DE1278002B - A B -Lumineszenzdiode, insbesondere auf GaAs-Basis, mit hoher Lichtausbeute infolge geringer Absorption der p-Lumineszenz in der n-Zone - Google Patents
A B -Lumineszenzdiode, insbesondere auf GaAs-Basis, mit hoher Lichtausbeute infolge geringer Absorption der p-Lumineszenz in der n-ZoneInfo
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Description
DeutscheKl.: 21 f-89/03
Nummer: 1278 002
Aktenzeichen: P 12 78 002.8-33 (S101435)
1 278 002 Anmeldetag: 14.Januar 1966
Auslegetag: 19. September 1968
Es ist bekannt, daß in einer Am !^-Lumineszenzdiode die Photonenenergie in der η-Zone der Diode
meist größer ist als in der p-Zone. Das bedeutet umgekehrt, daß praktisch nur die p-Lumineszenzstrahlung
auf dem Wege durch die η-Zone nach außen gelangen kann, ohne stark absorbiert zu werden. Bei
üblichen Betriebstemperaturen, insbesondere für GaAs bei Zimmertemperatur, sind die Absorptionsverluste
in einer AinBv-Lumineszenzdiode mit homogenem Grundmaterial aber noch so hoch, daß nur wenige
Prozente der am pn-übergang entstandenen p-Lumineszenzstrahlung die η-Zone durchdringen.
Zur Verringerung der Absorptionsverluste in der η-Zone wurde bereits vorgeschlagen (J. Appl. Phys.,
Bd. 36, Nr. 2 [1965], S. 460 bis 461), eine Lumineszenzdiode
auf GaAs-GaP-Basis zu verwenden, deren Absorptionsverluste beim Durchgang der am
pn-übergang der Diode entstandenen p-Lumineszenzstrahlung durch die η-Zone der Diode dadurch vermindert
sind, daß mittels kontinuierlicher Änderung der Zusammensetzung des halbleitenden Grundmaterials
die η-Zone einen mit zunehmendem Abstand vom pn-übergang wachsenden effektiven Bandabstand
hat.
Eine so aufgebaute AinBv-Lumineszenzdiode mit kontinuierlicher Zunahme des effektiven Bandabstandes
hat aber noch folgende Nachteile:
1. Ein beachtlicher Anteil der Lumineszenzstrahlung, insbesondere der kurzwellige Teil, wird in dem
an den pn-übergang angrenzenden Bereich der η-Zone bereits absorbiert.
2. In einer solchen, in ihrer Zusammensetzung stetig veränderten Diode bilden die Flächen mit gleichen
optischen Eigenschaften Ebenen parallel zur pn-Übergangszone; wenn die äußere Grenzfläche
der Dioden-n-Zone nicht gerade mit einer solchen Ebene zusammenfällt, ändern sich die optischen
Eigenschaften über die ganze äußere Oberfläche der η-Zone. In vielen Fällen ist das nicht erwünscht.
3. Ein wesentlicher Nachteil besteht noch darin, daß bei der stetigen Änderung der Zusammensetzung
des Grundmaterials ein bestimmter Konzentrationsgradient eingehalten werden muß,
da die Strahlungsquelle selbst innerhalb dieses Grundmaterials liegt. Andernfalls wären die so
aufgebauten Lumineszenzdioden nicht reproduzierbar bezüglich Ausbeute und Wellenlänge des
Lumineszenzmaximums.
Es ist außerdem bekannt, daß die Intensität der austretenden Strahlung noch dadurch merklich erhöht
AinBv-Lumineszenzdiode,
insbesondere auf GaAs-Basis, mit hoher
Lichtausbeute infolge geringer Absorption der
p-Lumineszenz in der n-Zone
insbesondere auf GaAs-Basis, mit hoher
Lichtausbeute infolge geringer Absorption der
p-Lumineszenz in der n-Zone
Anmelder:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Wittelsbacherplatz 2
Als Erfinder benannt:
Dr. Günter Winstel,
Dr. Günter Winstel,
Dipl.-Phys. Karl-Heinz Zschauer, 8000 München
werden kann, daß man dem η-dotierten Teil der Diode ao an der Außengrenze eine solche Form, etwa Weierstrass-Geometrie
(vgl. Fig. 2 bzw. 3), gibt, daß die Strahlung auf diese Grenzfläche so auftrifft, daß sie
praktisch ohne Totalreflexionsverluste nach außen durchtreten kann,
as Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Lichtausbeute der AlllBv-Lumineszenzdiode darüber hinaus noch dadurch zu erhöhen, daß die Absorptionsverluste an Lumineszenzstrahlung längs des Weges von ihrer Entstehung am pn-übergang durch die n-Zone der Diode bis hin zur äußeren Grenzfläche möglichst vollkommen unterdrückt werden.
as Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Lichtausbeute der AlllBv-Lumineszenzdiode darüber hinaus noch dadurch zu erhöhen, daß die Absorptionsverluste an Lumineszenzstrahlung längs des Weges von ihrer Entstehung am pn-übergang durch die n-Zone der Diode bis hin zur äußeren Grenzfläche möglichst vollkommen unterdrückt werden.
Entsprechend dem Gedanken der vorliegenden Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst,
daß in der AlllBv-Lumineszenzdiode, insbesondere J5 in einer GaAs-Diode, der effektive Bandabstand des
halbleitenden Grundmaterials der n-Zone gegenüber dem der p-Zone unmittelbar am pn-übergang sprunghaft
um etwa die Halbwertsbreite des Lumineszenzbandes oder mehr zunimmt, so daß selbst der kurz-(.o
wellige Anteil der p-Lumineszenzstrahlung die n-Zone im wesentlichen ohne Absorption durchdringt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung und an Hand der F i g. 1
und den in Fig. 2 bzw. 3 gezeigten Ausführungsbeispielen, bei denen die p-Zone epitaktisch auf der
n-Zone niedergeschlagen bzw. in diese einlegiert ist, näher erläutert.
Das gewünschte, im wesentlichen absorptionsfreie Durchdringen der n-Zone wird möglich, wenn die
So folgende Ungleichung gilt:
hvp + Ä{hvp) < Ak .
809 617/231
Claims (7)
1. Der äußeren Grenzfläche der η-Zone der Diode kann jede gewünschte Form gegeben werden,
etwa sogenannte Weierstrass-Geometrie, entsprechend F i g. 2 oder 3, mit möglichst niedri- 6g
gen Totalreflexionsverlusten beim Durchgang der p-Lumineszenzstrahlung durch diese äußere
Grenzfläche der n-Zone.
2. Die optischen Eigenschaften des n-dotierten Materials bleiben dabei an der Oberfläche der
n-Zone der Diode stets dieselben, wie das für bestimmte Anwendungszwecke von Interesse sein
kann.
3. Die Zusammensetzung des Grundmaterials, gekennzeichnet durch χ, y, r und s, ist unkritisch.
Lediglich die Ungleichung
hvp + A(hvp) < Ak muß erfüllt sein.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung sollen die p- und die n-Zone der Diode trotz unterschiedlicher
Zusammensetzung des halbleitenden A111Bv-Grundmaterials möglichst gleiche Gitterkonstanten haben, um den pn-übergang technisch
möglichst einfach, insbesondere durch epitaktisches Aufwachsen der p-Zone auf die n-Zone, durchzuführen.
Patentansprüche:
1. AlllBv-Lumineszenzdiode, deren Absorptionsverluste beim Durchgang der im pn-übergang
der Diode erzeugten p-Lumineszenzstrahlung durch die n-Zone der Diode dadurch vermindert sind,
daß mittels Änderung der Zusammensetzung des halbleitenden Grundmaterials die n-Zone einen
größeren effektiven Bandabstand hat als der Frequenz der p-Lumineszenzstrahlung entspricht,
dadurch gekennzeichnet, daß der effektive Bandabstand des halbleitenden Grundmaterials
der n-Zone gegenüber dem der p-Zone unmittelbar am pn-übergang sprunghaft um etwa
die Halbwertsbreite des Lumineszenzbandes oder mehr zunimmt, so daß selbst der kurzwellige
Anteil der p-Lumineszenzstrahlung die n-Zone im wesentlichen noch ohne Absorption durchdringt.
2. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als A111Bv-Material
GaAs dient.
3. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitenden
Grundmaterialien der p- und der n-Zone angenähert gleiche Gitterkonstanten haben.
4. Lumineszenzdiode nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial
der p-Zone aus p-GaAs und das der n-Zone aus U-(Ga 1-ZAlz)(As1-^Py) mit den Beimischungsanteilen χ
> 0, y > 0 und x+y > 0 gebildet ist.
5. Lumineszenzdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial
der p-Zone aus P-(Ga1^rInr)(As1-SSbs)
mit den Beimischungsanteilen r > 0, s > 0 und r + s
> 0 gebildet ist.
6. Lumineszenzdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der effektive
Bandabstand der p-Zone durch Gegendotierung mit Donatoren gegenüber der Bandbreite des undotierten
Grundmaterials verringert, insbesondere die mit Zn p-dotierte GaAs-Zone durch Sn
gegendotiert ist.
7. Lumineszenzdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine p-Zone
nach Anspruch 5 oder 6 mit einer n-Zone nach Anspruch 4 verbunden ist.
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