DE1156506B - Steuerbare elektrolumineszente Halbleiterlichtquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine steuerbare elektrolumineszente Halbleiterlichtquelle aus Siliziumkarbid mit einer Zone von η-Leitung und einer Zone von p-Leitung, die durch eine Zone mit Eigenleitung getrennt sind.

Es sind Nachrichtensysteme bekannt, bei denen Informationen mittels eines modulierten Lichtstrahles übertragen werden. Solche Systeme sind jedoch in ihrer Anwendung beschränkt durch die Schwierigkeiten, die bei der Modulation von Licht mit hohen Frequenzen auftreten. Licht wird auch zum Lesen von Informationen verwendet, die auf photographischen Filmen gespeichert sind; doch auch hier sind Lichtquellen erforderlich, welche sehr schnell aus- und eingeschaltet werden können.

Es wurden bereits Informationsspeicher mit einer Reihe von Lichtquellen vorgeschlagen, die aus einer Kerrzelle, aus Zenerdioden oder aus elektromulineszentem Material bestehen. So ist beispielsweise eine elektrolumineszierende Zelle aus sich kreuzenden Leitungszügen bekannt, die an getrennte Spannungsquellen angeschlossen sind. Die Lumineszenzerscheinung tritt jeweils dann auf, wenn an den Elektrodenbelägen der Zellen gleichzeitig Spannungen entgegengesetzter Polarität anliegen.

Es wurde auch schon eine Elektrolumineszenzlampe beschrieben, die im wesentlichen aus einem hochohmigen Kristall mit Oberflächen verschiedenen Leitungstyps besteht, die Ladungsträger injizieren.

Ferner ist schon eine Halbleiteranordnung für höhere Frequenzen aus eigenleitendem Material mit stufenförmig angeordneten Zonen von p- und n-Leitfähigkeit bekannt.

Solche Lichtquellen können mit großer Geschwindigkeit ein- und ausgeschaltet werden, und zwar mit einer Frequenz von mehr als 500 MHz, jedoch haben sie bezüglich der Emission sichtbaren Lichtes für viele Fälle einen zu schlechten Wirkungsgrad.

Gegenstand der Erfindung ist eine Lichtquelle mit einem hohen Wirkungsgrad der Lichtemission, die bei der obengenannten Frequenz moduliert werden kann.

Gemäß der Erfindung besteht die Lichtquelle aus einem Siliziumkarbidkörper, dessen Zonen von p- und η-Leitung mosaikartig aus je einer Vielzahl umrissener Teilbereiche bestehen, die nach Zeilen und Spalten zusammengeschaltet sind.

Unter eigenleitendem Material wird ein Halbleitermaterial verstanden, das einen Widerstand über 10 000 Ohm · cm hat.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll anschließend an Hand der Figuren beschrieben werden.

Steuerbare elektrolumineszente Halbleiterlichtquelle

Anmelder:

International Standard Electric Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt, Stuttgart W, Rotebühlstr. 70

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 20. November 1959 (Nr. 39 440)

Robert Anthony Hyman

und Melvin Murray Ramsay, London,

sind als Erfinder genannt worden

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Lichtquelle nach der Erfindung; in

Fig. 2 ist eine andere Lichtquelle gemäß der Erfindung dargestellt, und

Fig. 3 zeigt einen Schnitt längs der Linie III-III durch die Anordnung von Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Lichtquelle besteht aus einem Siliziumkarbidkörper mit einer Zonel vom η-Typ, einer Zone 2 vom p-Typ und einer dazwischenliegenden Zone 3 aus eigenleitendem Material. Die Zonen vom η-Typ und vom p-Typ werden in der Weise hergestellt, daß geeignete Störstoffe in den Halbleiterkörper mit Eigenleitung eindiffundiert werden.

Um eine solche Anordnung in Betrieb zu setzen, wird an die η-leitende Zone 1 und an die p-leitende Zone 2 eine Spannung von solcher Größe und Polarität angelegt, daß ein Durchbruch an den Übergängen zwischen diesen Zonen und der Zone 3 eintritt. Dabei wird in der Masse oder an der Oberfläche der Zone 3 Licht erzeugt, von dem ein geringer Teil, der im Inneren erzeugt wird, durch das Material absorbiert wird, aber der Teil, der an der Oberfläche oder nahe der Oberfläche erzeugt wird, ausgestrahlt wird.

Siliziumkarbid hat bei 300 ⁰K einen Bandabstand von 2,86 eV zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband. Die Wellenlänge des emittierten

309 730/140

Lichtes liegt daher hauptsächlich im sichtbaren Teil des Spektrums. Außerdem erfolgt der Einsatz der Lichtemission beim Anlegen von Spannungen an die n-Zone 1 und die p-Zone 2 sehr schnell, und der Abfall, wenn die Spannungen aufhören, ist entsprechend scharf. Eine solche Vorrichtung kann daher als Lichtquelle verwendet werden, die mit einer Frequenz von über 100 MHz moduliert werden kann, wenn entsprechende Wechselspannungen an die η-Zone I

und die p-Zone2 angelegt werden.

Die in Fig. 2 und 3 dargestellte Lichtquelle besteht aus einer Platte 4 aus eigenleitendem Siliziumkarbid mit einer Anzahl von Zonen vom n-Typ 5 an der Oberfläche und einer Anzahl von Zonen vom Nähe des Kreuzungspunktes ausgesandt. Durch eine geeignete Schaltungsanordnung können nacheinander Spannungsimpulse an jede der Schichten 7 und 8 angelegt werden, so daß Licht von den verschiedenen Kreuzungspunkten in schneller Folge hintereinander emittiert wird und zum Lesen von auf einem Film gespeicherten Informationen verwendet werden kann.

Für die Schicht 8 wird Aluminium verwendet, da ίο dieses das im Siliziumkarbid erzeugte Licht vollkommen reflektiert und verhindert, daß Licht von der Unterseite der Lichtquelle, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, ausgesandt wird. Als Material für die Schicht 7 wird Gold verwendet, und zwar in einer p-Typ 6 auf der gegenüberliegenden Oberfläche. Die 15 Schichtdicke von 140 A, weil dieses Material unge-Zonen vom n-Typ 5 und vom p-Typ 6 sind in Zeilen fähr 50% durchlässig ist für sichtbares Licht und und Kolonnen so angeordnet, daß jeder Zone vom einen Widerstand von 5 Ohm pro Quadratfläche hat. n-Typ eine entsprechende Zone vom p-Typ zugeord- Es können auch andere Vorrichtungen als die be-

net ist. Die Zusammenschaltung erfolgt in der Weise, schriebene aufgebaut werden unter Verwendung von daß die Teilbereiche eines Leitungstyps durch licht- 20 Störstoffen vom n-Typ und vom p-Typ, mit denen durchlässige Streifen und die Teilbereiche des ande- einzelne Zonen mit η-Leitung und mit p-Leitung erren Leitungstyps auf der rückwärtigen Seite durch zeugt werden.

reflektierende Streifen verbunden sind. Bei der Aus- Es können auch andere Metalle zur Herstellung der

führungsform nach den Fig. 2 und 3 sind alle Zonen Schichten 7 und 8 aufgedampft werden und beide vom n-Typ 5 in der linken Kolonne untereinander 25 Schichten können so dick gemacht und aus einem durch eine dünne Goldschicht 7 verbunden. Auch die solchen Material hergestellt werden, daß sie für das übrigen Zonen 5 vom n-Typ sind mit den Zonen in im Siliziumkarbid erzeugte Licht durchlässig sind der gleichen Kolonne in gleicher Weise verbunden, (beispielsweise Gold, Silber oder Kupfer) oder daß obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist. eine Schicht davon aus einem gut reflektierenden Mein gleicher Weise sind die Zonen 6 vom p-Typ in 30 tall (beispielsweise Aluminium) besteht,
jeder Zeile untereinander verbunden, wie diese für Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und

die oberste Zeile in Fig. 2 durch die Schicht 8 angedeutet ist. Die Schicht 8 besteht aus Aluminium.

Die Lichtquelle, die in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, wird hergestellt durch Eindiffundieren von Störstoffen vom n-Typ und vom p-Typ in Siliziumkarbid, wie dies an Hand von Fig. 1 erläutert wurde. Als Störstoff vom n-Typ wird Phosphor verwendet und als Störstoff vom p-Typ Bor, Die Schichten 7 und 8 werden durch Aufdampfen erhalten. Jede der Zonen 5 vom n-Typ und 6 vom p-Typ hat eine Größe von 0,25 · 0,25 mm² und die einzelnen Zonen haben voneinander einen Abstand von 0,25 mm.

Die in Fig. 2 und 3 dargestellte Lichtquelle besteht also aus einer Anzahl von Lichtquellen nach Fig. 1 auf einer gemeinsamen Platte aus Siliziumkarbid. Eine solche Lichtquelle ist besonders geeignet zum Lesen von Informationen, die auf einem photographischen Film gespeichert sind, da Licht von irgendeinem Punkt ausgesendet wird, der sich an einer bestimmten Stelle eines Koordinatensystems befindet und dessen Lage durch den Kreuzungspunkt der Schichten 7 und 8 gekennzeichnet ist. Dies geschieht in einfacher Weise dadurch, daß eine geeignete Spannung von genügender Größe und Polaritat an die entsprechenden Schichten 7 und 8 angelegt wird, so daß ein Durchbruch zwischen den Übergängen der Zonen vom n-Typ und vom p-Typ einerseits und der eigenleitenden Zone andererseits am Kreuzungspunkt stattfindet. Infolge des hohen Wider-Standes von Siliziumkarbid tritt keine Wechselwirkung zwischen anderen n- und p-Zonen ein, und es wird nur Licht von dem Teil der Platte 4 in der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Steuerbare elektrolumineszente Halbleiterlichtquelle, bestehend aus Siliziumkarbid mit einer Zone von η-Leitung und einer Zone von p-Leitung, die durch eine Zone mit Eigenleitung getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen von p- und η-Leitung mosaikartig aus je einer Vielzahl umrissener Teilbereiche bestehen, die nach Zeilen und Spalten zusammengeschaltet sind.

2. Halbleiterlichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammenschaltung in der Weise erfolgt, daß die Teilbereiche eines Leitungstyps durch lichtdurchlässige Streifen und die Teilbereiche des anderen Leitungstyps auf der rückwärtigen Seite durch reflektierende Streifen verbunden sind.

3. Halbleiterlichtquelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbereiche eines Leitungstyps durch eine aufgedampfte lichtdurchlässige Schicht aus Gold, Silber oder Kupfer und die Teilbereiche des anderen Leitungstyps durch eine aufgedampfte reflektierende Schicht aus Aluminium miteinander verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 033 251, 869, 1052563;
USA.-Patentschrift Nr. 2 820 154.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 309 730/140 10.63