstand ist selber abhängig von dem Kompensationsfaktor des Materials, ebenso wie der Absorptionskoeffizient dieser Schicht, der, unter Berücksichtigung der Dicke dieser Schicht, die Anzahl der absorbierten Photonen bestimmt, die Elektron-Loch-Paare bilden können, die die Leitfähigkeit der Schicht als Funktion der empfangenen Strahlung erhöhen.

Bei der Ausgestaltung nach den Ansprüchen 2 und 3 ist Gallium-Aluminiumarsenid Ga,.,Al₁As. wobei (X χ < 0,40 ist, ein Beispiel dieser zusammengesetzten Materialien, mit dem es möglich ist, epitaktischc Ablagerungen vorzunehmen, deren verbotene Bandbreite zwischen der von Galliumarsenid und der von Aluminiumarsenid eingestellt werden kann, was der Einstellung der Aluminium- und der Galliumkonzentration zu verdanken ist.

Im letzteren Falle sind das erste p-leitende Gebiet und das zweite n-lcitende Gebiet aus Ga₁ ,AI,As hergestellt, wobei 0,3 < χ < 0,4 ist, und besteht z. B. die absorbierende Schicht aus Ga₁ ,AI.As, wobei 0

< .r < 0,3 ist, und die photolcitendc Schicht aus kompensiertem GaAs.

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist es möglich, eine Anordnung nach der Erfindung aus Materialien mit stärker voneinander abweichenden Kristallgittern herzustellen, so zum Beispiel mit einem ersten Gebiet und einem zweiten Gebiet, die aus GaI-liumarsenidphosphid GaAs₁ ,P₁ bestehen, wobei 0

< ν < 0,4 ist, während die Filtcrschicht aus Galliumarsenidphosphid besteht, wobei die Phosphidkonzentration in der Dickenrichtung der Schicht von dem Obergang ab von χ auf 0 abnimmt, und die halbisolierendc Schicht aus kompensiertem Galliumarsenid hergestellt ist.

Ein linderes geeignetes Mittel ist Galliumindiumphosphid Qa₁In, ,P. Das erste und das zweite Gebiet bestehen aus dieser Verbindung, wobei χ ■ 0,25 ist. Die Filtcrschicht und die photoleitende kompensierte Schicht liegen in der Pufferschicht, in der sich die Galliumkonzentration von einer Konzentration entsprechend χ - 0,25 zu einer Konzentration entsprechend x - 0 ändert.

Bei der Weiterbildung nach Anspruch 5 ist die Absorption des Materials für das emittierte Licht beträchtlich. Bs ist z. B. bekannt, daß es möglich ist, eine Absorption in einem für Strahlung undurchlässigen n-lcitcnden Gebiet zu erhalten, das an einen elcktrolumincszlercndcn pn-Übergang grenzt, der dann nur Über das p-leitendc Oebict ausstrahlen kann. In diesem Falle Ist der übergang aus einem Material mit direkter Bandstruktur dadurch hergestellt, daß die beiden Oebictc in genügendem Maße dotiert werden. In einer besonderen Ausfuhrungsform enthalt die Anordnung nach der Erfindung einen pn-übergang in einem stark dotierten Material mit direkter Bandstruktur, wobei das Oberflächengebiet das p-leitende Gebiet ist und das η-leitende Gebiet eine genügende Dicke aufweist, um selber die die ausgesandte Strahlung filternde Schicht zu bilden.

Die Struktur der Anordnung nach der Erfindung kann verschiedene Aspekte aufweisen. In einer ersten Ausführungsform, die einer sogenannten transversalen Struktur entspricht, sind die beiden Elektroden auf zwei einander gegenüberliegenden Flächen befindlich. In diesem Fall ist die lumineszierende Emissionsfläche zugleich die Fläche, über die die Strahlung, die auf die photoleitende Schicht einwirkt, eintritt. In einem ersten Falle muß diese Strahlung das erste Oberflächengebiet, das zweite Gebiet und die Filterschicht durchlaufen, um die photoleitende Schicht zu erreichen; in diesem Falle sind die Schichten parallel und übereinander angeordnet und weisen eine gleiche Oberfläche auf, wobei die Dicken des Oberflächengebietes und des zweiten Gebietes minimal sind. In ei-

ao nem zweiten Falle wird die Oberfläche des Oberflächengebietes beschränkt, und außerhalb dieses Gebietes braucht die auf die photoleitende Schicht einwirkende Strahlung nur das zweite Gebiet und die Filterschicht zu durchlaufen und die photoleitende

as Schicht zu erreichen.

Diese Ausführungsform wird vorzugsweise durch Epitaxie und Diffusion und/oder Ionenimplantation erhalten; die verschiedenen Gebiete und Schichten sind parallel und übereinander angeordnet.

Das Gebilde der obenerwähnten Gebiete und Schichten kann oft nicht sicherstellen, daß die Anordnung eine genügende mechanische Festigkeit aufweist. Es wird dann ein Substrat benötigt und die Anordnung enthält: ein erstes Oberflächengebiet, ein zweites Gebiet vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, eine Filterschicht, eine photoempfindliche Schicht und ein Substrat mit niedrigem spezifischen Widerstand und mit genügender Dicke und vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die halbisoliercndc Schicht.

Die halbisolicrcnde Schicht wird durch Ionenimplantation oder Diffusion in das Substrat oder durch epitaktische Ablagerung auf dem Substrat erhalten. Die anderen Gebiete und Schichten werden durch Epitaxie und, sofern es das Oberflächengebiet anbc-

langt, gegebenenfalls durch Diffusion erhalten. Ein Kontakt wird dann auf dem Substrat mit Hilfe z. B. eines Mctullnicdcrschlags auf der der halbisolicrenden Schicht gegenüberliegenden Fläche befestigt, wobei das Substrat dann die zweite Elektrode der Anord-

so nung bildet.

Die erste Elektrode muß dann die von der Anordnung emittierte Strahlung und auch die Strahlung durchlassen, die die photoleitende Schicht anregen muß. Diese erste Elektrode ist entweder transparent

oder porös und besteht aus einem Metallring oder einem Qitter, da» auf der Oberfläche des ersten Gebiete» niedergeschlagen wird.

Die andere Elektrode läßt keine Strahlung durch und wird entweder auf der halbisolicrenden Schicht oder auf dem Substrat z. B. in Form eines aufgedampften Metallniederschlags angebracht.

Im ersten Fall wird eine dünne Schicht stark dotierten Halbleitermaterials vom gleichen Lckfählgkelts· typ wie die halbisolierende Schicht derart zwischen

ti der letzteren Schicht und dem Motallniederschlag angeordnet, daß ein guter nlchtglclchrichtendcr Kontakt sichergestellt wird.

In dieser Ausführungsform können die Emissions-

oberfläche der Anordnung und gegebenenfalls der Übergang eine konvexe Form aufweisen und z. U. kugelförmig gestaltet sein, wie dies von bestimmten elektrolumincsziercndcn Dioden bekannt ist, um das Verhältnis zwischen der Menge an emittiertem Licht und der Menge am Übergang gebildeten Lichtes durch Herabsetzung der Verluste infolge Totalreflexion an der Oberflache zu verbessern. Das einfallende Umgebungslicht dringt in die Anordnung über die gekrümmte Oberfläche ein, aus der die emittierte Strahlung austritt.

In einer anderen Ausführungsform, die einer sogenannten lateralen Struktur entspricht, sind die beiden Elektroden, die eine Injektion von Ladungsträgern in die Anordnung ermöglichen, auf derselben ebenen Fläche dieser Anordnung gelegen. In diesem Falle empfängt die lumincszierendc Emissionsoberfläche die Strahlung der Umgebungsbeleuchtung, aber die die Umgcbungsstrahlung empfangende Oberfläche kann ein größeres Gebiet umfassen. Die verschiedenen Gebiete und Schichten sind parallel und übereinander angeordnet und können durch örtliche Epitaxie und Diffusionen erhallen werden.

Die bisher an Hand verschiedener Ausfuhrungsformen nach der Erfindung beschriebenen Anordnungen können nicht nur ein erstes einen Übergang bestimmendes Gebiet, sondern auch ein Mosaik von Übergängen enthalten.

Die Isolierung zwischen den ersten Gebieten verschiedener Elemente wird je nach den Umständen mit Hilfe von Nuten oder Schlitzen, die gegebenenfalls mit einem Isoliermaterial,/.. H. SiC),,Si₁N₄oder einem Epoxydharz, gefüllt sind, oder durch Isolierungsdiffusion erhalten, die Übergänge bilden, die in der Sperrrichtung polarisiert sind, wobei die ersten Gebiete örtlich diffundierte Gebiete in einem Material vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind.

Die Verfahren zur Herstellung der verschiedenen Abwandlungen der Anordnung basieren auf üblichen Techniken, insbesondere Ionenimplantationen, Diffusion, Epitaxie und I'hotoätzen. Die ,Schicht, die halbisolierend und photoleitend sein muH, kann durch Kompensation erhalten werden; im l^;ulle eines Substrats aus Galliumarsenid kann /.. H. eine photoleitende Schicht durch Dotierung mit Kupfer, Mangan. Eisen, Nickel oder Kobalt erhalten werden, wodurch es möglich wird, spezifische Widerstände in der Größenordnung von K)' U)* Ω cm erhalten, oder eine solche photoleitende Schicht kann durch Dotierung mit Hilfe von Chrom oder Sauerstoff erhalten werden, wodurch es möglich wird, spezifische Widerstünde in der Größenordnung von H)MO* Ω cm zu erhalten, je nach der Art und Konzentration des Dotierungsmaterial.

Anordnungen nach der Erfindung lassen sich vorteilhaft als Signalleuchtcn, Anzeige leuchten von vielerlei Art, wie alphanumerische oder *V-Mntrixunordnungcn, bei Änderung der Umgebung«beleuchtung, wie in Fahrzeugen und insbesondere in Flugzeugen, anwenden.

Hinige Ausfuhrungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden nitlicr beschrieben. Bs zeigt

Fig. I einen schcmatischcn Schnitt durch eine Anordnung nach der Erfindung in einer ersten Ausfuhrungsform,

Fig. 2 ein Encrgtcpcgcldiagrarnm eines Gebildes von Gebieten und Schichten, die eine Anordnung nach der Erfindung bilden können, Fig. 3 ein Diagramm, das das Energiespektrum von

von einer Anordnung empfangenem Licht daiVieili, Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch eine An-

5 Ordnung gemäß einer Abwandlung der ersten Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Anordnung nach der Erfindung, und

ίο Fig. b einen schematischen Schnitt durch ein Gebilde von Anordnungen nach der Erfindung.

Bei der Herstellung der elektrolumineszierenden Anordnung nach Fig. 1 wird von einem Halblcitcrkristall ausgegangen, der als Substrat 1 dient. Dieses Substrat 1 besteht aus n-Ieitendem Galliumarsenid. Auf diesem Substrat 1 ist eine Galliumarsenidschicht 2, 3 niedergeschlagen, von der ein Teil 2, der eine geringe Dicke aufweist, mit Kupfer kompensiert ist, während ein Teil 3 dieser Schicht, der n-leitend

ao ist, eine geringe Dicke und außeidem einen bestimmten Galliumphosphidgchalt aufweist, welcher Gehalt von dem Substrat 1 zu dem Gebiet 4 z. B. von 0 auf 40% zunimmt, wonach eine Schicht aus Galliumarsenidphosphid mit 40% Phosphid angebracht wird, die η-leitend ist und das Gebiet 4 bildet, in das ein Gebiet 5 vom p-Leitfähigkeitstyp eindiffundiert ist, das dann mit dem Gebiet 4 einen elektrolumineszierenden Ubergango bildet. Auf der Außcnobcrflaehe 7 des Gebietes S ist eine Metallelektrode 8 nicdergeschlagen, die die Form eines Ringes aufweist, während auf dem Substrat 1 eine Metallschicht 9 niedergeschlagen ist. Die Elektroden 8 und 9 sind mit einer Spannungsquelle 10 verbunden, die zum Anlegen einer Vorwärtsspannung für den Übergang 6 dient.

Wenn eine Strahlung 11 zu der Anordnung geschickt wird, durchläuft mindestens ein Teil dieser Strahlung die Schichten 4 und 3 und erreicht die Schicht 2 und macht sie leitend. Wegen der Polarisicrung der Anordnung werden die Elektronen an der Schicht 3 gesammelt und ein Strom durchläuft den elektrolumines/.ierenden Übergänge, wobei dieser Strom von der Zunahme der IMiotolcitung der Schicht 2 abhängig ist. Wenn sich die Stärke der Strahlung U ändert, ändert sich die l'hotoleitung dei Schicht 2 in derselben Richtung und ändern sich somit ebenfalls der Strom durch den Übergang und die 1 IeI-ligkeit dieses Übergangs. Die Stärke der emittierten Strahlung 12 hängt von der Beleuchtung auf dem Pe gel der Anordnung ab.

Das vom Übergang öenuUicilc Licht bccinflulit du. Schicht 2 nicht. Obschon das Gebiet 4 nämlich für die emittierte Strahlung durchlässig ist, wird die letztere zunächst von der Filterschicht 3 absorbiert, die eint verbotene Bandbreite aufweist, die von dem Qcbict i zu der Schicht 2 abnimmt. Die Kurve A der Fig. i zeigt ein Diagramm dieser verbotenen Bandbreite al· Funktion der Tiefe von der Oberfläche 7 der Anord nung her. In derselben Figur werden die Gehalte ui Galliumphosphid χ in der Verbindung GaAs, ,P

βο durch die Kurve Ö dargestellt und ein Schnitt gestatte die Erkennung der verschiedenen Schichten der An Ordnung. In diesem Diagramm sind die gegenseitige! Verhältnisse der Dicken der verschiedenen Schichtet nicht berücksichtigt.

In den Schichten S und 4 ist der Gehalt χ glelcl A₁, die verbotene Bandbreite weist den Wert /ί,-Α' uuf In der Schicht 3 nimmt der Gehalt χ von .», au .v, und in der Schicht 2 von .r, auf Jr₁ ab. Der Kocffi

zient .v,ist im oben beschriebenen Beispiel gleich Null; die verbotene Bandbreite variiert von E₁-£„ zu £',-£„ < E_x-E₀ in der Schicht 3 und von E₂-E_a zu E,- E₁₁ < E₂-E₁, in der Schicht 2.

Das Diagramm nach Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Spektrums von weißem Licht der Umgebungsbeleuchtung, wobei die Kurve C dieses Diagramms die Anzahl empfangener Photonen als Funktion der Energie dieser Photonen angibt. Die Photonen mit einer Energie von mehr als E₄ = £,-E₀ werden von den Schichten 4 und 5 absorbiert, während die Photonen mit einer Energie von mehr als E₅ = E₁-E₀ von der Fil'erschicht 3 absorbiert werden; die verbleibenden Photonen mit einer Energie von mehr als E₆ können von der photoempfindlichen Schicht 2 absorbiert werden. Die Kurve D gibt die Anzahl der in der letzteren Schicht absorbierten Photonen als Funktion der Energie dieser Photonen an.

Die Anordnung nach Fig. 4 ist eine elektrolumineszierende Diode, deren Geometrie gleich der Weierstrass'schen Kugel ist, die es ermöglicht, die Verluste, die durch Reflexion an der Fläche zwischen der Diode und der Umgebung herbeigeführt werden, herabzusetzen. Ein Übergang 6 befindet sich zwischen c!en Gebieten 4 und 5, die entgegengesetzte Lcitfähigkeitstypen aufweisen. Die Schicht 3 ist die Filterschicht, die das photoempfindliche halbisolierende Gebiet 2 vor der Strahlung des Übergangs 6 schützt. Die undurchlässigen Metallelektrode!! 8 und 9 und die Spannungsquelle 10 gestatten einen Stromdurchgang in der Anordnung. Eine dünne Schicht 41, die stark dotiert ist und den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Schichten 4, 3, 2 aufweist, wird zwischen der Elektrode 9 und der Schicht 2 angeordnet, um einen guten, nichtgleichrichtenden ohmschcn Kontakt sicherzustellen.

Die vom Übeigung 6 emittierte Strahlung 12 tritt über die Kugeloberfläche 47 aus der Anordnung heraus. Die von außen herrührende Strahlung 11 dringt über dieselbe Oberfläche ein.

Die Anordnung niich Fig. 5 weist eine sogenannte laterale Struktur aitf, bei der die beiden Elektroden auf derselben Seite der Anordnung angebracht sind. Die Anordnung ist aus einer Platte 61 aus einem Halbleitermaterial mit geringem spezifischem Widerstand hergestellt. In dieser Platte werden durch Niederschlagen oder Diffusion angebracht: das Gebiet 2, das den gleichen Lcitfiihigkeitstyp wie die Platte aufweist, aber dcrurt kompensiert ist, dull ein hoher spc zifischer Widerstand erhalten wird; das Gebiet 3, das den gleichen Leitfähigkeitstyp, aber eine größere verbotene Bandbreite als das Material des Qebietes 2 aufweist; das Gebiet 4, das den gleichen Lcitfiihigkeitstyp, aber eine größere verbotene Bandbreite als das Oebiet 3 aufweist, und das Gebiet 5 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, das einen clcktrolu mincsziercndcn Übergang 6 bildet. Elektroden 8 und 9 und eine Spunnungsqucllc 10 ermöglichen es, die obengenannten Gebiete in Reihe zu speisen.

Verschiedene Vorrichtungen nach der Erfindung können garnäß verschiedenen Anordnungen gruppiert werden. Der Schnitt nach Fig. ft zeigt elektrolumineszierende Dioden mit einer gemeinsamen Elektrode, die aus einer Halbleiterplatte hergestellt sind. Die elektrolumineszicrenden Übergänge 70 zwischen den Gebieten 5 und den Gebieten 4 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp liegen in der gleichen Ebene. Die

ίο Filterschichten 3 schützen die photoempfindlichen Schichten 2 vor Strahlung der elektrolumineszierenden Dioden. Ein Substrat IiI vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Gebiete 2, 3 und 4, aber mit einem geringeren spezifischen Widerstand, dient als Träger.

Die gemeinsame Elektrode 9 und die einzelnen porösen Elektroden 8 werden mit nicht dargestellten Spannungsquellen verbunden. Die erregten Dioden senden über ihre Fläche 88 eine lokalisierte Strahlung aus. Die verschiedenen Dioden werden durch Nuten

ao 87, die mit einem Isoliermaterial gefüllt sind, das wenigstens die halbisoliercnde Schicht 2 und vorzugsweise das Substrat 1 erreicht, gegeneinander isoliert

Eine Anordnung nach Fig. 1 kann mit Erfolg durch

as bekannte Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen hergestellt werden. Es wird z. B. von einem Substrat aus einkristallinem Galliumarsenid aus gegangen, das mit Tellur in einer Konzentration von 5 · IU¹⁷ Atomen/cm' dotiert ist, welches Substrat die Form einer Scheibe mit einer Dicke von 150 /im aufweist. Auf diesem Substrat wird durch Epitaxie aus der Dampfphase eine Schicht aus Galliumarsenid niedergeschlagen, das mit Kupfer kompensiert ist und einen spezifischen Widerstand von 10'-H)⁴ Ω cm aufweist. Nach dem Niederschlagen einer Schicht mit einer Dicke von 10 μη\ wird der Vorgang fortgesetzt, indem in den Reaktor eine Verbindung aufgenommen wird, die Phosphor zusetzen kann, und der Zusatz dieser Verbindung wird allmählich erhöht, wobei die Dotierung während der letzten neuen Phase mit Selen oder Tellur erfolgt.

Die Dicke der so hergestellten Pufferschicht beiragt .10 μνη und die Zusammensetzung eines Niederschlags am Ende dieser Behandlung ist G a As_{0 M} P_{0 w}. Der

45'Niedersehlagvorgang wird dann ohne Änderung des Phosphorgehalts fortgesetzt, bis eine Dicke von 10 μη\ erhalten ist.

Eine örtliche Zinkdifiusion mit einer mittleren Konzentration von ΙΟ'¹ Atomen/cm' erfolgt bis zu ei-

so ner Tiefe von 5 μη\, um den elektrolumineszierenden übergang zu erhalten. Die Elektroden werden durch Vakuumverdampfen von Aluminium auf der Seite der elektrolumineszierenden Diode und von Zinn auf der Seite des Substrats niedergeschlagen.

S₉ Es wurde mehrere Male festgestellt, duß die Intensität der emittierten Strahlung der beschriebenen Anordnungen nach der Erfindung etwa proportional mil der Intensität des Umgebungslichtes zunimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrolumineszierende Diodenanordnung, die einen monolithisch einkristallinen Halbleiterkörper und mindestens in elektrischer Reihenanordnung enthält:

- eine erste Kontaktelektrode,

- ein Oberflächengebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp, wobei die erste Elektrode auf mindestens einem Teil der Oberfläche dieses ersten Oberflächengebietes angebracht ist,

- ein zweites Gebiet, das an das erste Oberflächengebiet grenzt, den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist und einen elektrolumineszierenden Übergang bildet,

- eine photoleitende Schicht aus einem halbisolierenden Material mit einer verbotenen Bandbreite, die kleiner als die Energie der Photonen ist, die vom elektrolumineszierenden Übergang emittiert werden können,

- eine zweite Kontaktelektrode,
dadurch gekennzeichnet, daß die photolei-•ende Schicht (2) und der lumineszierende Übergang (6) durch eine Filterschicht (3) aus einem Material voneinander getrennt werden, das eine verbotene Bandbreite aufweist, die zwischen der des Materials der photoleitenden Schicht (2) und der Energie der Photonen liegt, die von dem lumineszierenden Übergang emittiert werden, wobei die beiden Schichten vom zweiten Leitfähigkeitstyp sind, so daß die Photonen des lumineszierenden Übergangs (6) in der Filterschicht stark absorbiert werden.

2. Elektrolumineszierende Diodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das das Oberflächengebiet (5) und das Gebiet (4) bildende Material und das die Filterschicht (3) bildende Material verschiedene Konzentrationen an gemeinsamen Bestandteilen aufweisen und im demselben Kristallsystem mit verschiedenen, nahe beieinander liegenden Kristallparametern kristallisieren.

3. Elektrolumineszierende Diodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Filterschicht (3) bildende Material und das die photoleitende Schicht (2) bildende Material verschiedene Konzentrationen an gemeinsamen Bestandteilen aufweisen und in demselben Kristallsystem mit nahe beieinander liegenden Kristallparametern kristallisieren.

4. Elektrolumineszierende Diodenanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Filterschicht (3) und/oder der photoleitenden Schicht (2) in einer Pufferschicht liegt, in der die Konzentration an den genannten Bestandteilen sich allmählich zwischen den Werten dieser Konzentration zu beiden Seiten der Pufferschicht ändert.

5. Elektrolumineszierende Diodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht (3) aus dem zweiten Gebiet des Halbleiterkörpers besteht und aus einem Material mit direkter Bandstruktur hergestellt ist.

6. Elektrolumineszierende Diodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Filterschicht

mindestens gleich dem Dreifachen des Absorptionsabstandes l/a ist, wobei α der Absorptionskoeffizient des Materials dieser Schicht für die vom Übergang emittierte Strahlung ist.

7. Elektrolumineszierende Diodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der photoleitenden Schicht (2), die von der von außen herrührenden Strahlung erreicht wird, mindestens eine Größenordnung größer als die Übergangsfläche des elektrolumineszierenden Übergangs ist.

8. Elektrolumineszierende Diodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächengebiet (5) eine konvexe Außenobeirfläche besitzt, über die die vom lumineszierenden Übergang (6) emittierten Photonen heraustreten und die von außen herrührende Strahlung eindringt.

9. Elektrolumineszierende Diodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie verschiedene je für sich zu erregende elektrolumineszierende Dioden enthält, die in einem gemeinsamen einkristallinen Träger integriert sind.

10. Eilektrolumineszierende Diodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus Materialien hergestellt ist, die aus mindestens einem der Elemente Gallium, Indium oder Aluminium und aus Arsen und/oder Phosphor bestehen.

11. Elektrolumineszierende Diodenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächengebiet p-leitend und das zweite Gebiet η-leitend sind und aus Galliumarsenidphosphid GaAs_1-1P₁ hergestellt sind, wobei 0 < ; < 0,4 ist, während die Filterschicht (3) n-leitend ist und aus GaAs₁^P₁ besteht, wobei χ von seinem Wert in den genannten Schichten auf 0 abnimmt, und die photoleitende Schicht (2) au: kompensiertem Galliumarsenid GaAs besteht, da; einen spezifischen Widerstand zwischen 10² unc 10" Ω · cm aufweist.

12. Elektrolumineszierende Diodenanordnunj nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dal das erste Gebiet p-leitend und das zweite Gebie η-leitend ist und die Gebiete aus Galliumalumini umarsenid Ga₁^_xAl₁As hergestellt sind, wöbe 0,3 < χ < 0,4 ist, während die absorbierende n· leitende Schicht aus Galliumaluminiumarsenic Ga_1-1Al_xAs hergestellt ist, wobei 0 < χ < 0,1 ist, und die photoleitende Schicht aus kompensier tem Galliumarsenid mit einem spezifischen Wi derstand zwischen 1.0² und ΙΟ⁸ Ω · cm besteht