DE1228337B - Elektrolumineszenz-Vorrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES m7T®& PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

H05b

Deutsche Kl.: 21 f - 89/03

J18703 VIII c/21f
13. September 1960
10. November 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolumineszenz-Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischen Informationen in sichtbare Informationen.

Wenn ein Übergang zwischen einem Gebiet von η-leitendem Silizium und p-leitendem Silizium eine Vorspannung in Sperrichtung bis zu einem Punkt in der Nähe der Durchbruchsspannung erhält, so wird, wie bekannt, Licht emittiert. Das Licht hat eine solche Wellenlänge und Intensität, daß es sichtbar ist, und wird auf einem Teil oder auf der ganzen Linie emittiert, längs welcher der pn-übergang die Oberfläche des Siliziumkörpers schneidet.

Bei diesen bekannten Anordnungen ist die Lichtemission sporadisch und tritt nur in einzelnen Flekken auf, so daß sie zur Darstellung flächenhafter Lichtzeichen nicht geeignet ist. Gegenstand der Erfindung ist eine verbesserte Anordnung, bei welcher der Ort und das Ausmaß der Lichtemission steuerbar sind.

Die vorliegende Erfindung geht von einer Elektrolumineszenz-Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischen in sichtbar Informationen unter Verwendung eines pn-Überganges in einem Halbleiterkörper aus, an dem eine solche Spannung in Sperrichtung liegt, daß im Bereich des Überganges emittiert wird. Die Erfindung besteht darin, daß zur Herstellung flächenhafter Lichtzeichen in die zu betrachtende Oberflächenschicht des Halbleiterkörpers eine oder mehrere geometrisch scharf begrenzte Zonen entgegengesetzten Leitungstyps und mit sehr großem Stör-Stoffgradienten eingebettet sind und daß auf dem Halbleiterkörper in der Nähe des pn-Überganges oder der pn-Übergänge und parallel hierzu ein streifenförmiger flächenmäßig kleinerer ohmscher Kontakt auf dem Halbleitermaterial eines Leitungstyps und ein oder mehrere voneinander getrennte ohmsche Kontakte auf dem Halbleitermaterial des entgegengesetzten Leitungstyps angeordnet sind.

Zwei Ausführungsformen der Erfindung sollen an Hand der Zeichnungen erläutert werden. In

Fig. 1 ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, und

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 besteht aus einem Siliziumkörper mit einer Zone 1 vom η-Typ und einem Gebiet 2 vom p-Typ. Ein ohmscher Kontakt 3 und eine Reihe von ohmschen Kontakten 4 sind für den elektrischen Anschluß an der p-Zone2 und an der η-Zone I vorgesehen.

Die Vorrichtung wird in der Weise hergestellt, daß Boroxyd durch eine Maske auf einem Gebiet, das Elektrolumineszenz-Vorrichtung

Anmelder:

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

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,

Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

Cyril Francis Drake, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 18. September 1959 (31863)

0,10 mm breit und 1,52 mm lang ist, auf der Oberfläche eines polierten Plättchens von η-Silizium mit einem Widerstand von 0,07 Ohm-cm niedergeschlagen wird. Das Silizium wird dann 2 Stunden lang in einer Sauerstoffatmosphäre auf 1250⁰C erhitzt, wobei das Bor in das Silizium diffundiert und die p-Zone 2 erzeugt, welche 0,003 mm tief ist. Der Überschuß an Boroxyd wird durch einige Minuten langes Waschen in 4O°/oiger Fluorwasserstoffsäure und anschließendes Waschen mit entionisiertem Wasser entfernt.

Die ohmschen Kontakte 3 und 4 werden gleichzeitig durch Aufdampfen im Vakuum mittels einer Maske hergestellt. Der Kontakt 3 ist 1,27 mm lang und 0,10 mm breit, und jeder der Kontakte 4 ist 1,02 mm lang und 0,10 mm breit. Die Kontakte 4 liegen in der Nähe des Überganges zwischen den Zonen 1 und 2 und parallel zu diesem, so daß sie 0,05 mm von der Schnittlinie des pn-Überganges mit der Oberfläche des Halbleiterkörpers entfernt sind.

Die in solcher Weise hergestellte Vorrichtung hat eine dünne p-Zone 2 mit einem sehr großen Störstoffgradienten. Daraus ergibt sich eine sehr geringe Durchbruchsspannung, wenn der Übergang eine Vorspannung in Sperrichtung erhält.

Um die Vorrichtung in Betrieb zu nehmen, wird der negative Pol einer Batterie an den ohmschen Kontakt 3 und der positive Pol an einen der ohmschen Kontakte 4 angeschlossen. Eine Batteriespannung von etwa 6VoIt reicht aus, um einen Durchbruch des pn-Überganges zwischen den beiden

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Zonen 1 und 2 hervorzurufen. Beim Durchbruch wird sichtbares Licht nur von dem Teil des Überganges emittiert, der dem in Betrieb befindlichen ohmschen Kontakt gegenüberliegt. Die Länge des leuchtenden Teiles beträgt etwas mehr als 1 mm. Wenn der positive Pol der Batterie an einen anderen ohmschen Kontakt 4 angelegt wird, sp können andere Teile des Überganges zum Leuchten gebracht werden.

Bei der Vorrichtung nach F i g. 2 hat das Halbleitermaterial eine Zone 5 mit η-Leitung und vier Zonen 6 bis 9 mit p-Leitung. Der ohmsche Kontakt 10 ist an der n-Zone 5 angebracht, und die ohmschen Kontakte 11 bis 14 sind je innerhalb einer der p-Zonen 6 bis 9 angebracht.

Die Vorrichtung wird in der Weise hergestellt, daß Bor in Silizium in der gleichen Weise, wie dies oben beschrieben wurde, eindiffundiert wird, mit dem Unterschied, daß die p-Zonen 6 bis 9 zunehmende Tiefe haben, nämlich 0,001 mm, 0,004 mm, 0,009 mm und 0,016 mm. Dies wird in der Weise erreicht, daß Bor auf das Silizium zuerst in dem (später dicksten) Gebiet 9 aufgebracht und während der Zeit t_x eindiffundiert wird, daß dann Bor auf die Zonen 8 aufgebracht wird, und während der Zeiti₂ eindiffundiert wird usw. Die Gesamtzeiten für die Diffusion sind dann t_v i_s+i₄, t₂+t_s + t_i und ^-K₈+^+^ für die einzelnen Gebiete 6 bis 9.

Wenn die Tiefe der einzelnen Zonen im obengenannten Verhältnis gewählt wird, sind die Durchbruchsspannungen des pn-Überganges zwischen den Zonen 6 bis 9 und der Zone -S vom η-Typ etwa 2 Volt, 4 Volt, 6 Volt und 8 Volt, Zum Betreiben der Vorrichtung wird der ohmsche Kontakt 10 an den positiven Anschluß einer Spannungsquelle gelegt, und alle ohmschen Kontakte 11 bis 14 werden mit dem negativen Anschluß verbunden. Wemi die Spannung langsam von Null an gesteigert wird, ist der Durchbruch zwischen der n-Zone 5 und der p-Zone 6 zuerst erreicht, und zwar, wenn die Spannung auf 2 Volt gestiegen ist Dann wird von dem ganzen pn-übergang zwischen diesen beiden Zonen Licht emittiert. Wenn die Spannung weiter bis 4 Volt steigt, tritt ein Durchbruch bei dem Übergang zwischen der p-Zone 7 und der n-Zone 5 auf, und es wird auf diesem Teil des pn-Überganges ebenfalls Licht emittiert. Der weitere Durchbruch tritt zwischen den Zonen 8 und 9 und der n-Zone 5 in gleicher Weise ein, d· h., es wird an diesen Stellen Licht emittiert, wenn die Spannung 6 bzw. 8 Volt erreicht hat.

Bei den beschriebenen Vorrichtungen hängt die zum Durchbruch und zur Lichtemission erforderliche Spannung von den Eigenschaften des Überganges selbst ab. Das Ausmaß und die Lage der Liehtemission hängt jedoch von dem Abstand zwischen den ohmschen Kontakten und dem pn-übergang ab. Wenn beispielsweise der ohmsche Kontakt 4 von Fig. 1 von dem Übergang weiter entfernt wird, so wird zum Erreichen des Durchbruches etwa dieselbe Spannung benötigt, aber die Länge des leuchtenden Teiles des Überganges wird größer. Wenn der Abstand zwischen dem Übergang und dem ohmschen Kontakt 4 gleich der Länge einer dieser Kontakte ist, so ist der leuchtende Teü des Überganges um etwa 50^fl/o länger als die Länge des Kontaktes.

Die Erfindung ist jedoch nicht allein auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrolumineszenz-Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischen Informationen in sichtbare Informationen unter Verwendung eines pn-Überganges in einem Halbleiterkörper, an dem eine solche Spannung in Sperrichtung liegt, daß im Bereich des Überganges Licht emittiert wird, dadurch gekennzeichnet, daßzur Darstellung flächenhafter Lichtzeichen in die zu betrachtende Oberflächenschicht des Halbleiter-

ao körpers (1, 5) eine oder mehrere geometrisch scharf begrenzte Zonen (2, 6 bis 10) entgegengesetzten Leitungstyps und mit sehr großem Störstoffgradienten eingebettet sind und daß auf dem Halbleiterkörper in der Nähe des pn-Uberganges oder der pn-Übergänge und parallel hierzu ein streifenförmiger flächenmäßig kleinerer ohmscher Kontakt (3, 11 bis 14) auf dem Halbleitermaterial eines Leitungstyps (2, 6 bis 9) und ein oder mehrere voneinander getrennte ohmsche Kontakte (4,10) auf dem Halbleitermaterial des entgegengesetzten Leitungstyps angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone entgegengesetzten Leitungstyps die Form eines schmalen Streifens (2) hat.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone entgegengesetzten Leitungstyps aus mehreren Teilzonen (6 bis 9) besteht, die sich verschieden tief in den Halbleiterkörper erstrecken.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper ans Silizium vom η-Typ besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die oberflächliche Zone oder die oberflächlichen Zonen entgegengesetzten Leitungstyps durch Diffusion von Bor in das SUi" zium vom η-Typ gebildet sind.

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In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 944 387;
deutsche Auslegeschriften Nr, 1018 171,
049 897, 1054 179;

Zeitschrift für angewandte Physik, Bd. 7, Nr. 5, 1955, S. 258 bis 263; Bd. 10, Nr. 6, 1958, S. 254 bis 263;

Phys. Review, Bd. 91, 1953, S. 1313 und 1314; Bd. 100, 1955, S. 700 bis 703; Bd. 102, 1956, S. 369 bis 376.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 710/115 11.66 © Bundesdruckerei Berlin