DE1217499B

DE1217499B - Elektrolumineszenter Halbleiter vom A B-Typ als Injektionsstrahlungsquelle und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1217499B
Application number: DEN24488A
Authority: DE
Inventors: Dr Werner Kischio
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1964-02-21
Filing date: 1964-02-21
Publication date: 1966-05-26
Also published as: SE328648B; AT254266B; GB1093402A; FR1425106A; NL6501604A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H05b

Deutsche Kl.: 2If-89/03

Nummer: 1217 499

Aktenzeichen: N 24488 VIII c/21 f

Anmeldetag: 21. Februar 1964

Auslegetag: 26. Mai 1966

Die Erfindung betrifft einen elektrolumineszenten Halbleiter vom A^mB^v-Typ als Injektionsstrahlungsquelle (bei dem die. Strahlung durch Injektion von Ladungsträgern in das Halbleitermaterial erzeugt wird), nachstehend »Injektionsstrahlung« genannt, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Bei einem solchen Halbleiter findet durch Injektion von Überschußladungsträgern eine Rekombination von Elektronen und Löchern statt, wodurch Strahlung entsteht. Die Rekombination braucht dabei nicht eine unmittelbare Rekombination von einem Elektron im Leitungsband und einem Loch im Valenzband zu sein, sondern kann auch stufenweise erfolgen, z. B. indem ein Elektron im Leitungsband oder ein Loch im Valenzband in eine Zwischenstufe eingefangen wird und alsdann mit einem Loch bzw. mit einem Elektron rekombiniert, wobei in wenigstens einer dieser Stufen Strahlung entsteht. Statt in zwei Stufen kann die Rekombination auch in drei oder mehr Stufen erfolgen.

Eine solche Strahlungsquelle kann für viele Zwecke angewendet werden, z. B. als Lampe, in elektrischen, optischen oder elektro-optischen Anordnungen mit wenigstens einem elektrolumineszierenden Teil, wie Signalübertragungsvorrichtungen mit elektrolumineszierenden Zellen und Photozellen, und in Bildverstärkern aus photoelektrischen und elektrolumineszierenden Schichten.

Meistens ist die Strahlungsausbeute, die mit dem verwendeten Halbleiter erreicht werden kann, d. h. der Teil der im Halbleiter beim Stromdurchgang aufgenommenen Energie, der in Strahlung verwandelt wird, sehr gering; daher ist die Verwendung eines solchen Halbleiters nur auf solche Anordnungen der vorerwähnten Art beschränkt, bei denen eine hohe Strahlungsausbeute nicht unbedingt erforderlich ist, obzwar auch in derartigen Anordnungen eine hohe Strahlungsausbeute der Strahlungsquelle erstrebenswert ist. Es gibt aber auch Anordnungen mit Injektionsstrahlungsquellen, in denen gerade eine hohe Strahlungsaubeute erforderlich ist, z. B. in den optischen Sendern mit einem Halbleiter als stimulierbarem Medium, in denen stimulierte, kohärente Strahlung ausgelöst wird. Die Strahlung kann z. B. durch Stromdurchgang durch einen pn- oder pin-Übergang im Halbleitermaterial erzeugt werden, aber auch dabei ist die Strahlungsausbeute meistens gering. Eine sichere, theoretische Grundlage, an Hand deren der Fachmann im Stande wäre, ein Material mit hoher Strahlungsausbeute mit Sicherheit vorauszusagen, fehlt bisher.

Zufälligerweise hat man schon bei gewissen HaIb-Elektrolumineszenter Halbleiter vom
AⁿⁱB^v-Typ als Injektionsstrahlungsquelle
und Verfahren zu seiner Herstellung

Anmelder:

N.V. Philips' Gloeilampenf abrieken, Eindhoven

(Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. E. Walther, Patentanwalt,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Dr. Werner Kischio, Aachen

leiterkristallen aus Galliumarsenid mit pn-Übergängen eine Ausbeute der Injektionsstrahlung gefunden, die so hoch war, daß auch stimulierte, kohärente Strahlung in gewissen Galliumarsenidkristallen mit pn-Übergängen durch Injektion von Ladungsträgern er-.

zeugt werden konnte. Die Injektionsstrahlung von Galliumarsenid liegt aber nur im ultraroten Spektralbereich, und der Bandabstand von etwa 1,7 eV stellt eine im Rot liegende Grenzwellenlänge dar, so daß demnach die zu erwartende Strahlung im Ultrarot liegt.

Man hat vor kurzem auch eine ziemlich hohe Strahlungsausbeute bei Injektion von Ladungsträgern in Galliumphosphid gefunden, wobei Strahlung im sichtbaren Spektralbereich erzeugt wurde. Dafür wurde z. B. zinkdotiertes Galliumphosphid vorgeschlagen, bei dem das Spektrum der Injektionsstrahlung ein Maximum im Rot aufweist.

Es ist nicht ohne weiteres einleuchtend, warum gerade in den letzterwähnten Halbleitermaterialien eine hohe Strahlungsausbeute bei der Injektion von Ladungsträgern erzeugt werden konnte.

Die Erfindung zielt unter anderem darauf ab, ein Halbleitermaterial für Injektionsstrahlungsquellen mit hoher Ausbeute der Injektionsstrahlung zu schaffen, das insbesondere im roten Spektralbereich luminesziert.

Dies wird bei einem elektrolumineszenten Halbleiter der anfangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Halbleiter aus zinkdotiertem Aluminiumarsenid besteht. Die Zinkdotierung ist vorzugsweise höher als 10¹⁴ Atome pro Kubikzentimeter; insbesondere Kristalle mit Zinkdotierun-

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gen zwischen 10¹⁶ und 10¹⁸ Atomen pro Kubikzenti- mäßig geringen Mengen im Aluminiumarsenid einmeter zeigen intensive Elektrolurnineszenzstrahlung, gebaut werden kann, brauchen aus der Legierungsohne daß dabei eine merkbare zusätzliche Absorp- schmelze nicht unbedingt p-leitende Kristalle getion auftritt. bildet zu werden, sondern können daraus auch n-lei-

Das Halbleitermaterial kann wenigstens einem pn- 5 tende Kristalle oder Kristalle mit einem oder mehre-

oder pin-Übergang enthalten. In einem solchen ren pn-Übergängen erhalten werden. Gegebenenfalls

Material kann pn-Lumineszenz erzeugt werden. Die können in die Legierungsschmelze Donatoren, wie

Strahlung kann aber auch an einem Metall-Halb- z. B. Zinn und/oder Blei, eingebracht werden. Ins-

leiter-Kontakt erzeugt werden. besondere Zinn ist sehr geeignet, weil es mit Alumi-

Es hat sich weiter herausgestellt, daß Aluminium- io nium in jedem Verhältnis homogene Legierungs-

arsenid mit den obengenannten geringen Zinkdotie- schmelzen bilden kann.

rangen leicht herzustellen ist. Im Gegensatz dazu Weiter können andere Elemente in die Schmelze führen bei der Herstellung von zinkdotiertem GaI- eingebracht werden, die entweder die Eigenschaften liumarsenid oder Galliumphosphid bereits sehr ge- des Aluminiumarsenids nach Wunsch beeinflussen ringe Mengen Zink leicht zu einer Überdotierung der 15 können oder keine ungünstigen Einflüsse auf die Kristalle, die dadurch für die Strahlung undurch- Bildung der lumineszenten Kristalle haben. Auch ist lässig oder sogar schwarz werden und in denen etwa es möglich, daß andere Elemente, die als Verunreimangeregte Injektionsstrahlung vom Kristallmaterial gungen in den Grundmaterialien vorhanden sind oder selbst absorbiert wird Es ist dagegen gefunden wor- durch die Legierungsschmelze berührende Wände den, daß bei der Herstellung von zinkdotiertem Alu- 20 oder aus der Atmosphäre in die Legierungsschmelze miniumarsenid auch die Verwendung großer Mengen eingebracht werden, in die Kristalle eingebaut wer-Zink nicht die Bildung von klarer, gut lumineszie- den und die Lumineszenzeigenschaften beeinflussen, render zinkdotierter Kristalle behindert und daß die vielleicht auch steigern können. So ist es möglich, dabei verwendete Zinkmenge nicht sehr kritisch ist. daß in die Kristalle auch etwas Sauerstoff aufgenom-Der elektrolumineszente Halbleiter wird nun erfin- 25 men wird und die Strahlungsausbeute noch erhöht, dungsgemäß dadurch hergestellt, daß eine Aluminium, obzwar dies nicht festgestellt werden konnte. Daß Arsen und Zink enthaltende Legierungsschmelze Sauerstoff hierfür vorhanden ist, kann man z. B. hergestellt wird, und diese Schmelze, damit das zink- durch Zusatz dieses Elementes zur die Legierungsdotierte Aluminiumarsenid auskristallisieren kann, schmelze umgebenden Atmosphäre oder durch Zugekühlt wird. Die Schmelze kann nur aus Aluminium, 30 satz eines festen Oxydes zur Legierungsschmelze beArsen und Zink bestehen; sie kann gegebenenfalls wirken.

auch noch andere Elemente enthalten, unter anderem Die Legierungsschmelze läßt sich in mannigfaltiger Donatoren und/oder andere Akzeptoren als Zink. Weise herstellen. Gemäß einem zweckmäßigen Ver-Wie gesagt, braucht der Zinkgehalt in der Legie- fahren wird dazu zuerst eine Aluminium und Zink rungsschmelze nicht sehr klein gewählt zu werden, 35 enthaltende Schmelze gebildet und darin Arsen gez. B. nicht weniger als 0,1 Atomprozent. Bei einem löst. Das Arsen kann der Schmelze in fester Form höheren Zinkgehalt der Legierungsschmelze als zugesetzt werden, aber vorzugsweise löst man das 50 Atomprozent tritt bei der Bildung einer homo- Arsen aus der Dampfphase in der Schmelze,
genen Schmelze eine ziemlich hohe Dampfspannung Gemäß einem anderen zweckmäßigen Verfahren des Zinks auf, und es ist möglich, daß bei der Ab- 40 wird Aluminiumarsenid in einer Zink enthaltenden kühlung Arsen zum Teil an Zink gebunden und so Schmelze gelöst, vorzugsweise wird dabei eine AIudie Ausbeute an Aluminiumarsenid herabgesetzt minium und Zink enthaltende Schmelze verwendet, wird. Aber auch in diesem Fall wird für die Strah- Es kann auch eine Zinn-Zink-Legierung verwendet lung durchlässiges Aluminiumarsenid erhalten, in werden, die vorzugsweise auch Aluminium enthält,
dem eine Injektionsstrahlung angeregt werden kann. 45 Gemäß einem anderen Verfahren für die Bildung In der Praxis ist ein Zinkgehalt von 1 bis 25 Atom- der Legierungsschmelze werden Aluminium oder eine prozent in der Legierungsschmelze besonders ge- Aluminiumlegierung und Zinkarsenid zusammeneignet, geschmolzen. Vorzugsweise wird dabei zuerst eine

Vorzugsweise wird in der Schmelze ein Überschuß Temperatur von 1000 bis 1100 ⁰C angewendet und an Aluminium in bezug auf den Arsengehalt verwen- 50 eventuell danach die Temperatur bis zur Bildung det; das bedeutet, daß in der Legierungssohmelze der einer homogenen Schmelze erhöht,
atomare Anteil des Aluminiums größer als der des Die Reaktion zwischen Zinkarsenid und der Alu-Arsens ist. Bei allmählicher Abkühlung einer solchen miniumlegierung oder insbesondere dem Aluminium homogenen Schmelze wachsen die Aluminium- kann ziemlich heftig erfolgen, wobei z. B. Zink und/ arsenidkristalle gleichmäßiger als bei der Abkühlung 55 oder Arsen zum Teil verdampfen kann. Um eine einer Schmelze mit stöchiometrischen Anteilen an gleichmäßigere Reaktion zu fördern, wird vorzugs-Arsen und Aluminium. Weiter können etwaige uner- weise eine Aluminiumlegierung verwendet, die schon wünschte Verunreinigungen in der Restschmelze zu- Zink enthält.

rückbleiben, so daß reinere Kristalle aus zinkdotier- Aus der Legierungsschmelze läßt sich das zinktem Aluminiumarsenid entstehen. Auch das über- 60 dotierte Aluminiumarsenid durch Kühlen ausscheischüssige Zink bleibt in der Restschmelze zurück. den. Überschüssiges Metall, insbesondere Aluminium, Vorzugsweise wird für die Schmelze ein atomarer wird vorzugsweise durch selektives Lösen des gebil-Anteil des Aluminiums gewählt, die zwei bis zwanzig- deten Aluminiumarsenids entfernt. Als Lösungsmitmal dem des Arsens beträgt. tel für Aluminium wird vorzugsweise eine bromierte

Die Legierungsschmelze kann, wie bereits erwähnt, 65 oder jodierte Kohlenwasserstoffverbindung verwen-

auch noch andere Elemente als Aluminium, Arsen det, die an nebeneinanderliegende Kohlenstofiatome

und Zink enthalten. Zink ist ein Akzeptorelement in gebundene Brom- oder Jodatome enthält. Insbeson-

Aluminiumarsenid. Weil aber Zink nur in verhältnis- dere 1,2 Dibromäthan ist dafür geeignet.

Das Aufschmelzen und Auskristallisieren läßt sich auf vielerlei Weise ausführen. So kann z. B. Arsen in Form von anderen Verbindungen als Zinkarsenid und Alummiumarsenid in einer Aluminium und Zink enthaltenden Schmelze gelöst werden, z. B. als GaI-liumarsenid oder Indiumarsenid. Man kann die Legierungsschmlze z. B. in einem Tiegel bilden und allmählich abkühlen. Dabei kann man gerichtetes Kühlen verwenden. Auch kann man einen Einkristall des dotierten Amminiurnarsenids durch Aufziehen aus der Legierungsschmelze erhalten. Auch kann man Zonenschmelzverfahren verwenden, wobei eine geschmolzene Zone aus der Legierungsschmelze durch eine Charge aus Aluminiumarsenid geführt wird.

Insbesondere wenn ein Überschuß an Aluminium vorhanden ist, kann die Legierungsschmelze bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Aluminiumarsenids (etwa 1740 ⁰C) gebildet werden.

Bei hohem Zinkgehalt der Legierungsschmelze kann ein Teil des Zinks verdampfen, aber dieses Verdampfen hat keinen merkbaren Einfluß auf die Eigenschaften der entstehenden Aluminiumarsenidkristalle.

An Hand von Beispielen und der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung anschließend näher erläutert.

F i g. 1 und 2 zeigen schematisch im senkrechten Schnitt Vorrichtungen zur Herstellung zinkdotierten Aluminiumarsenids.

Einige Beispiele der Herstellung zinkdotierten Aluminiumarsenids werden nachstehend beschrieben.

Beispiel I

In einer an einer Seite offenen quarzgläsernen Ampulle 1 wird ein Trägerring 2 aus Quarzglas auf dem Boden der Ampulle und ein Tiegel 3 aus Korund auf dem Ring 2 angebracht. Der Tiegel 3 war vorher mit 7 g reinen Zinks und 40 g reinen Aluminiums in Form von kleinen Stücken 4 gefüllt worden (s. Fig. 1). Weit oberhalb des Tiegels 3 werden dann durch örtliches Erwärmen und Eindrücken der Ampullenwand Einstülpungen 5 hergestellt. Darauf wird ein quarzgläsener Tiegel 6, gefüllt mit 20 g Arsenstückchen 7, angebracht. Die Ampulle 1 wird dann evakuiert und am oberen Ende 8 zugeschmolzen.

Die Ampulle 1 wird innerhalb zweier senkrecht aufgestellter, zueinander koaxial angeordneter zylindrischer Öfen angebracht, wobei sie mittels zweier zylindrischer Halter 9 und 10 derart angeordnet wird, daß der untere Tiegel 3 innerhalb des unteren Ofens 11 und der obere Tiegel 6 innerhalb des oberen Ofens 12 sich befindet.

Zuerst werden beide Öfen auf 600 bis 630⁰C erwärmt, wonach die Temperatur im unteren Ofen 11 auf 900 ⁰C erhöht wird. Dann wird die Temperatur im unteren Ofen 11 unter Beibehaltung einer Temperatur im oberen Ofen 12 von 600 bis 630 ⁰C langsam weiter auf 1200 ⁰C gesteigert. Dabei verdampft aus dem Tiegel 6 Arsen, wobei aber der Arsendampfdruck nicht höher als auf lAtm steigen kann. Im Tiegel 3 bildet sich eine Legierungsschmelze aus Aluminium und Zink, in der sich Arsen aus der Dampfphase allmählich löst. Wenn im unteren Ofen 11 die Temperatur auf 1200° C gesteigert worden ist, ist das Arsen im Tiegel 6 praktisch vollständig verdampft, und es hat sich im unteren Tiegel eine Legierungsschmelze aus Aluminium, Zink und Arsen gebildet.

Dann wird die Heizung der Öfen unterbrochen, wobei die Legierung im Tiegel 3 in etwa 2 Stunden auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Das Material im Tiegel 3 ist dabei völlig fest geworden und enthält zinkdotierte Aluminiumarsenidkristalle. Der Tiegel mit dem so entstandenen Schmelzklumpen wird nach Öffnen der Ampulle herausgenommen und mit flüssigem 1,2 Dibromäthan behandelt. Das überschüssige Aluminium wird dabei gelöst, wobei auch das überschüssige Zink aus den gebildeten Aluminiumarsenidkristallen entfernt wird. Diese Kristalle werden mit Azeton und weiter mit Petroläther gewaschen. Die hierdurch erhaltenen Kristalle aus zinkdotiertem Aluminiumarsenid sind transparent und zeigen eine mittlere Länge von etwa 3 mm, eine mittlere Breite von 2 bis 3 mm und eine mittlere Dicke von etwa 0,2 mm.

An Stelle des Arsendampfes kann man auch kaltes, festes Arsen einer Aluminium-Zink-Schmelze von etwa 900 ⁰C zugeben und danach die Schmelze auf 1200 ⁰C aufheizen. Dabei kann der Schmelztiegel sich in einer Gasatmosphäre aus reinem Wasserstoff von etwa atmosphärischem Druck befinden.

Das Mengenverhältnis des Aluminiums, des Zinkes und des Arsens kann ohne merklichen Einfluß auf die Lumineszenzausbeute der gebildeten Aluminiumarsenidkristalle weitgehend geändert werden. Ähnliche Kristallle wurden z. B. aus Mengen von 40 g Aluminium, 7 g Zink und 30 g Arsen oder 40 g Aluminium, 14 g Zink und 30 g Arsen hergestellt. Weiter wurde einer Schmelze aus 41,7 g Aluminium, 10 g Zinn und 5 g Zink bei einer Temperatur von 900 bis 1000 ⁰C 20 g festes Arsen zugegeben und dann die Legierungsschmelze allmählich auf 1200° C erwärmt. Auch aus dieser Schmelze wurden transparente Kristalle aus Aluminiumarsenid erhalten, die mit Zink und Zinn dotiert und η-leitend waren.

Beispiel II

Ein an beiden Seiten offenes Rohr 20 aus Quarzglas wird verwendet (s. F i g. 2). Das Rohr hat einen verjüngten Teil 21 und einen etwa konisch ausgebildeten Übergang 22 zum verjüngten Teil 21. Das Rohr 20 wird senkrecht mit dem verjüngten Teil 21 nach unten angeordnet. Innerhalb des Rohres 20 wird ein rohrförmiger Träger 23 aus Quarzglas derart angeordnet, daß er auf der Innenwand des konischen Teiles 22 ruht. In einen Korundtiegel 24 wird eine Menge von 20 g Zinkarsenid der Formel Zn₃As₂ in Form kleiner Stücke 25 und ein Schmelzblock 26 aus einer Vorlegierung von 40 g Aluminium und 10 g Zink hineingetan. Der Tiegel 24 wird dann innerhalb des Rohres 20 auf dem Träger 23 angeordnet. Das Rohr 20 wird dann in einen senkrecht angeordneten zylindrischen Widerstandsofen 27 gebracht. Auf das obere Rohrende wird ein loser Deckel 28 aus Quarzglas aufgesetzt.

Durch den verjüngten Rohrteil 21 wird gereinigter Wasserstoff mit ungefähr atmosphärischem Druck mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0,5 l/min in das Rohr 20 eingeführt und die Luft ausgetrieben. Das Gas tritt zwischen dem Deckel 28 und dem oberen Rand des Rohres 20 hinaus. Nachdem die Luft durch das Wasserstoffgas aus dem Rohr 20 ausgetrieben worden ist, wird der Ofen 27 zuerst auf 1000⁰C aufgeheizt, wobei die Aluminium-Zink-Legierung 26 schmilzt und das Zinkarsenid in dieser

Schmelze aufgenommen wird. Die Temperatur des Ofens wird dann langsam auf 1150 ⁰C erhöht, wobei sich eine homogene Legierungsschmelze aus Aluminium, Zink und Arsen im Tiegel 24 bildet. Dann unterbricht man den Heizstrom des Ofens und läßt die Legierungsschmelze allmählich abkühlen. Während des Erwärmens und Abkühlens wird stetig Wasserstoff durch das Rohr 20 geführt.

Der so entstandene Schmelzklumpen wird herausgenommen und weiter mit 1,2 Dibromäthan behandelt, wie im Beispiel I beschrieben wurde. Die herausgelösten Kristalle aus Aluminiumarsenid sind transparent und zeigen ungefähr dieselben mittleren Abmessungen wie die Kristalle im Beispiel I.

Ähnliche Resultate werden mit reinem Aluminium und Zinkarsenid erzielt, wobei in gleicher Weise wie in Beispiel II vorgegangen wird, z. B. mit 43 g Aluminium und 21,5 g Zinkarsenid oder 32,5 g Aluminium und 34,5 g Zinkarsenid. Die Reaktion zwischen Aluminium und Zinkarsenid ist aber ziemlich heftig; es kann dabei Arsen und/oder Zink in stärkerem Maße verdampfen und die Schmelze nach oben herausspritzen.

Beispiel ΙΠ

In einer ähnlichen Vorrichtung, wie sie im Beispiel II an Hand der Fig. 2 beschrieben wurde, werden in den Korundtiegel 24 10,5 g Aluminiumarsenid und eine Vorlegierung aus 39,5 g Aluminium und 8 g Zink eingebracht und die Vorrichtung gemäß F i g. 2 in gleicher Weise wie im Beispiel III zusammengebaut. Auch hierbei wird Wasserstoffgas durchgeleitet. Der Ofen wird in diesem Fall aber direkt auf eine Temperatur von 1200 ⁰C aufgeheizt. Es bildet sich eine homogene Schmelze aus Aluminium, Zink und Arsen, woraus nach langsamen Abkühlen und Behandeln des Schmelzklumpens mit 1,2 Dibromäthan, wie in den vorangehenden Beispielen beschrieben wurde, transparente Kristalle aus zinkdotiertem Aluminiumarsenid mit ähnlichen Abmessungen wie die Kristalle gemäß den vorangehenden Beispielen erhalten werden.

In den vorangehenden Beispielen wird Arsen in elementarer Form, in Form von Zinkarsenid oder in Form von Aluminiumarsenid der Metallschmelze zugesetzt. Selbstverständlich kann das Arsen auch* in Form anderer Arsenverbindungen zugesetzt werden, wenn dabei auch eine homogene Schmelze gebildet werden kann, aus der sich zinkdotiertes Aluminiumarsenid ausscheiden und abtrennen läßt. Zum Beispiel kann auf ähnliche Weise, wie in Beispiel III beschrieben ist, vorgegangen werden, wobei aber an Stelle des Aluminiumarsenids Galliumarsenid und/ oder Indiumarsenid verwendet wird. So werden z.'B. transparente zinkdotierte Aluminiumarsenidkristalle aus 21,4 g Galiumarsenid (GaAs) und einer Vorlegierung aus 42,7 g Aluminium und 8 g Zink erhalten.

Die nach den oben beispielsweise beschriebenen Verfahren hergestellten Kristalle sind schwach p-leitend oder schwach η-leitend oder enthalten mindestens einen pn-übergang zwischen hochohmigen Teilen entgegengesetzter Leitungsart.

Wenn gegenüberliegende Endflächen mit Elektroden z. B. aus Leitsilber bedeckt und diese Elektroden mittels Anschlußklemmen mit einer Gleichstromquelle verbunden werden, zeigen die Kristalle insbesondere bei tiefen Temperaturen rote Strahlung.

Bei auf etwa -19O⁰C gekühlten Kristallen von z. B. 3 mm Länge, 2 mm Breite und 0,2 mm Dicke fließt beim Anlegen einer Gleichspanung von etwa V zwischen den Elektroden ein Strom in Längsrichtung durch die Kristalle mit einer mittleren Stärke von etwa 3 bis 4 mA. Wenn ein völlig p-Ieitendes oder völlig η-leitender Kristall vorliegt, kann man beim Stromdurchgang eine rote Strahlung an der Grenze zu einer der Elektroden wahrnehmen. Liegt ein Kristall mit gleichrichtender Charakteristik vor, kann man beim Anlegen einer Spannung in Durchlaßrichtung einer rote Strahlung innerhalb des Kristalles beobachten. Das Maximum der Strahlung liegt bei etwa 1,9 eV (660 mn).

Ein Vergleich zwischen der Stärke des die Strahlung anregenden Stromes durch den Kristall und der Stärke des durch die aus dem Kristall hinaustretende Strahlung erzeugten Photostromes in einer Siliziumpn-Photozelle ergibt, daß die Ausbeute der aus dem Kristall austretenden Strahlung für die erhaltenen zinkdotierten Aluminiumarsenidkristalle 3 bis 10% war. Von der durch Stromdurchgang angeregten Injektionsstrahlung wird aber wegen der Reflexion an den Kristallflächen und der Eigenabsorption nur ein geringer Teil aus dem Kristall heraustreten, so daß die wirkliche Ausbeute an erregter Strahlung wenigstens nahezu zehnfach höher anzusetzen ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrolumineszenter Halbleiter vomA^mB^v-Typ, bei dem die Strahlung durch Injektion von Ladungsträgem in dem Halbleiter erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter aus zinkdotiertem Aluminiumarsenid besteht.

2. Elektrolumineszenter Halbleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkdotierung des Aluminiumarsenids wenigstens 10¹⁴ Atome pro Kubikzentimeter beträgt.

3. Elektrolumineszenter Halbleiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkdotierung 10¹⁶ bis 10¹⁸ Atome pro Kubikzentimeter beträgt.

4. Verfahren zur Herstellung eines elektrolumineszenten Halbleiters nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aluminium, Arsen und Zink enthaltende Legierungsschmelze hergestellt wird und diese Schmelze, damit das zinkdotierte Aluminiumarsenid auskristallisieren kann, anschliessend gekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze wenigstens 0,1 Atomprozent Zink enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze höchstens 50 Atomprozent Zink enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze 1 bis 25 Atomprozent Zink enthält.

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Legierungsschmelze der atomare Anteil des Aluminiums größer ist als der atomare Anteil des Arsens.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der atomare Anteil des Alu-

miniums das zwei- bis zwanzigfache des atomaren Anteils des Arsens beträgt.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsschmelze zur Dotierung Zinn enthält.

11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst Aluminium und Zink enthaltende Schmelze gebildet und darin das Arsen gelöst wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Arsen aus der Dampfphase in der zuerst gebildeten Schmelze gelöst wird.

13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Legierungsschmelze AIuminiumarsenid in einer Zink enthaltenden Schmelze gelöst wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zink enthaltende Schmelze schon Aluminium enthält.

15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Legierungsschmelze Aluminium oder eine Aluminiumlegierung und Zinkarsenid zusammengeschmolzen werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenschmelzenden Materialien zuerst auf eine Temperatur von 1000 bis 1100° C erwärmt werden und gegebenenfalls darauf die Temperatur bis zur Bildung einer homogenen Schmelze erhöht wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Alurniniumlegierung schon Zink enthält.

18. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Kühlen der Legierungsschmelze etwaiges überschüssiges Metall durch selektives

ίο Lösen von dem gebildeten Aluminiumarsenid entfernt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als selektives Lösungsmittel eine bromierte oder jodierte Kohlenwasserstoffverbindung verwendet wird, die an nebeneinanderliegende Kohlenstoffatome gebundene Bromoder Jodatome enthält.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß 1,2 Dibromäthan verwendet

ao wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1048 346,
1052563;

Zeitschrift für Naturforschung, Bd. 7 a, 1952, S. 744 bis 749, insb. S. 745 und 746 und Bd. 8 a, 1953, S. 248 bis 251, insb. S. 250;

Internationale Elektronische Rundschau, Bd. 17, Nr. 8, vom August 1963, S. 389 bis 392, insb. S. 390, linke Spalte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen