DE2430873A1 - Geschuetzte elektrolumineszierende diode - Google Patents
Geschuetzte elektrolumineszierende diodeInfo
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Description
FPHN,7173. Va/EVH.
Geschützte elektroltunineszieren.de Diode
Die Erfindung bezieht sich auf eine monolithische
Halbleiteranordnung, die mindestens eine elektroluminesezierende Diode mit pn-Uebergang enthält, deren Lichtleistung
im Betrieb einen Höchstwert B,, erhält, wenn sie von einem
Strom IM bei einer Speisespannung V, durchlaufen wird*
Es sei bemerkt, dass die nachstehend zu verwendenden Ausdrücke "Strahlungsausbeute", n Lichtstrom", "Lichtausbeute",
"Lumineszenz" und "empfindliche Strahlung" Strahlung betreffen,
die von einem elektrolumineszierenden Sender im gebrauchten Energiebereich, der dem Empfindlichkeitsbereich
des Empfängers entspricht, ausgesandt wird. Die Ausdrücke
gelten1 also für den sichtbaren Bereich, aber aueh für andere
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Strahlungen, wie Infrarotstrahlung, z.B. im Falle einer Photokopplungsvorrichtung mit für Infrarot empfindlichem
Empfänger.
Die elektrolumineszierenden Dioden mit Uebergang zeigen beim Betrieb eine abnehmende Strahlungsausbeute.
Diese Abnahme wird beschleunigt, wenn beträchtliche Ströme die Diode durchlaufen, und die Diode kann sogar zerstört
werden, wenn der Strom einen hohen ¥ert erreicht. Die elektrolumineszierenden Dioden müssen vor Ueberlastung und Ueber-
spannung geschützt werden, um Beeinträchtigung ihrer lumin.eszierenden
Eigenschaften zu vermeiden. Dies ist insbesondere im Falle von Mosaiken lumineszierender Dioden erforderlich,
vor allem wenn diese nach einer XY-Matrix angeordnet sind«
Ein Schutz durch diskrete Elemente, wie Strombegrenzerwiderstände, die mit isolierten Dioden in Reihe angeordnet werden,
kann wegen des Raummangels und der ungenügenden Zuverlässigkeit dieser Elemente nicht in Erwägung gezogen werden. Weiter
muss, weil der Stromverbrauch der elektrolumineszierenden Dioden ein wichtiger zu berücksichtigender Faktor ist, vermieden
werden, dass der betrachtete Schutz vor Ueberlastung oder Ueberspannung selber wenigstens bei normalem Betrieb
der Diode nicht zuviel verbraucht,
Die Erfindung bezweckt u.a., eine Anordnung mit einer elektrolumineszierenden Diode mit pn-Uebergang zu schaffen,
die vor etwa auftretender Ueberlastung: und. Ueberspannung .geschützt
ist, damit die lumineszierenden Eigenschaften beibehalten
werden.
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Weiter bezweckt die Erfindung, die Stärke des Stromes
herabzusetzen, der eine elektrolumineszierende Diode durchläuft,
wenn der Speisestrom dazu geneigt ist, den Wert zu überschreiten, der der maximalen Lichtleistung entspricht,
die normalerweise beim Betrieb emittiert wird, ohne dass
die emittierte Lichtleistung erheblich herabgesetzt wird, wenn der Speisestrom niedriger als dieser ¥ert wird oder
diesem Wert gleich bleibt.
Auch bezweckt die Erfindung einen Schutz einer
elektrolumineszierenden Diode vor Ueberlastung und üeberspannung
mit Hilfe in demselben Substrat wie die Diode integrierter
Elemente zu schaffen.
Nach der Erfindung ist eine monolithische Halbleiteranordnung
mit mindestens einer elektrolumineszierenden Diode mit pn^Uebergang, deren Lichtleistung beim Betrieb einen
Höchstwert B., erreicht, wenn sie von einem Strom IL bei
einer Speisespannung Υ., durchlaufen wird, dadurch gekennzeichnet,
dass sie parallel zu der genannten elektrolumineszierenden
Diode eine in derselben Richtung wie diese Diode geschaltete parallele Diode mit pn-Uebergang enthält, deren innerer
Potentialunterschied erheblich grosser als die Spannung ist, die der Mindestenergie der Strahlungsrekorabinatiönsübergänge
in der genannten elektrolumineszierenden Diode entspricht, wobei die parallele Diode eine dynamische Admittanz aufweist,
die höher als die der elektrolumineszierenden Diode ist,
wenigstens für alle Speisespannungen, die Y., überschreiten.
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Der Innere Potentialunterschied des Uebergangs der
parallelen Diode, der der Abweichung zwischen den scheinbaren Fermi-Niveaus zu beiden Seiten der Uebergänge derselben
entspricht, ist höher als die Spannung, die der genannten Mindest energie entspricht, für die die elektrolumineszierende
Diode eine empfindliche Lichtemission aufweist; dadurch lässt die parallele Diode praktisch keinen Strom im Erregungsniveaubereich
zwischen 0 und der diesem Potentialunterschied gleichen Spannung durch und die Wirkung der elektrolumineszierenden
Diode wird nicht beeinträchtigt.
Bei einer Speisespannung, die höher als der innere Potentialunterschied der parallelen Diode ist, nimmt die
dynamische Admittanz dieser Diode schnell zu und überschreitet den ¥ert der dynamischen Admittanz, die die elektrolumines-
zierende Diode aufweist, wenn sie den für den Betrieb bei
absichtigten Zustand erreicht. Oberhalb dieses Erregungspegels durchlauft der grösste Teil des Speisestroms die
parallele Diode, wobei der Strom in der elektrolumineszierenden Diode beschrankt wird, während die letztere Diode geschützt ist,
In Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen ist bei 1 in linearen Koordinaten die Kurve dargestellt, die für den
Strom I als Funktion der Spannung V, die über der elektrolumineszierenden
Diode angelegt ist, charakteristisch ist« Diese Kurve weist bekanntlich einen Knick in der Nähe der
Spannung Vn auf und von dort an nimmt die Impedanz des
dynamischen Widerstandes der Diode schnell ab. Die Spannung V_
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liegt oft, bis auf 0,1 V, in der Nähe der Mindestenergie
der Rekombinationsübergänge der elektroluraineszierenden Diode.
Bei 2 ist die Kennlinie für die parallele Diode dargestellt, die zu der elektrolumineszierenden Diode parallel
liegt. Die Kurve 2 weist einen Knick in der Nähe der Spannung
V_ auf, die höher als V-, ist und praktisch dem inneren
Potentialunterschied des Uebergangs dieser parallelen Diode entspricht. Von V_ an nehmen die Admittanz und die dynamische ·
Admittanz der parallelen Diode schnell zu und oberhalb V.,, die die den beiden Dioden gemeinsame Speisespannung ist
"und der maximalen Lichtleistung beim Betrieb der elektrolumineszierenden
Diode entspricht, ist die dynamische Admittanz der parallelen Diode höher als die dynamische Admittanz der
elektrolumineszierenden Diode. Der Strom in der parallelen Diode wird schnell entscheidend; die elektrolumineszierende
Diode empfängt einen immer kleineren Teil des Gesamtspeisestroms
und wird somit vor Ueberlastung geschützt.
Es ist günstig, die zweite Diode nicht nur zum direkten Schützen der elektrolumineszierenden Diode vor
Ueberlastung, sondern auch zum Schützen vor den Sperrspannungen zu verwenden, die manchmal an diese Diode angelegt werden
könnten. In einer günstigen Ausführungsform der Erfindung
ist die parallele Diode eine Diode mit Umkehrdurchschlageffekt
, bei der die Konzentration an Dotierungsverunreinigungen zu beiden Seiten des Uebergangs grosser als die Konzentration
an Dotierungsverunreingungen zu beiden Seiten des Uebergangs
r '
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der elektrolumineszierenden Diode ist. Der höhere Dotierungspegel der Diode mit Durchschlageffekt bestimmt für die letztere
eine inverse Durchschlagspannung, die schwächer als die der elektrolumineszierenden Diode ist, die somit auch geschützt
wird. Die Diode mit Durchschlageffekt kann eine Zenerdiode oder eine Lawinendiode sein.
Anordnungen, die innerhalb derselben monolithischen Scheibe eine Kombination von zwei Dioden enthalten, von denen
eine eine hShere Schwellwert spannung und einen geringeren dynamischen ¥iderstand als die andere aufweist, werden zum
Detektieren von Signalen angewendet. In diesen Anordnungen, wie sie in der USA-Patentschrift 3 4l8 587 beschrieben sind,
erfüllen jedoch die beiden Dioden die gleiche Funktion, müssen gleichartig sein und werden aus demselben, an diese
Funktion angepassten Material hergestellt. Weiter ist der Schutz vor inverser Heberlastung nicht gewährleistet, weil
eine Diode mit Durchschlageffekt beim Betrieb in einer
Richtung vorgespannt ist, die der der anderen Diode entgegengesetzt ist.
Die relativen Merkmale der beiden Dioden, die einen Teil der monolithischen Anordnung nach der Erfindung bilden,
können durch verschiedene Mittel erhalten werden. In einer ersten Ausführungsform weisen das Material der elektrolumineszierenden
Diode und das Material der parallelen Diode verwandte Zusammensetzungen auf und die Kristallgitter der
beiden Materialien stimmen miteinander überein, wodurch es
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möglich wird, ein Material auf dem anderen epitaktisch
niederzuschlagen. Damit der innere Potentialunterschied der parallelen Diode die Spannung überschreiten wird, die
der Mindest energie der Strahlungsrekombinationsübergänge in
der elelctrolumineszierenden Diode entspricht, wird für die
parallele Diode vorzugsweise ein Material gewählt, das eine grSssere verbotene Bandbreite aufweist. So sind z.B. die
Materialien der beiden Dioden sogenannte ΙΙΙ-Λ7"-Verbindungen,
deren zusammensetzende Elemente zu den Spalten III und V des periodischen Systems von Elementen gehören, und ist den
Materialien der beiden Dioden mindestens ein Element der
beiden Spalten gemeinsam. So ist z.B. die elelctrolumineszierende Diode aus Galliumarsenid hergestellt, dessen verbotene Bandbreite
1 tU eV ist, was einer Energiestrahlungsemission von
1,4 eV entspricht, während z.B. die zweite Diode aus Galliumaluminiumarsenid
(Ga1 Al As) besteht, Wobei 0,05Cx<0,20 ist,
dessen verbotene Bandbreite 1,5 eV beträgt, was einem inneren Potentialunterschied der Uebergänge in der Grössenordnung
von 1,5 eV entspricht. In diesem Beispiel ist der
Dotierungspegel von GalliLumaluminiumarsenid, aus dem die
parallele Diode hergestellt ist, höher als der von Galliumarsenid,
aus dem die elektrolumineszierende Diode hergestellt ist, so dass ein genügend schwacher dynamischer Widerstand
erhalten wird.
Zur Verwirklichung dieser Ausführuagsform kann auch
von einer Scheibe aus GaAs1 P oder Ga1 Al As, wobei
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χ und y zwischen O und 0,9 liegen, und von einem epitaktischen
Niederschlag einer Verbindung GaAs1 .P , oder
Ga1 ,Al .As ausgegangen werden, wobei χ + 0,05 £ x1^^+0»2^ 1
und y + 0,055-y'^y+0,2^.1 ist·
Bei einer weiteren Ausführungsform werden die elektrolumineszierend
e: Diode und die parallele Dicfde aus Materialien der gleichen Zusammensetzung, z.B, einer binären ΙΣΣ-V-Verbindung,
wie Galliumarsenid, hergestellt und sind die Dotierungsverunreinigungen in den verschiedenen Gebieten der
beiden Dioden verschiedenartig und weisen verschiedene Konzentrationen auf, so dass der innere Potentialunterschied des
pn-Uebergangs der parallelen Diode höher als die Spannung ist,
die der Mindestenergie der Strahlungsrekombinationsübergänge in der elektrolumineszierenden Diode entspricht. Diese Ausführungsform
ermöglicht es, ohne Schwierigkeiten die üblichen Techniken zur Herstellung der Halbleiteranordnungen, wie die
Epitaxie aus der Dampfphase oder die Epitaxie aus der Flüssigkeitsphase, Ionenimplantation oder andere Techniken
anzuwenden.
Die beiden Dioden werden z.B. aus einem Material einer Ill-V-Verbindung hergestellt: GaAs1 P , wobei
1 \ χ ^0,8 ist, wobei die elektrolumineszierende Diode mit
17 ' 20 T
Stickstoff in einer zwischen 10 und 10 Atomen/cm liegenden
Konzentration dotiert wird, während die parallele Diode keine Stickstoffdotierung aufweist.
Nach einer bedonderen Ausführungsform, die sich aus
Λ0 9884/108 0
der eben beschriebenen Ausführungsform ergibt, wird die
elelctroLumineszierende Diode aus einem stark dotierten
Halbleitermaterial, das gewissermassen kompensiert ist, z.B. aus einem mit einem amphoteren Element dotierten Material,
hergestellt und wird die parallele Diode aus einem dotierten und nicht kompensierten Material der gleichen Zusammensetzung
hergestellt. Die elektrolumineszierende Diode besteht
z.B. aus Galliumarsenid, das mit Silicium in den beiden Gebieten mit entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen
dotiert ist. In diesem Material können Strahlungsrekombinationsübergänge
zwischen dem "Schwanz" des Leitungsbandes und dem Band verwendeter Akzeptorverunreinigungen mit einer die
verbotene Bandbreite des Ausgangsmaterials erheblich unterschreitenden
Energie auftreten. Die parallele Diode besteht z.B. aus Galliumarsenid vom η-Typ, das mit Tellur dotiert
ι
ist j in das Zink eindiffundiert ist, wodurch ein p-leitendes Gebiet gebildet wird. Die elektrolumineszierende Diode, die mit Silicium dotiert ist und amphoter ist, wird vorzugsweise durch Epitaxie aus der Flüssigkeitsphase erhalten.
ist j in das Zink eindiffundiert ist, wodurch ein p-leitendes Gebiet gebildet wird. Die elektrolumineszierende Diode, die mit Silicium dotiert ist und amphoter ist, wird vorzugsweise durch Epitaxie aus der Flüssigkeitsphase erhalten.
Bei einer Abwandlung der verschiedenen eben beschriebenen Ausführungsformen enthält die- monolithische
Halbleiteranordnung nach der Erfindung ausser einer'elektro- λ
lumineszierenden Diode und einer parallelen Diode zum Schutz
der elelctro lumiixe s zier end en Diode einen zu den genannten Dioden parallelen Stromweg, wobei die Merkmale dieses
Weges derart gewählt sind, dass ein Schwelleneffekt der
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Elektrolumineszenz herbeigeführt wird, wie dies in der An- · Ordnung der Fall ist, die den Gegenstand einer französischen
gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung von Anmelderin unter dem Titel: rtDispositif Electroluminescent a seuil"
eingereichten Anmeldung bildet» Der genannte Weg, der eine
hohe Impedanz in bezug auf die der elektrolumineszierenden
Diode aufweist, wenn der Erregungspegel verhältnismässig hoch ist, beeinträchtigt die Wirkung der Schutzdiode nicht,
während die letztere, die eine hohe Impedanz aufweist, wenn der Erregungspegel verhältnismässig- niedrig ist, den Schwelleneffekt
nicht stört, der durch den Stromweg herbeigeführt wird.
Die elektrolumineszierenden Dioden nach der vorliegenden Erfindung \irerden aus III-V— oder H-VI-Halbleiterverbindungen
mit zwei, drei oder vier Bestandteilen hergestellt und können durch alle Verfahren erhalten werden, die sich aus
den Techniken zur Herstellung von Halbleiteranordnungen ergeben. Dies ist auch mit der parallelen Diode der Fall,
die vorzugsweise durch Diffusion, durch Kombination aufeinanderfolgender
oder zusammenfallender Diffusionen, durch Ausdiffusion, Verdampfung, Legieren oder Epitaxie erhalten
werden kann»
Die parallele Diode, die aus Materialien der gleichen Art wie die Materialien der elektrolumineszierenden Diode
hergestellt ist, kann ebenfalls eine Lichtemission aufweisen*
Nach der Spezifikation des Empfängers kann es sich als notwendig
erweisen, die etwaige Lichtemission der parallelen
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Diode mSgliehsi; zu schwächen,· ζΛΈ. im Falle "von Photokopp lung.
Die unerwünschte Liclitemission der parallelen Diode -wird
geschwächt oder nahezu "beseitigt, indem Materialien und eine
Geometrie gewählt werden, die eine maximale Absorption ergeben, während weiter eine Kontakt elektrode mit einer maximalen
und völlig undurchsichtigen Oberfläche verwendet wird.
Die Erfindung kann zum Schützen elektrolumineszierender
Dioden in ihren verschiedenen Anwendungsgebieten verwendet werden,
Die Erfindung lässt sich insbesondere bei elektroiumineszierenden
Dioden von Ehqtokopplungsanordnungen und
bei Dioden logischer optoelektronischer Anordnungen verwenden. Auch lässt sich die Erfindung bei integrierten oder
ρ ο Iy Ii this chen elektrölumineszierenden ¥iedergabedioden in
diskreten Elementen oder in Mosaiken anwenden, r
Die TDrf-indung wix-d nachstehend beispielsweise an
Hand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Pig, 2 einen sehematisehen Schnitt durch eine
Anordnung nach der Erfindung in. einer ersten Ausführungsform,
Pig. 3 einen sehematisehen Schnitt durch eine Anordnung
nach der Erfindung in einer zweiten Ausfuhrungsform,
Fig. h teilweise einen schematischen Schnitt und
teilweise eine perspektivische Ansieht einer Anordnung nach
der Erfindung in einer dritten Axrsführungsform, und
Pig· 5 einen schematischen Schnitt durch eine
Anordnung nach der Erfindung in. einer vierten Ausführungsform,
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Die schematisch im Schnitt in Fig. 2 dargestellte Anordnung setzt sich z.B. aus einer Scheibe 21 aus Galliumarsenid
vom n—Typ zusammen. Es wird durch ein mit Zink
dotiertes diffundiertes Gebiet 23 vom p-Typ ein Uebergang
gebildet. Ein kleiner Teil der Oberfläche der Scheibe 21 ist mit einem epitaktischen Niederschlag 22 aus Galliumaluminiumarsenid
mit 5^ Aluminium vom η -Typ überzogen, das mit Tellur
dotiert ist, in dem ein diffundiertes mit Zink vom p-Typ dotiertes Gebiet 24 einen Uebergang 29 bildet. Die Scheibe
ist mit einem metallenen Kontaktniederschlag 25 auf der
den diffundierten Gebieten gegenüber liegenden Fläche versehen,
welche letzteren Gebiete mit je einem metallenen Kontaktniederschlag 26 bzw, 27 versehen werden. Die beiden
Dioden der Anordnung v/erden parallel mit Hilfe einer Quelle in der Durchlassrichtung vorgespannt.
Der Uebergang 20 wird elektrolumineszierend und
emittiert im Infrarotbereich, wenn ein Strom von der Quelle injiziert wird. Die Dicke der Schicht 22 ist minimal und die
Konzentrationen an Verunreinigungen - Tellur im obenbeschriebenen
Beispiel - sind darin höher als im Substrat 21, so dass die dynamische Impedanz grosser und die Durchschlagspannung
zv/ischen den Elektroden 25 und 27 kleiner als
zwischen den Elektroden 25 und 26 sein wird.
Die schematisch im Schnitt in Fig. 3 dargestellte Anordnimg besteht z.B. aus einer Scheibe 31 aus Galliumarsenid
vom n+-Typ, das mit Tellur dotiert ist. Auf einer
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Fläche dieser Scheibe ist durch Epitaxie aus der Flussigkextsphase
ein Galliumarsenidniederschlag in zwei Schichten gebildet, von denen eine Oberflächenschicht 33 vom p-Typ
und eine unterliegende Schicht 32 vom η-Typ ist, die miteinander
einen TJebergang 30 bilden. Diese beiden Schichten
werden durch Zusatz von Silicium zu der Epitaxieflüssigkeit
in einer Konzentration in der Grössenordnung von 0,2 Gew.^o
erhalten, so dass während des Niederschlagvorgangs, der zwischen 95O°C und der Umgebungstemperatur durchgeführt wird,
nacheinander eine Dotierung vom η-Typ und dann eine Dotierung
vom p-Typ erhalten werden. Die Epitaxie erfolgt örtlich oder
es wird ein kleiner Teil des gebildeten Niederschlags entfernt
und auf dem frei gelegten Teil der Scheibe bildet ein Gebiet 3k vom p-Typ, das mit Zink dotiert ist, einen
Uebergang 39. Die Scheibe 31 ist mit einer Metallschicht 35 versehen, die für den Kontaktanschluss auf der dem epitaktischen
Niederschlag gegenüberliegenden Fläche bestimmt ist. Das diffundierte Gebiet weist eine metallene Kontaktflache
und die epitaktische Schicht 33 einen metallenen Kontaktniederschlag 36 ιη Form eines Ringes auf, wobei die durch
die Gebiete 32 und 33 gebildete elektrolurnineszierende Diode
über die äussere Fläche der Schicht 33 Strahlung emittieren muss.
Die beiden Dioden der Anordnung werden parallel mit
Hilfe einer Quelle 38 gespeist, die die Dioden in der Durchlassrichtung
vorspannt»
409884/1080
Die elektrolumxneszierende Diode mit Uebergang 30.
-3 2 weist eine Uebergangsoberflache von 10 cm -, z.B. ein
Quadrat von 300 χ 300 ,um auf. Ihr Wirkungsgrad ist 5 $;
bei einem Strom von 10 mA bei 1,15 V ist die emittierte Leistung 0,6 mW und bei einem Strom von 20 mA bei 1,25 V
ist die emittierte Leistung 1,3 mV. Die parallele Diode 39
-4 2 weist eine Uebergangsoberflache von 10 cm , z.B. 30 χ 300 /um
und das diffundierte Gebiet 34 weist eine Tiefe von 10/um
auf. Bis zu 20 mA ist die Impedanz der parallelen Diode viel grosser als die Impedanz der elektrolumineszierenden
Diode; oberhalb 20 mA ist diese Impedanz dagegen geringer. Die elektrolumineszierende Diode wird z.B. beim Normalbetrieb
bei 10 mA verwendet.
Die teilweise schematisch im Schnitt in Fig. 4 gezeigte Anordnung besteht aus einer Reihe elektrolumineszierender
Dioden, die auf einem Substrat 4i aus Galliumphosphid
hergestellt sind, das mit einer Konzentration■an
Verunreingungen dotiert ist, die der gewünschten inversen Durchschlagspannung entspricht, um den Schutz der Diode
vor Ueberspannung in der Sperrichtung zu gewährleisten.
Die Dotxerungsverunreingungen sind z.B.. Selen, Schwefel
oder Tellur. Das Substrat 41 ist mit einer epitaktischen Schicht 42, z.B. aus Galliumarsenid (GaAS1 P ) überzogen,
wobei χ = 0,9 ist. Die Schicht 42 wird durch Epitaxie aus der Dampfphase oder durch Epitaxie aus der Flüssigkeitsphase
niedergeschlagen und wird vollständig mit Yerunreingungen
409884/1080
vom gleichen Typ, aber mit einer geringeren Konzentration
als im Substrat 41 dotiert. Der obere Teil dieser epitaktischen
Schicht bis zu einer Tiefe, die in der Figur der gestrichelten
Linie 53 entspricht, ist ausserdem mit Strahlungsrekombinationszentren,
z.B. Stickstoff oder Sauerstoff, dotiert. Für jede Diode wird ein Teil der Oberfläche des Substrats
bis zu einer Teife weggeätzt, die es ermöglicht, das ursprüngliche
Substrat 41 zu erreichen. Ortliche Zinkdiffusionen
bilden einerseits Gebiete A3 in der Schicht 42 und andererseits
Gebiete AA in den durch Aetzung freigelegten Teilen
des Substrats. Die Uebergänge 51 zwischen den Gebieten 43
ixnd der Schicht 42 weisen eine grosse Oberfläche auf und
sind elektrolumineszierend« Die Uebergänge 52 zwischen den
Gebieten AA und dem Substrat 41 bilden Schutzdioden. Diese
Dioden sind parallel zu den elektrolumineszierenden Dioden
■ ι ■■"■■■ .;:...■
dadurch angeordnet, dadurch, dass eir>e Isolierschicht 40 auf der Oberfläche der Anordnung niedergeschlagen wird, dass Fenster in der Isolierschicht 40 oberhalb der Gebiete 43 und AA angebracht und. dass metallene Leiter 46 auf dem Umfang der geöffneten Fenster oberhalb der elektrolumineszierenden -Gebiete A3, metallene Leiter 47 auf den oberhalb der Gebiete AA liegenden geöffneten Fenstern und metallene Leiter 48 niedergeschlagen werden, die jeden Leiter 46 mit einem Leiter A7 verbinden. Ein metallener Niederschlag 45 wird auf der anderen Fläche des Substrats abgelagert xind die Speisespannungsquelle der Anordnung wird einerseits
dadurch angeordnet, dadurch, dass eir>e Isolierschicht 40 auf der Oberfläche der Anordnung niedergeschlagen wird, dass Fenster in der Isolierschicht 40 oberhalb der Gebiete 43 und AA angebracht und. dass metallene Leiter 46 auf dem Umfang der geöffneten Fenster oberhalb der elektrolumineszierenden -Gebiete A3, metallene Leiter 47 auf den oberhalb der Gebiete AA liegenden geöffneten Fenstern und metallene Leiter 48 niedergeschlagen werden, die jeden Leiter 46 mit einem Leiter A7 verbinden. Ein metallener Niederschlag 45 wird auf der anderen Fläche des Substrats abgelagert xind die Speisespannungsquelle der Anordnung wird einerseits
409884/1080
an den Niederschlag 45 und andererseits an jedes Leitergebilde
46, 47, 48 angeschlossen. Die Emissionsoberfläche
der elektroluinineszierenden Dioden wird von einer transparenten Isolierschicht 50 geschützt.
Die in Fig. 5 gezeigte Anordnung enthält eine
elektrolumineszierende Diode, die durch ein erstes Gebiet gebildet wird, das durch Epitaxie auf einer Schicht 60
niedergeschlagen ist, die ein zweites Gebiet bildet, wobei die letztere Schicht durch Epitaxie auf einer Scheibe 62
niedergeschlagen ist. Die Scheibe ist z.B» vom ^-Leitfähigkeit styp und stark dotiert; die Schicht 60 ist vom n-Typ
und das Gebiet 61 vom p-Typ, Auf einem Teil der Oberfläche der Scheibe 62 wird ein Gebiet 67 vom p-Typ durch Diffusion
angebracht. Auf einem anderen Teil der Oberfläche der Scheibe wird eine Schicht 63 aus einem Material angebracht, das mit
dem Material der Scheibe 62 einen Schottky-Uebergang bildet,
Kontaktmittel werden vorgesehen: bei 68 auf dem
diffundierten Gebiet 67, bei 64 auf der Schicht 63, bei 65 auf
dem Gebiet 61 und bei 66 auf der Scheibe 62. Die drei Dioden der Anordnung werden parallel mit Hilfe einer Stromquelle
gespeist. Die Schwellwertspannung des Schottky-Uebergangs 63/62 ist ein Bruchteil der Schwe11wertspannung des Uebergangs 61/60,
und die Schwellwertspannung des Uebergangs 67/62 ist höher
als die SchweHwertspannung des Uebergangs 61/60, was z.B.
dadurch erzielt wird, dass für die elektrolumineszierende Diode 61/60 ein Material verwendet wird, das stark kompensiert
409884/1080
ist. Mit dieser Anordnung ist eine elelctrolumineszierende
Diode mit Sehwelleneffekt erhalten, die vor Ueberlastung und
etwa auftretender Ueberspannung geschützt ist.
40988A/1080
Claims (2)
- PATENTANSPRÜCHE:1 . J Monolithische Halbleiteranordnung mit mindestens einer elektrolumineszierenden Diode mit pn-Uebergang, deren Lichtleistung beim Betrieb einen Höchstwert B., erhält, wenn sie von einem Strom I., bei einer Speisespannung V durchlaufen wird, dadurch gekennzeichnet, dass diese Anordnung parallel zu der genannten elektrolumineszierenden. Diode eine in derselben Richtung geschaltete parallele Diode mit pn-Uebergang enthält, deren innerer Potentialunterschied erheblich grosser als die Spannung ist, die der Mindestenergie der Strahlungsrekoinbinationsübergänge in der genannten elektrolumineszierenden Diode entspricht, wobei die parallele Diode eine dynamische Admittanz aufweist, die höher als die der elektrolumineszierenden Diode ist, wenigstens für alle Speisespannungen, die V,, überschreiten.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die parallele Diode eine Diode mit inversem Durchschlageffekt ist, deren inverse Durchschlagspannung niedriger als die der elektrolumineszierenden Diode ist. 3· Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial der parallelen Diode eine Konzentration an nichtkompensierten. Dotierungsverunreinigungen enthält, die höher als die Konzentration an Dotierungsvexnanreinigungen zu beiden Seiten des Uebergangs der elektrolumineszierenden Diode ist.409884/1080'■h't Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass das Material der parallelen Diode ein Halbleitermaterial ist, dessen Zusammen- j setzung der des Materials der elektrolumineszierenden Diode verwandt und dessen verbotene Bandbreite grosser ist, während die Kristallgitter der beiden Materialien miteinander übereinstimmen.5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die parallele Diode aus demselben Halbleitermaterial wie die elektrolumineszierende Diode hergestellt und mit Verunreinigungen verschiedener Art und ver- .■schiedener- Konzentrationen dotiert ist, so dass der innere Potentialunterschied des Uebergangs der parallelen Diode höher als die Spannung ist, die der Mindestenergie"der" Strahlungsrekombinationsübergänge in der elektrolumineszierenden Diode entspricht.6« Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrolumineszierende Diode aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist, das durch Dotierung kompensiert wird, während die parallele Diode aus demselben Material hergestellt ist, das stark mit Verunreinigungen verschiedener Art und verschiedener Konzentrationen dotiert und nicht kompensiert ist. :7» . Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch.gekennzeichnet, dass die Materialien der elektrolumi-rieszierenden Diode vaid der parallelen Diode axis409884/1080Verbindungen bestehen, denen mindestens ein Element der Spalte III und ein Element der Spalte V des- periodischen Systems von Elementen gemeinsam ist.8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3» ^ oder 71 dadurch gekennzeichnet, dass das Material der elektrolumineszierend en Diode Galliumarsenidphosphid entsprechend der Formel GaAs1 P ist, wobei 0 <. χ / 0,9 ist, während das Material der parallelen Diode Galliumarsenidphosphid entsprechend der Formel GaAs1 fP , ist, wobei x + 0,05<x'^ x + 0,2 <. 1 ist.9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, ^ oder 7» dadurch gekennzeichnet, dass das Material der elektrolumineszierend en Diode GaIliuraaluminiumarsenid entsprechend der Formel Ga- Al As ist, wobei 0^.y<.0,9 ist, während das Material der parallelen Diode Galliumaluminiumarsenid entsprechend der Fprnlel Ga1 _ fAl ,As ist, wobei* -y yy + 0,05£y*£y + 0,2^1 ist.10. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrolumineszierende Diode und die parallele Diode aus demselben Halbleitermaterial entsprechend der Formel GaAs1-P hergestellt sind, wobei 1^x^0,8 ist, wobei die elektr«lumin»szierende Diode mit Stickstoff mit einer Konzen-■Ι ry "»Q Otratxon zwischen 10 und 10 Atoratn/cra dotiert iet und die parallele Diode keine Stickstoffdotierung aufweist.11. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrolumineszierende Diode aus409814/1080einem Material hergestellt ist, das dureh Dotierung mit einem amphoteren Element kompensiert ist, während die parallele Diode aus einem nichtkorapensierten Material dergleichen Zusammensetzung hergestellt ist.12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie auaserdem parallel zu der elektrolumineszierenden Diode und der parallelen Diode einen Stromweg enthält, der einen Schwelleneffekt der Lichtemission der elektrοlumineszierenden Diode herbeiführt. 13· Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Dioden in einem einkristallinen Substrat und die andere Diode in einer auf dea genannten Substrat niedergeschlagenen epitaktischen Schicht gebildet wird.98 84/10 80
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