DE1183599B - Optischer Sender oder Verstaerker unter unmittelbarer Umwandlung von elektrischer Energie in kohaerente Lichtenergie unter Verwendung eines einkristallinen Halbleiters, der zur selektiven Fluoreszenz angeregt wird - Google Patents
Optischer Sender oder Verstaerker unter unmittelbarer Umwandlung von elektrischer Energie in kohaerente Lichtenergie unter Verwendung eines einkristallinen Halbleiters, der zur selektiven Fluoreszenz angeregt wirdInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. KL: H«l·*-
DeutscheKL: 21 f-90^*· Bl.
SbjoO
Nummer: 1183 599
Aktenzeichen: J 24565 VIII c/21 f
Anmeldetag: 15. Oktober 1963
Auslegetag: 17. Dezember 1964
Die Erfindung betrifft einkristalline Halbleiter, deren selektive Fluoreszenz durch Ladungsträgerinjektion
und Rekombination eingeleitet wird.
Als ein Ergebnis der Rekombination von Ladungsträgern in einem Halbleitermaterial hat man in Galliumarsenid
das Auftreten einer Lichtstrahlung beobachtet.
Man hat ferner festgestellt, daß eine Rekombinationsstrahlung in Verbindung mit einer Ladungsträgerinjektion
in ein Festkörpermaterial mit einer Lücke im Energieband eine selektive Fluoreszenz
liefert, wenn eine ausreichende Ladungsträgerstromdichte injiziert wird, wodurch ein optischer Sender
geschaffen wird, der seinen Anregungsenergiebedarf unmittelbar aus der zugeführten elektrischen Energie
speisen kann. Wenn das Festkörpermaterial mit Energiebandlücke ein Halbleitermaterial ist, dient
jeder Injektionsanschluß, wie z. B. ein PN-Übergang, zum Zuführen von Ladungsträgern.
Bei optischen Sendern oder Verstärkern, wie sie die Technik entwickelt hat, wird durch Energiezufuhr,
d. h. durch Zufuhr von Anregungsenergie, künstlich eine von dem natürlichen Temperaturgleichgewicht
abweichende Besetzungsverteilung von Elektronen auf höheren Energieniveaus hervorgerufen. Dabei erhält
man einen größeren Anteil von Atomen mit vollbesetzten Energieniveaus bei höheren Energiewerten
gegenüber den niedrigeren Energiewerten. Dies ist als Inversion der Besetzungsverteilung der Energieniveaus
bekannt. Die künstlich auf höhere Energieniveaus angehobenen Elektronen geben ihre Energie ab, wenn
sie wieder auf ihre niedrigeren Energieniveaus zurückfallen. Die frei werdende Energie kann als elektromagnetische
Strahlung auftreten. In den meisten bisher in der Technik bekanntgewordenen Vorrichtungen
handelt es sich dabei um Licht im sichtbaren oder im infraroten Bereich.
In den zur Zeit bekannten optischen Sendern oder Verstärkern wird entweder ein Gas, wie z. B. eine
Mischung aus Helium und Neon, oder ein Kristall, wie z. B. Aluminiumoxyd oder Kalziumfluorid, als
das Medium verwendet, in das geeignete Aktivatorelemente, die auf die Anregungsenergie ansprechen,
eingebracht werden, wodurch bei dem Aktivatorelement die Inversion der Besetzung der Energieniveaus
durch Elektronen zwischen einem angeregten Zustand und einem schwächer angeregten Zustand
möglich wird. Bei ihrer Rückkehr in den schwächer angeregten Zustand des Störelements geben die Elektronen
Lichtquanten oder Photonen ab. Wenn diese Photonen eine große Dichte erreichen, nimmt die
Wahrscheinlichkeit für einen derartigen strahlenden Übergang zu, und beim Vorliegen einer Inversion der
Optischer Sender oder Verstärker unter
unmittelbarer Umwandlung von elektrischer
Energie in kohärente Lichtenergie unter
Verwendung eines einkristallinen Halbleiters,
der zur selektiven Fluoreszenz angeregt wird
unmittelbarer Umwandlung von elektrischer
Energie in kohärente Lichtenergie unter
Verwendung eines einkristallinen Halbleiters,
der zur selektiven Fluoreszenz angeregt wird
Anmelder:
International Business Machines Corporation,
New York, N.Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,
Böblingen (Württ.), Sindelfiriger Str. 49
Als Erfinder benannt:
Gerald Burns, Peekskill, N.Y.;
Frederick Hayer Dill, Putnam Valley, N.Y.;
William Paul Dumke, Cappaqua, N. Y.;
Gordon Jewett Lasher, Briarcliff Manor, N.Y.;
Marshall Ira Nathan, Mt. Kisco, N.Y. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 15. Oktober 1962
(230 607)
V. St. v. Amerika vom 15. Oktober 1962
(230 607)
Besetzung der Energieniveaus wird der elektromagnetische Strahlungstyp, in dem die Photonen emittiert
werden, seinerseits in die Lage versetzt, um darin eine weitere Emission von Strahlung hervorzurufen. Dies
ist in der Technik als selektive Fluoreszenz bekannt und führt zu einer Einengung der Emissionslinie. Zum
Betrieb der zur Zeit verfügbaren optischen Sender oder Verstärker wird zunächst elektrische Energie in Lichtenergie
als Anregungsenergie,' meist in Form eines Entladungsblitzes umgewandelt, welche ihrerseits die
Entstehung einer Inversion der Besetzungsverteilung bewirkt.
Es hat nunmehr den Anschein, als ob man den Aufbau einer Inversion der Besetzungsverteilung von
Energieniveaus dadurch stark vereinfachen könnte, daß man die Injektion von Ladungsträgern in ein
Festkörpermaterial mit Bandabstand, beispielsweise mit Hilfe eines Halbleiter-PN-Übergangs durchführt,
mit dem Ziel, das Anregen unmittelbar durch elektrische Mittel vorzunehmen, ohne daß zunächst eine
Umwandlung der elektrischen Energie in Lichtenergie
409 758/165
oder eine elektrische Entladung erfolgt. An einem in Durchlaßrichtung vorgespannten PN-Übergang
gelangen Ladungsträger eines Störstellenleitungstyps beim Durchqueren des PN-Übergangs in eine solche
Umgebung, daß bei der Rekombination dieser Ladungsträger ein Strahlungsübergang stattfinden kann. In
der Praxis haben jedoch die Verluste der Festkörperumgebung eine angeregte Strahlungsemission verhindert.
Werden Ladungsträger in einen geeigneten Festkörperbereich mit zum Ausgleich von Verlusten ausreichender
Dichte injiziert, dann entsteht also selektive Fluoreszenz, unter der erfindungsgemäßen Voraussetzung
allerdings, daß das Material einen Bandabstand aufweist. Wie sich weiter unten noch ergeben
wird, sind hierbei noch weitere Bedingungen, insbesondere bezüglich der relativen Eigenverluste im
Festkörpermaterial zu berücksichtigen. Diese Verluste
Die Aufgabe der Erfindung besteht nur darin, die io werden im Zusammenhang mit der Erläuterung der
Ladungsträgerinjektion in einem geeigneten Fest- allgemeinen Prinzipien der Erfindung an Hand eines
körper so durchzuführen, daß diese Verluste korn- Beispiels näher betrachtet, bei dem ein PN-Übergang
pensiert werden, um so einen Strahlungsemission zu als das Trägerinjektionselement in einem als Festermöglichen,
körper mit Bandabstand dienenden Halbleiter benutzt Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, 15 wird. Es dürfte andererseits ohne weiteres einleuchten,
daß die selektive Fluoreszenz mittels Gleichstrom daß die Trägerinjektion auch durch andere Mittel zu
durch einen in Flußrichtung belasteten PN-Übergang erzielen ist, wie z. B. durch einen, wie bei bestimmten
zur Injektion von Ladungsträgern, deren Dichte Festkörpergleichrichtern ausgenutzten Magnetfeldeinoberhalb
eines durch die Halbleitereigenschaften be- fluß, oder einen Kontakt zwischen dem Halbleiterstimmten
Schwellenwertes liegt, in einer Halbleiter- 20 material und einer geeigneten Metallelektrode,
diode angeregt wird, so daß die Breite des Emissions- Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
spektrum unterhalb 100 A insbesondere in der Größen- Erfindung kann die selektive Fluoreszenz mit einer
Ordnung von 1 bis 10Ä liegt. Halbleitervorrichtung dadurch erreicht werden, daß
Gemäß der Erfindung läßt sich nämlich feststellen, ein Halbleiterkörper mit PN-Übergang verwendet wird,
daß eine selektive Fluoreszenz in einem geeigneten as der in geeigneter Weise in Durchlaßrichtung zur Her-Festkörper
dadurch ausgelöst wird, daß Ladungsträger beiführung einer solchen Stromdichte der injizierten
mit ausreichender Geschwindigkeit injiziert werden, Träger vorgespannt wird, welche hoch genug ist, um
die dann rekombinieren können. Bei Erreichen dieser die Wirkung verschiedener nichtstrahlender Elekbestimmten
Geschwindigkeit injizierter Ladungsträger tronenrekombinations- und verschiedener Strahlungstritt
eine selektive Fluoreszenz in dem Festkörper 30 Verlustmechanismen im Halbleiterwirtskristall ausunter
scharfer Einengung der Emissionslinie auf. gleichen zu können. Sind diese Bedingungen erfüllt,
dann beschränkt sich der Lichtausgang, bedingt durch
die infolge Rekombination der injizierten Träger frei gemachten Energie, ausschließlich auf eine einzige
vorherrschende Strahlungsart zum Nachteil aller anderen Ausgangsstrahlungsarten im System.
In F i g. 1 ist eine beispielsweise Ausführung einer Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung mit PN-Übergang-Injektion
dargestellt, welche kohärentes der in einem Bereich mit Zink dotiert ist, so daß ein 40 Licht ausstrahlt. Die Vorrichtung nach F i g. 1 be-PN-Übergang
entsteht. steht aus einem Halbleiterkristall 1 mit einem PN-
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich Übergang 2, durch den ein P-Bereich 3 von einem
aus der nachfolgenden Beschreibung einesAusführungs- N-Bereich 4 getrennt wird. Der PN-Übergang erbeispieles
an Hand der Zeichnungen. Es zeigt streckt sich nahezu parallel zu einem wesentlichen
Fig. 1 eine gemäß der Erfindung aufgebaute Vor- 45 Oberflächenbereich der Halbleitervorrichtungen. An
richtung, die zu selektiver Fluoreszenz geeignet ist, den N-Bereich ist eine rahmenförmige ohmsche
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Energiebandbeziehung
über einem PN-Übergang einer Halbleitervorrichtung,
Fig. 3 die Abhängigkeit der Lichtintensität des 50 bracht. Die ohmschen Kontaktelektroden 5 und 7
Linienmaximums von der Stromdichte der injizierten sind in geeigneter Weise über einen veränderbaren
Ladungsträger, wobei der Schwellwert für eine
selektive Fluoreszenz markiert ist,
selektive Fluoreszenz markiert ist,
Fig. 4 ein Flußdiagramm der einzelnen Schritte bei
der Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 55 Übergang 2 ununterbrochen oberhalb einer einstell·
Fig. 5 eine Kurve, die die Verminderung der Linien- baren Schwellenstromdichte in Durchlaßrichtung vorzuspannen.
Bei diesen Gegebenheiten wird oberhalb eines kritischen Wertes der injizierten Stromdichte kohärentes
60 Licht durch die Pfeile 11 angedeutet, von der Oberfläche des N-Bereichs 4 durch die öffnung 6 und von
der Oberfläche des P-Bereichs um die ohmsche Kontaktelektrode 7 herum ausgestrahlt. Mit Hilfe
der Empfangsvorrichtungen 12 und 12 A kann dieses Energie in dem Material frei wird, indem Ladungs- 65 kohärente Licht 11 aufgefangen und ausgenutzt werden,
träger in das Material mit einer so hohen Dichte inji- Bekanntlich läßt sich kohärentes Licht unter Verziert
werden, daß die Verluste im Festkörper korn- Wendung hoher Frequenzen modulieren. Neben dem
pensiert werden. Vorteil einer scharfen Fokussierungsmöglichkeit ist
Die erfindungsgemäße Anordnung sendet kohärentes Licht in einer bevorzugten optischen Strahlungsart
aus, ohne daß eine besondere geometrische Gestaltung des Halbleiterkörpers hierzu erforderlich ist.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung ist es also möglich, elektrische Energie unmittelbar in
Lichtenergie umzuwandeln. In vorteilhafter Weise ist hierzu ein Galliumarsenid-Halbleitkörper geeignet,
Kontaktelektrode 5 angebracht, deren öffnung 6 den Lichtaustritt aus dem N-Bereich 4 gestattet. An den
P-Bereich ist eine ohmsche Kontaktelektrode 7 ange-
Reihenwiderstand 9 und einen Schalter 10 an eine Spannungsquelle angeschlossen, die als Batterie 8
dargestellt ist. Diese Anordnung dient dazu, den PN-
breite des Ausgangslichtes in Abhängigkeit vom Strom darstellt,
Fig. 6 eine Anordnung zur Untersuchung der selektiven Fluoreszenz für die neue Vorrichtung.
Gemäß der Erfindung läßt sich selektive Fluoreszenz in einem Festkörper hervorrufen, der einen Bandabstand
und einen strahlenden Energieübergang aufweist, wenn durch eine Ladungsträgerrekombination
5 6
letztere Tatsache von großem Wert für die Nach- kleineren Energiebereich, d. h. über weniger mögliche
richtenübertragung. Durch Verwendung einer solchen Energieniveaus.
Vorrichtung als Infrarot-Lichtquelle ergeben sich Die selektive Fluoreszenz durch Injektion in einem
Anwendungsmöglichkeiten auch bei der Dunkel- Halbleiterkristall wird weiterhin begünstigt, wenn das
photographic 5 beim Strahlungsemissionsübergang abgegebene Licht
Die erfindungsgemäße Anordnung ist hier nur auf einem Energieübergang beruht, der unterhalb
schematisch dargestellt, so daß sich in der Praxis viele des Bandabstands liegt.
Ausführungsformen realisieren lassen, die aber alle Bei Betrachtung der Darstellung in F i g. 2 würde
unter das Erfindungsprinzip fallen. das bedeuten, daß der injizierte Ladungsträger einen
Das Prinzip gemäß der Erfindung gestattet es also, io Energieübergang durchzuführen braucht, der geringer
kohärentes Licht ohne Strahlungsartauswahl durch ist, als es an sich dem Energieunterschied zwischen
spezielle geometrische Gestaltung des Strahlungs- dem Niveau des Valenz- und dem des Leitungsbandes
körpers zu erzeugen. Wie sich weiter unten zeigen entspricht. Wenn die durch den Ladungsträger abwird,
kann die geometrische Gestaltung der Vorrich- gegebene Strahlungsenergie gleich dem Bandabstand
tung 1 dazu benutzt werden, um deren optische Eigen- 15 oder größer ist, kann diese frei werdende Energie
schäften zu verbessern und dadurch die tatsächlichen durch Anhebung eines anderen Elektrons in das
Anforderungen an die Stromdichte der injizierten Leitungsband absorbiert werden. Dieses Elektron
Träger im Bereich des PN-Übergangs herabzusetzen. besitzt dann seinerseits eine bestimmte Wahrscheinlich-
Das hier gezeigte Prinzip der Trägerinjektion unter keit für nichtstrahlende Rekombination.
Verwendung eines PN-Übergangs als Injektionsmittel so Eine weitere Verlustursache für die Strahlungsläßt
sich in Verbindung mit Fig. 2 noch deutlicher be- energie des Kristalls ist durch die Absorption freier
schreiben. Dort sind die Energiebandverhältnisse . Ladungsträger bedingt. Um diese unerwünschte, an
in einem Halbleitermaterial mit bestimmten Leit- sich aber nicht zu vermeidende Verlustquelle in ihrer
fähigkeitstypen aufgetragen. Wirkung so weit wie möglich zu unterdrücken, ist es
Hier sind ein P-Bereich und ein N-Bereich, die den 35 also zweckmäßig, ein solches Halbleitermaterial zu
Bereich 3 und 2 des Kristalls in F i g. 1 entsprechen, verwenden, das eine möglichst hohe Wahrscheinlichdurch
einen in Durchlaßrichtung vorgespannten PN- keit für strahlende Rekombination bietet. In Materia-Übergang
voneinander getrennt. lien mit hoher Wahrscheinlichkeit für strahlende Im Betriebszustand werden die Ladungsträger über Rekombination ist dann auch die Wahrscheinlichkeit
den PN-Übergang hinweg injiziert. Diese Träger 30 einer selektiven Fluoreszenz hoch, so daß ein relativ
weisen dann ein hohes Energieniveau auf und können . hoher Betrag an Energie in Strahlungsenergie umge-Energie
auf verschiedene Weise abgeben, wobei es sich setzt und die Wirkung der Absorption freier Ladungsdann
in einigen Fällen um Energieübergänge mit träger ausgeglichen wird. Hierzu muß der Kristall
Strahlungsemission handelt. Der injizierte Ladungs- eine Bandstruktur mit direktem Bandabstand aufträger
kann mit einem Ladungsträger entgegengesetzten 35 weisen. Materialien, die einen indirekten Bandabstand
Vorzeichens in dem anderen Band entweder aus dem besitzen, wie z. B. Silizium, so daß ζ. Β. mit Hilfe
Band selbst oder aus einem örtlich begrenzten Energie- von Phononen eine strahlende Rekombination aufniveau,
in das er hineingefallen ist, rekombinieren. rechterhalten werden muß, scheinen für diesen Zweck
Wenn strahlende Energie abgegeben wird, kann ein weniger geeignet zu sein.
Lichtausgang aus dem Kristall beobachtet werden. 40 Durch die oben beschriebenen und erwünschten
Der umgehende Halbleiterkristall selbst kann mehrere Umgebungseigenschaften wird gewährleistet, daß eine
Eigenschaften haben, durch welche die angeregte Aus- Besetzungsinversion im Kristall erreicht werden kann
strahlung begünstigt oder benachteiligt werden kann. und daß die durch eine solche Besetzungsinversion
Es hat sich herausgestellt, daß diese Eigenschaften in hervorgerufene Strahlungsemission nicht durch Kristallgewisser Hinsicht voneinander abhängig sind. Aber 45 Verluste beeinträchtigt wird.
häufig können nachteilige Wirkungen, die auf einer Die AIII BV-Verbindungen Galliumarsenid, Galliumbestimmten Eigenschaft der Kristallumgebung be- antimonid, Indiumphosphid, Indiumantimonid, In
ruhen, durch besondere Begünstigung vorteilhafter diumarsenid sowie Legierungen von Galliumarsenid
Eigenschaften ausgeglichen werden. Nachstehend soll und Galliumphosphid, die weniger als 50% Galliumdeshalb
gezeigt werden, nach welchen Gesichtspunkten 5o phosphid enthalten, besitzen z. B. eine solche hohe
aus den an sich zur Verfügung stehenden Halbleiter- Wahrscheinlichkeit der Rekombination unter Strahkristalltypen
diejenigen ausgewählt werden können, lungsemission und sind daher für den oben erwähnten
die die für eine vorteilhafte Betriebsweise erforder- Zweck geeignete Substanzen.
liehen, voneinander abhängigen Eigenschaften auf- Gemäß der Erfindung tritt, wenn die Dichte der
weisen. 55 injizierten Träger über einen PN-Übergang, wie in
Es wird hierbei berücksichtigt, daß dort, wo der F i g. 2 gezeigt, ausreicht, um die Schwellenbedingung
Kristall eine lange Trägerlebensdauer für nicht- zu erfüllen, eine selektive Fluoreszenz auf, wobei die
strahlende Rekombination aufweist, die selektive Emissionslinie für das austretende Licht sehr schmal
Fluoreszenz verstärkt wird und die für die selektive und sehr intensiv ist.
Fluoreszenz wichtige Besetzungsinversion leichter zu 60 Es dürfte ohne weiteres einleuchten, daß die Paraerreichen
ist. Die Lebensdauer der Ladungsträger in meter, die zur selektiven Fluoreszenz durch Träger-Halbleiterkristallen
schwankt um mehrere Größen- injektion in einem Halbleiterkristall beitragen, in Ordnungen, und diejenigen, die die längeren nicht- extrem hohem Maße voneinander abhängig sind und
strahlenden Lebensdauern aufweisen, sind zu bevor- daß über bereits vorhandene günstige Kristalleigenzugen.
65 schäften hinaus Verbesserungen in der geometrischen
Der Betrieb bei niedrigen Temperaturen erleichtert Gestaltung der Halbleitervorrichtung, welche auf eine
eine Besetzungsinversion und fördert die selektive erhöhte Injektionsleitung mit Begünstigung eines beFluoreszenz
durch Verteilung der Träger über einen stimmten Bereichs für die Rekombination und auf die
7 8
optische Resonanz gerichtet sind, die Schärfe der kann und als Folge davon eine große Verstärkung des
Dichtebedingung für injizierte Träger reduzieren Ausgangslichts und eine entsprechende Herabsetzung
können. der Schwellenbedingung für die Trägerinjektion er-
In F i g. 3 ist die Schwelle der Stromdichte für reicht werden können. Ebenso lassen sich durch entinjizierte
Ladungsträger für eine Vorrichtung gemäß 5 sprechende Gestaltung noch weitere Verbesserungen
der Erfindung veranschaulicht. Die Kurve nach erzielen, z. B. durch Auswahl der optischen Durch-F
i g. 3 zeigt die Lichtintensität des Linienmaximums lässigkeit des Halbleiterwirtskristalls und der Kristallin
Abhängigkeit von der Stromdichte der injizierten abmessung, die sich aus dem Abstand zwischen dem
Ladungsträger. Bei einem Schwellenwert der Strom- Bereich, in dem der Strahlungsübergang stattfindet,
dichte für injizierte Ladungsträger erfolgt eine abrupte io und der Oberfläche ergibt, wo die Strahlung ausVerschiebung der Lichtintensität auf ein schmales genutzt wird.
Frequenzband intensiven Lichtes, und bei weiterer Der dritte Verfahrensschritt im Flußdiagramm nach
Stromzunahme wird dieses schmale Frequenzband auf F i g. 4 erfordert die Betriebsweise der Vorrichtung,
Kosten der Intensität anderer Bänder vorherrschend. die oberhalb der Schwellendichte der am PN-Über-Die
kritische Stromdichteschwelle für injizierte Träger 15 gang injizierten Ladungsträger liegt. Erreicht die
dient als Auslesemechanismus für die selektive Dichte der injizierten Ladungsträger einen bestimmten,
Fluoreszenz innerhalb des Halbleitermaterials, und von der Verlusten im System abhängigen, kritischen
jenseits dieses Punktes wird mit zunehmender Strom- Wert, dann werden die verschiedenen Verlustmechadichte
der injizierten Ladungsträger der Lichtausgang nismen innerhalb des Kristalls ausgeglichen, und es
im wesentlichen auf ein sehr schmales Frequenzband 20 ergibt sich ein scharf gebündelter kohärenter Lichtintensiven Lichtes beschränkt. strahl am Ausgang der Anordnung nach der Erfin-F
i g. 4 zeigt ein Flußdiagramm, das die Herstellung dung. Diese Steuerung der Trägerdichte wird allvon
Halbleitervorrichtungen gemäß der Erfindung gemein durch eine Beziehung erfaßt, die durch eine
veranschaulicht. In einem ersten Verfahrensschritt gegebene Strommenge ausgedrückt wird, die über
wird ein Halbleiterwirtskristall, der vorzugsweise 25 einen bestimmten Querschnittsbereich des PN-Übergünstige
Umgebungseigenschaften hat, mit einem gangs angelegt wird. Es werden nachstehend hierzu
PN-Übergang versehen, z. B. durch Diffusion von einige Beispiele aufgeführt, damit eine eindeutige Zuden
Leitungstyp bestimmenden Verunreinigungen in Ordnung der vielen Parameter getroffen werden kann,
die Vorrichtung in der Weise, daß jeweils die reine Es werden z. B. die verschiedenen Arten von geeigneten
Menge der einen Leitungstyp bestimmenden Verun- 30 Halbleitermaterialien, die betreffenden Dotierungsreinigung, zwei Bereiche von durch Störstellen be- . stoffe, deren Konzentration und Verteilung sowie die
stimmten Leitungstypen schafft, die durch einen geometrische Gestaltung, z. B. des Querschnitts-PN-Übergang
getrennt sind. bereichs des PN-Übergangs im Verhältnis zur Strom-
Da die Injektionsleistung einen PN-Übergangs, die dichte, gezeigt.
auf ihn unter Vorspannung einwirkenden Felder und 35 Im Zusammenhang mit F i g. 4 ist allgemein ein
der Widerstand der Halbleitervorrichtung durch die Verfahren beschrieben worden, wobei aufgezeigt
Konzentration und Verteilung der Verunreinigungen worden ist, was im einzelnen beachtet werden muß,
in dem Kristall, der den PN-Übergang enthält, be- um eine selektive Fluoreszenz in einem Halbleiterstimmt
werden, muß die Verunreinigungsverteilung im körper durch Trägennjektion zu erreichen. Es kann
Kristall möglichst genau gesteuert werden. Um einen 40 natürlich sein, daß die zur Vormierung des PN-Ubermöglichst
niedrigen Widerstand zu erhalten, ist es z. B. gangs und der geometrischen Ausbildung nötigen
vorteilhaft, eine hohe Verunreinigungskonzentration Verfahrensschritte mit fortschreitender Technik immer
herbeizuführen; aber bekanntlich hat die Verunreini- mehr ineinander übergehen werden, da durch die
gungsdichte auch eine spürbare Auswirkung auf die Weiterentwicklung der Diffusionstechnik, des Nieder-Lebensdauer
des Kristalls, die oben als eine der Um- 45 schlagens aus der Dampfphase und der Leitungsgebungseigenschaften
besprochen worden ist, so daß typumwandlung die Formierung eines PN-Übergangs
für die Verunreinigungsdichte die Wahl eines geeig- bei einer bestimmten geometrischen Gestalt in der
neten Wertes wichtig ist, Mit Hilfe an sich bekannter Halbleiterherstellungstechnik sich immer mehr durch-Verfahren
kann ein für die Zwecke der Erfindung setzen wird.
geeigneter PN-Übergang und eine erwünschte Verun- 50 Weiterhin werden natürlich angesichts der inten-
reinigungsverteilung erzielt werden. siven Tätigkeit auf dem Gebiet der selektiven Fluores-
Der zweite Verfahrensschritt richtet sich auf die zenz verschiedene geometrische Formen erscheinen,
Herstellung der Vorrichtung und deren geometrische die wirkungsvoller als die jetzt bekannten sind.
Gestaltung. Die Vorrichtung nach F i g. 1 zeigt einen Bei dem Verfahren nach F i g. 4 handelt es sich um
großflächigen PN-Übergang, der parallel zur Haupt- 55 die Steuerung der Formierung des PN-Übergangs in
fläche verläuft. Verbindung mit der der Bildung der geometrischen
Es ist an sich bekannt, daß, wenn ein kritischer Gestalt des Halbleiterwirtskristalls, wobei nachfolgend
Parameter die Dichte der injizierten Ladungsträger ist, der Kristall unter der Dichteschwelle des Träger-
die Zuordnung des verfügbaren Stromes zum Quer- Stroms betrieben wird, um die selektive Fluoreszenz
schnittsbereich des PN-Übergangs ausgenutzt werden 60 durch Trägerinjektion in einem Kristall zu erreichen.
kann. Infolgedessen wird die Abmessung des PN-Über- Mit Hilfe der F i g. 5 und 6 wird ein typisches
gangs entweder bei der Herstellung entsprechend^ fest- Beispiel für die Ausführung einer Halbleitervorrichtung
gelegt oder nachträglich verändert, z. B. durch Ätzen. gemäß der Erfindung dargestellt, wobei als Injektions-
Da es sich bei der Strahlungsemission um eine mittel ein PN-Übergang verwendet wird. F i g. 5
elektromagnetische Strahlung handelt, müssen die 65 zeigt die Breite der Emissionslinie, gemessen in eV,
Abstände innerhalb des Kristalls und die optische in halber Höhe der Emissionslinie in Abhängigkeit
Parallelität innerhalb des Kristalls räumlich so ein- vom Strom, gemessen in Ä. Die eigentliche Vorrichgerichtet
sein, daß eine optische Resonanz stattfinden tung ist in F i g. 1 und speziell in F i g. 6 unter Ver-
ίο
Wendung einer Meßeinrichtung gezeigt. Ein Galliumarsenid-Körper 1 enthält einen N-Bereich 4, der mit
Tellur dotiert ist, und einen diffundierten PN-Übergang 2 zwischen dem N-Bereich 4 und dem P-Bereich3,
der durch Diffusion von Zink in Galliumarsenid formiert wird. Der PN-Übergang 2 liegt etwa 0,12 mm
unterhalb der Oberfläche, an der eine goldplattierte Kovar-Ringscheibe 5 (27Ni; 65Fl; 19 Co) angebracht
ist. Eine ohmsche Kontaktelektrode 7 aus Indium ist an der entgegengesetzten Fläche des
P-Bereichs 3 angebracht, und das Halbleiterplättchen hat eine Gesamtstärke von etwa 0,17 mm. Die Fläche
des PN-Übergangs 2 wurde durch Ätzen auf einen Bereich von etwa 1 · 10~4 cm2 reduziert.
Die gesamte Halbleitervorrichtung 1 ist in flüssigen Stickstoff 21 getaucht und wird mit Strömen, deren
Werte in der Skala der Abszisse in der graphischen Darstellung nach F i g. 5 aufgezählt sind, für die
Dauer von jeweils etwa 50 · 10~9 Sekunden gesteuert. Bei niedrigen Injektionspegeln werden mehr als 95%
des Lichtes in einer Linie bei 1,47 eV unter einer Halbwertsbreite
von etwa 0,026 eV ausgestrahlt. Mit zunehmender Dichte der injizierten Ladungsträger
verringert sich die Linienbreite, und zwar zunächst nur leicht, aber bei Stromdichten der Größenordnung
von 104 bis 105 A/cm2 wird eine Trägerinjektionsschwelle
für die selektive Fluoreszenz erreicht, wie in Fig. 5 gezeigt.
Die sich verringernde Linienbreite in diesem Beispiel läßt sich auch wie folgt darstellen:
3 A 95 Ä
1OA , 41Ä
15A ■ 9Ä
Bei 21 A spaltet sich die Linie in zwei Linien auf, die einen gegenseitigen Abstand von 6 Ä haben und je
etwa 2Ä breit sind. Die Quantenausbeute, die sich aus dem Wert der Lichtenergie am Ausgang dividiert
durch die elektrische Energie am Eingang ergibt, ist in dem Bereich der sich verringernden Linienbreite
ziemlich konstant. Dies kann als gewisser Beweis dafür gelten, daß sich die endgültige Quantenausbeute
dieser Dioden dem Wert von 100 % nähert.
Das Licht wird durch das Fenster 22 zu einem Monochromator 23 und einem Photovervielfacher 24 übertragen,
der das Signal in ein elektrisches Signal umsetzt, welches dann in einem Kathodenstrahloszilloskop
25 beobachtet werden kann.
Um einen Anhaltspunkt für die praktische Ausführung der Erfindung zu geben, werden nachstehend
Tabellen der bei tatsächlichen Beispielen ermittelten Werte gebracht. Damit soll natürlich keineswegs die
Erfindung auf eine oder mehrere spezielle Ausführungsformen beschränkt werden.
Vor richtungstyp |
Temperatur | Strom A |
Licht- Emissions- Wellenlänge A |
Angeregt Linienanzahl |
s Emission Linienbreite A |
Relative Lichtstärke am Ausgang |
•10* Stromdichte A/cm2 |
4 | 8400 | 1 | 73 | 60 | 6 | ||
8 | 8401 | 1 | 52 | 60 | 12 | ||
12 | 4399 | . 1 | 38 | 60 | 18 | ||
17-19-12 | 770K . | 16 | 8404 | 1 | 30 | 60 | 24 |
20 | 8405 | 1 | 24 | 60 | 30 | ||
24 | 8410 | 1 | 23 | 60 | 36 | ||
28 | 8417 | 1 | 28 | 60 | 42 | ||
2 | 8405 | 1 | 97 | 40 | 3 | ||
4 | 8400 | 1 | 79 | 40 | 6 | ||
8 | 8401 | 1 | 65 | 40 | 12 | ||
12 | 8403 | 1 | 57 | 40 | 18 | ||
17-19-13 | 770K . | 16 | 8348 | 1 | 60 | 40 | 24 |
20 | 8343 | 1 | 57 | 40 | 30 | ||
24 | 8393 | 1 | 45 | 40 | 36 | ||
28 | 8402 | 1 | 52 | 40 | 42 | ||
2 | 8415 | 1 | 75 | 55 | 3 | ||
4 | 8415 | 1 | 79 | 55 | 6 | ||
8 | 8397 | 1 | 70 | 55 | 12 | ||
17-19-14 | 770K · | 12 | 8397 | 1 | 50 | 55 | 18 |
16 | 8399 | 1 | 41 | 55 | 24 | ||
20 | 8403 | 1 | 45 | 55 | 30 | ||
24 | 8403 | 1 | 45 | 55 | 36 | ||
2 | 8399 | 1 | 75 | 45 | 3 | ||
4 | 8393 | 1 | 74 | 45 | 6 | ||
8 | 8391 | 1 | 72 | 45 | 12 | ||
12 | 8400 | 1 | 57 | 45 | 18 | ||
17-19-15 | 770K ■ | 16 | 8380 | 1 | 57 | 45 | 24 |
20 | 8397 | 1 | 52 | 45 | 30 | ||
24 | 8398 | 1 | 52 | 45 | 36 | ||
28 | 8398 | 1 | 55 | 45 | 42 | ||
409 758/165 J |
Tabelle I (Fortsetzung)
Vor richtungstyp |
Temperatur | f | Strom A |
Licht- Emissions- Wellenlänge A |
Angeregt Linienanzahl |
e Emission Linienbreite A |
Relative Lichtstärke am Ausgang |
•10* Stromdichte A/cm* |
77° K j | 2 | 1 | & 220 | |||||
[ | 4 | 1 | *220 | |||||
r | 8 | 1 | 214 | |||||
77°K \ | 12 | 1 | 220 | |||||
17-19-24 | 25°C < | 1 | 16 20 |
1 1 |
240 230 |
|||
24 | 1 | 178 | ||||||
28 | 1 | 191 | ||||||
f | 32 | 1 | 190 | |||||
73,5°K I | 36 | 1 | 180 | |||||
■ 1 | 6 | 1 | 185 | 80 | 3 | |||
12 | 1 | 215 | 80 | 6 | ||||
17-19-23 | 250C < | 20 | 1 | 184 | 80 | 10 | ||
■ f | 24 | 1 | 184 | 80 | 12 | |||
720K \ | 28 | 1 | 196 | 80 | 14 | |||
1 | 2 | 8418 | 1 | 140 | 135 | 2 | ||
4 | 8415 | 1 | 120 | 135 | 4 | |||
8 | 8412 | 1 | 95 | 135 | 8 | |||
12 | 8410 | 1 | 71 | 135 | 12 | |||
16 | 8411 | 1 | 62 | 135 | 16 | |||
17-18-26 | 77° K ■ | 20 | 8416 | 1 | 45 | 135 | 20 | |
77°K ] | 24 | 8416 | 1 | 37 | 135 | 24 | ||
28 | 8416 | 1 | 31 | 135 | 28 | |||
32 | 8417 | 1 | 32 | 135 | 32 | |||
36 | 8420 | 1 | 28 | 135 | 36 | |||
40 | 8418 | I | 28 | 135 | 40 | |||
2 | 8415 | 105 | 100 | 1,3 | ||||
17-18-25 | 77°K . | 8 16 |
8413 8413 |
97 91 |
100 100 |
5,2 10 |
||
24 | 8414 | 76 | 100 | 15 | ||||
16 | 8443 | 2 | 10 | 185 | 16 | |||
17-18-24 | 8423 | 2 | 12 | 185 | 16 | |||
24 | 8457 | 3 | 6 | 185 | 24 | |||
8450 | 3 | sü6 | 185 | 24 | ||||
8425 | 3 | 8 | 185 | 24 | ||||
16 | 8435 | 2 | srf6 | 185 | 16 | |||
8417 | 2 | f«6 | 185 | 16 | ||||
24 | 8453 | 2 | 6 | 185 | 24 | |||
8445 | 2 | sa8 | 185 | 24 | ||||
8425 | 2 | 8 | 185 | 24 | ||||
16 | 8432 | 2 | 8 | 185 | 16 | |||
8413 | 2 | 8 | 185 | 16 | ||||
28 | 8455 | ««10 | 185 | 28 | ||||
8446 | 10 | 185 | 28 | |||||
8423 | 185 | 28 | ||||||
8418 | «»5 | 185 | 28 | |||||
2 | 8414 | 1 | 120 | 135 | 1,5 | |||
4 | 8416 | 1 | 100 | 135 | 3,0 | |||
17-19-22 | 12 20 |
8414 8414 |
1 1 |
75 67 |
135 135 |
9 15 |
||
32 | 8415 | 1 | 62 | 135 | 24 | |||
40 | 8414 | 1 | 53 | 135 | 30 | |||
2 | 90 | |||||||
4 | 54 | |||||||
8 | 62 | |||||||
11785-51B | 12 16 |
8468 | 4 | 48 | ||||
8446 | 4 | |||||||
8408 | 4 | |||||||
8363 | 4 |
Tabelle I (Fortsetzung)
Vor richtungstyp |
Temperatur | I | 770K ■ | ( | 77° K | ί | Strom A |
Licht- Emissions- Wellenlänge Ä |
Angeregt Linienanzahl |
e Emission Linienbreite Ä |
Relative Lichtstärke am Ausgang |
■10* Stromdichte A/cm2 |
770K j | 770K \ | 77° K \ | 4 | 8421 | 1 | 150 | 95 | 0,5 | ||||
17-19-33 | I | 1 | 1 | 12 20 |
8414 8423 |
1 1 |
125 90 |
95 95 |
1,5 2,5 |
|||
( | f | f | r | 28 | 8422 | 1 | 85 | 95 | 3,5 | |||
770K <^ | 77° K \ | 770K \ | 770K \ | 4 | 8416 | 1 | 124 | 95 | 1,0 | |||
17-19-34 | 1 | 1 | I | I | 16 | 8415 | 1 | 103 | 95 | 4 | ||
[ | 24 | 8423 | 1 | 62 | 95 | 6 | ||||||
77° K \ | 8 | 8423 | 1 | 124 | ||||||||
770K ■ | 1 | 12 | 8435 | 1 | 118 | |||||||
78-86-6 | 770K ■ | 16 | 8435 | 1 | 90 | |||||||
20 | 8439 | 1 | 85 | |||||||||
c | 77° K ■ | 24 | 8446 | 1 | 81 | |||||||
4 | 8410 | 1 | 102 | 108 | 8 | |||||||
12 | 8416 | 1 | 56 | 108 | 24 | |||||||
17-21-2 | f | 16 20 |
8415 8414 |
1 1 |
51 53 |
108 108 |
32 40 |
|||||
770K \ | 24 | 8414 | 1 | 45 | 108 | 48 | ||||||
1 | 28 | 8420 | 1 | 42 | 108 | 56 | ||||||
4 | 8420 | 1 | 128 | 117 | 6 | |||||||
17-21-5 | 16 | 8414 | 1 | 70 | 117 | 24 | ||||||
24 | 8414 | 1 | 69 | 117 | 36 | |||||||
2 | 8402 | 1 | 120 | 120 | 6 | |||||||
4 | 8408 | 1 | 90 | 120 | 12 | |||||||
8 | 8423 | 1 | 53 | 120 | 24 | |||||||
17-21-9 | 12 | 8438 | 1 | 16 | 120 | 36 | ||||||
14 | 8438 | 1 | 11 | 120 | 42 | |||||||
■ 16 | 8438 | 1 | 8 | 120 | 48 | |||||||
20 | 8436 | Verschiedene | 120 | 60 | ||||||||
4 | 8430 | 1 | Ul | 180 | ||||||||
17-21-11 | 12 | 8413 | 1 | 90 | 180 | |||||||
20 | 8413 | 1 | 68 | 180 | ||||||||
4 | 8395 | 1 | 105 | 135 | 2 | |||||||
17-19-38 | 16 | 8402 | 1 | 110 | 135 | 8 | ||||||
24 | 8403 | 1 | 87 | 135 | 12 | |||||||
4 | 8408 | 1 | 97 | 138 | 10 | |||||||
17-21-13 | 12 | 8405 | 1 | 50 | 138 | 30 | ||||||
16 | 8410 | 1 | 50 | 138 | 40 | |||||||
2 | 8423 | 1 | 100 | 14 | 2 | |||||||
8 | 8414 | 1 | 94 | 14 | 8 | |||||||
17-19-28 | 16 | 8409 | 1 | 75 | 14 | 16 | ||||||
20 | 8410 | 1 | 68 | 14 | 20 | |||||||
28 | 8415 | 1 | 70 | 14 | 28 | |||||||
4 | 8415 | 1 | 120 | 135 | 3 | |||||||
17-19-36 | 16 | 8418 | 1 | 105 | 135 | 12 | ||||||
24 | 8422 | 1 | 69 | 135 | 18 | |||||||
17-18-33 | 20 | 8431 | 1 | 45 | 135 | 25 | ||||||
4 | 8413 | 1 | 117 | 108 | 6 | |||||||
17-21-5 | 12 | 8413 | 1 | 97 | 108 | 18 | ||||||
14 | 8413 | 1 | 105 | 108 | 21 | |||||||
4 | 8413 | 1 | 145 | 129 | 4 | |||||||
17-21-8 | 8 | 8413 | 1 | 134 | 129 | 8 ·■- | ||||||
16 | 8428 | 1 | 125 | 129 | 16 |
Kenndaten des Kristalls | N | Gefäß be Kristall züchtung |
Material t |
Kapa | Kenndaten der Struktur | Diffu- Länge des sions- Über- . tempe- gangs- ^" ratur bereichs |
916 | 0,02 | 862 | 0,05 | I j |
0,0181 | h/min | Kontakte | P-Region | |
Te | zität der Grenz schicht am PN- übergan |
°C mm | i | I | 1:3 | N-Region | In- | |||||||||
Vorrichtungs typ |
Dotierung | Quarz- | 11770,4 | (PF) | PN-Übergang hergestellt j durch |
916 0,02 | 862 0,05 | AuSb- | : iO,127-mm- Elektrode |
|||||||
P | Tiegel | GaAs | 8 | plattiert« Kovar- |
||||||||||||
17-19-12 | Zn | Diffusion | 916 | 1 0,02 | Ring- | |||||||||||
Te | 1:30 | elektrod« | In- | |||||||||||||
Quarz- | 11770,4 | 916 0,02 | AuSb- | ! 0,127-mm- 1 Elektrode |
||||||||||||
Tiegel | GaAs | 8 | plattierte Kovar- |
|||||||||||||
17-19-13 | Zn | Diffusion | 862 ! 0,05 | 916 0,02 | Ring- | |||||||||||
Te | I | 1:30 | elektrode | In- | ||||||||||||
Quarz- | 11770,48 | 916 0,02 | \ | AuSb- | 0,127-mm- Elektrode |
|||||||||||
Tiegel | GaAs | 7,3 | plattierte Kovar- |
|||||||||||||
17-19-13 | Zn | Diffusion | Ring- | |||||||||||||
Te | I | 1:30 | elektrode | In- | ||||||||||||
Quarz- | 11770,48 | 916 0,02 | AuSb- | 0,127-mm- ! Elektrode |
||||||||||||
Tiegel | GaAs | 8,5 | 916 '' 0,02 ' | plattierte Kovar- |
||||||||||||
17-19-15 | Zn | Diffusion | Ring- | |||||||||||||
Te | 1 | ι 1:30 | elektrode | Sn- | ||||||||||||
Quarz- | 11770,48 | AuSb- | 0,127-mm- ' Elektrode |
|||||||||||||
Tiegel | GaAs | plattierte Kovar- |
||||||||||||||
17-19-24 | Zn | Diffusion | 916 ' 0,02 | Ring- | j ■ | |||||||||||
Te | 1:30 | elektrode | I In- | |||||||||||||
Quarz- | 11770,48 | AuSb- | : 0,127-mm- • Elektrode |
|||||||||||||
Tiegel | GaAs | 20 | plattierte Kovar- |
|||||||||||||
17-19-23 | Zn | Diffusion | Ring- | |||||||||||||
Te | 914 | 16 | elektrode | '. In- | ||||||||||||
Quarz- | 11770,48 | AuSb- | j 0,127-mm- Elektrode |
|||||||||||||
Tiegel | GaAs | 13 | plattierte Kovar- |
|||||||||||||
17-18-26 | Zn | Diffusion | Ring- | |||||||||||||
Te | 16 | elektrode | In- | |||||||||||||
Quarz- | 11770,48 | AuSb- | j 0,127-mm- ! Elektrode |
|||||||||||||
Tiegel | GaAs | 20 | plattierte Kovar- |
|||||||||||||
17-18-25 | Zn | Diffusion | Ring- | |||||||||||||
Te | 16 | elektrode | In- | |||||||||||||
Quarz- | 11770,48 | AuSb- | 0,127-mm- ! Elektrode |
|||||||||||||
Tiegel | GaAs | 13 | plattierte Kovar- |
|||||||||||||
17-18-24 | Zn | Diffusion | Ring- | |||||||||||||
Te | 1:30 | elektrode | In- | |||||||||||||
Quarz- | 11770,48 | AuSb- | 0,127-mm- Elektrode |
|||||||||||||
Tiegel | GaAs | 17 | plattierte Kovar- |
|||||||||||||
17-19-22 | Zn | Diffusion | Ring- | |||||||||||||
Te | elektrode | Sn- | ||||||||||||||
Quarz- | GaAs | 0,127-mm- Elektrode |
||||||||||||||
Te | Tiegel | 1:30 | Au | |||||||||||||
11785-51B | Zn | Quarz- | 11770,48 | Legierung | AuSb- | aufge dampft |
||||||||||
Tiegel | GaAs | 15 | )lattierte Kovar- |
|||||||||||||
17-19-33 | Zn | Diffusion | Ring- | |||||||||||||
Te | 1:30 | elektrode | Au | |||||||||||||
Quarz- | 11770,48 | AuSb- | aufge | |||||||||||||
Tiegel | GaAs | 57 | plattierte | dampft | ||||||||||||
17-39-34 | Zn | Diffusion | Kovar- | |||||||||||||
Ring- | ||||||||||||||||
Te | 72 | lektrode | InGaAg | |||||||||||||
Quarz- | 11770,48 | Sn-Ni- | 0,127-mm- Elektrode |
|||||||||||||
Tiegel | GaAs | Kontakt | ||||||||||||||
78-86-6 | Cd | Diffusion | ||||||||||||||
Tabelle!! (Fortsetzung)
is
Kenndaten des Kristalls | N | Gefäß bei Kristall züchtung |
Material | Kapa | Kenndaten der Struktur | Diffu- sions- tempe- ratur |
Länge des über- gangs- bereichs |
Zeit | Kontakte | P-Region | |
Te | zität der Grenz schicht am PN- Übergang |
°C | mm | h/min | N-Region | In Ga Ag | |||||
Vorrichtungs typ |
Dotierung | Quarz- | 11770,50 | (PF) | PN-Übergang hergestellt durch |
850 | 0,05 | 72 | AuSb- | 0,127-mm- Elektrode |
|
P | Tiegel | GaAs | 6,2 | plattierte Kovar- |
|||||||
17-21-2 | Zn | Diffusion | Ring- | ||||||||
Te | elektrode | InGaAg | |||||||||
Quarz- | 11770,50 | 850 | 0,05 | 72 | AuSb- | 0,127-mm- Elektrode |
|||||
Tiegel | GaAs | 7,8 | plattierte Kovar- |
||||||||
17-21-5 | Zn | Diffusion | Ring- | ||||||||
Te | elektrode | InGaAg | |||||||||
Quarz- | 11770,50 | 850 | 0,05 | 72 | AuSb- | 0,127-mm- Elektrode |
|||||
Tiegel | GaAs | 3,7 | plattierte Kovar- |
||||||||
17-21-9 | Zn | Diffusion | Ring- | ||||||||
Te | elektrode | InGaAg | |||||||||
Quarz- | 11770,48 | 862 | 16 | Au- | 0,127-mm- Elektrode |
||||||
Tiegel | GaAs | plattierte MoHg- |
|||||||||
17-21-11 | Zn | Diffusion | Ring- | ||||||||
Te | elektrode | InGaAg | |||||||||
Quarz- | 4900,11 | 862 | 0,05 | 72 | AuSb- | 0,127-mm- Elektrode |
|||||
Tiegel | GaAs | 23 | plattierte Kovar- |
||||||||
17-19-38 | Zn | Diffusion | Ring- | ||||||||
Te | elektrode | InGaAg | |||||||||
Quarz- | 11770,48 | 862 | 0,05 | 16 | AuSb- | 0,127-mm- Elektrode |
|||||
Tiegel | GaAs | 5,6 | plattierte Kovar- |
||||||||
17-21-13 | Zn | Diffusion | Ring- | ||||||||
Te | elektrode | In Ga Ag | |||||||||
Quarz- | 1842,5 | 862 | 0,05 | 72 | AuSb- | 0,127-mm- Elektrode |
|||||
Tiegel | GaAs | 14,3 | plattierte Kovar- |
||||||||
17-19-28 | Zn | Diffusion | Ring- | ||||||||
Te | elektrode | Au | |||||||||
Quarz- | 11770,48 | 916 | 0,02 | 1:30 | AuSb- | aufge dampft |
|||||
Tiegel | GaAs | 17 | plattierte Kovar- |
||||||||
17-19-36 | Zn | ohne | Diffusion | Rjxig- elektrode |
InGaAg | ||||||
Zusatz | Quarz- | 1842,56 | 860 | 19 | AuSb- | 0,127-mm- Elektrode |
|||||
Tiegel | GaAs | 10,5 | plattierte Kovar- |
||||||||
17-18-33 | Diffusion | Ring- | |||||||||
Te | elektrode | In Ga Ag | |||||||||
Quarz- | 11770,50 | 850 | 0,05 | 72 | AuSb- | 0,127-mm- Elektrode |
|||||
Tiegel | GaAs | 7,8 | plattierte Kovar- |
||||||||
17-21-5 | Zn | Diffusion | Ring- | ||||||||
Te | elektrode | In Ga Ag | |||||||||
Quarz- | 11770,50 | 850 | 0,05 | 72 | AuSb- | 0,127-mm- Elektrode |
|||||
Tiegel | 14 | plattierte Kovar- |
|||||||||
17-21-8 | Zn | Diffusion | Ring- | ||||||||
elektrode | |||||||||||
Claims (5)
1. Optischer Sender oder Verstärker unter unmittelbarer Umwandlung elektrischer Energie in
kohärente Lichtenergie unter Verwendung eines einkristallinen Halbleiters, der zur selektiven
Fluoreszenzangeregtwird,dadurchgekennzeichnet,
daß die selektive Fluoreszenz mittels Gleichstrom durch einen in Flußrichtung belasteten
PN-Übergang zur Injektion von Ladungsträgern, deren Dichte oberhalb eines durch die
Halbleitereigenschaften bestimmten Schwellenwertes liegt, in einer Halbleiterdiode angeregt wird,
so daß die Breite des Emissionsspektrums unterhalb 100 Ä, insbesondere in der Größenanordnung von
1 bis 10 Ä, liegt.
2. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristall
aus Galliumarsenid besteht.
409 758/165
3. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß derGalliumarsenideinkristall
in seinem P-Bereich (2) mit Tellurium-Atomen und in seinem N-Bereich (4) mit
Zink-Atomen dotiert ist.
4. Optischer Sender oder Verstärker nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die geometrischen Abmessungen des Kristalls so gewählt werden, daß für die Emissionswellenlänge
Resonanz besteht.
5. Optischer Sender oder Verstärker nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall zur selektiven
Fluoreszenz bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs betrieben wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 970 869, 1052 563; Physical Review, Bd. 127, Nr. 5 vom 1. 9. 1962, S. 1559 bis 1563.
Deutsche Patentschriften Nr. 970 869, 1052 563; Physical Review, Bd. 127, Nr. 5 vom 1. 9. 1962, S. 1559 bis 1563.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 758/165 12.64 © Bundesdruckerei Berlin
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US230607A US3265990A (en) | 1962-10-15 | 1962-10-15 | Stimulated emission of radiation in semiconductor devices |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1183599B true DE1183599B (de) | 1964-12-17 |
Family
ID=22865868
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEJ24565A Pending DE1183599B (de) | 1962-10-15 | 1963-10-15 | Optischer Sender oder Verstaerker unter unmittelbarer Umwandlung von elektrischer Energie in kohaerente Lichtenergie unter Verwendung eines einkristallinen Halbleiters, der zur selektiven Fluoreszenz angeregt wird |
Country Status (8)
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---|---|
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BE (1) | BE639434A (de) |
CH (1) | CH414027A (de) |
DE (1) | DE1183599B (de) |
FR (1) | FR1383866A (de) |
GB (1) | GB1045478A (de) |
NL (1) | NL299168A (de) |
SE (1) | SE315348B (de) |
Families Citing this family (5)
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