DE2421590A1 - Optical semiconductor radiation source - has hilly geometric shaped outer surface with PN junction in or near hill - Google Patents
Optical semiconductor radiation source - has hilly geometric shaped outer surface with PN junction in or near hillInfo
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Abstract
Description
Optische Halbleiterstrahlungsquelles bei welcher mindestens einer der beiden Halbleiterbereiche eine hügelige äußere Oberfläche aufweist Die Erfindung betrifft eine optische Halbleiterstrahlungsquelle mit mindestens einem pn-Übergang zwischen zwei Bereichen unterschiedlichen iieitfähigkeitstyp.Optical semiconductor radiation source in which at least one of the two semiconductor regions has a hilly outer surface. The invention relates to an optical semiconductor radiation source with at least one pn junction Different types of conductivity between two areas.
Es wurde bereits diskutiert, den Strahlungsverlust durch -Totalreflexion bei optischen Halbleiterstrahlungsquellen dadurch zu vermindern, daß der Halbleiterkörper in Kunststoff eingebettet wird, was eine Vergrößerung des Winkels der otalreflexion und somit eine bessere Strahlungsausbeute zur Folge hat.It has already been discussed, the radiation loss due to total reflection to be reduced in the case of optical semiconductor radiation sources in that the semiconductor body embedded in plastic, increasing the angle of total reflection and thus a better radiation yield.
Es sei jedoch erwähnt, daß Halbleitermaterial relativ große Brechzahlen hat, so beträgt zum Beispiel -die Brechzahl n bei GaP n = 3,3. Der Grenzwinkel C der Totalreflexion gegen Luft ist deshalb bei diesem Material entsprechend klein, zum Beispiel o<= 17,7 ° bei GaP. Somit wird in dem angegebenen Beispiel alle Strahlung, die unter einem größeren Einfallswinkel als Cd auf die Halbleiteroberfläche auftrifft, total reflektiert und kann bestenfalls nach einer oder mehreren otalreflexionen den Kristall verlassen. Der totalreflexionsbedingte Strahlungsverlust ist somit ganz erheblich. Will man, wie anfangs erwähnt, diesen Anteil durch Einbetten des Halbleiterkristalls in Kunststoffe herabsetzen, so stehen hierzu Kunststoffe mit einer Brechzahl von maximal 1,6 zur Verfügung. Die hiermit erzielte Verbesserung ist somit gering.It should be mentioned, however, that semiconductor material has relatively large refractive indices has, for example, the refractive index n for GaP is n = 3.3. The critical angle C the total reflection against air is therefore correspondingly small with this material, for example o <= 17.7 ° for GaP. Thus, in the example given, all Radiation that hits the semiconductor surface at an angle of incidence greater than that of Cd hits, totally reflected and can at best after one or more total reflections leave the crystal. The total reflection-related radiation loss is thus quite considerably. As mentioned at the beginning, if you want to add this part by embedding the Reduce semiconductor crystal in plastics, so are plastics with this a refractive index of maximum 1.6 is available. The improvement achieved with this is therefore low.
Es ist bereits bekannt (vergleiche nPhysics of Semiconductor Devices, John Wiley & Sons, New York 1969, Seiten 636 bis 640), Halbleiterstrablungsquellen in Form von Halbkugeln oder von halben Paraboloiden auszubilden. Mit dieser Maßnahme wird die Totalreflexion der in die Halbkugel beziehungsweise in das Paraboloid einfallenden Strahlung nahezu unterdrückt, vorausgesetzt, die emittierende Fläche befindet sich im Zentrum der unteren Begrenzungsfläche der Halbkugel beziehungsweise des Paraboloids. Durch diese einschränkende Bedingung stehen weniger als 5 % der größten Kugel- beziehungsweise Paraboloidquerschnittsfläche als strahlungsemittierende Fläche zur Verfügung. Dadurch und durch eine relativ starke Absorption der erzeugten Strahlung bei dem durch die Domabmessungen bedingten relativ großen Strahlungsweg im Innern des Domes ergibt sich jedoch eine geringe Strahlungsdichte an der Oberfläche solcher Halbleiterstrahlungsquellen. Außerdem ist diese Gestaltung wegen des erwähnten langen Strahlungsweges im Innern des Domes bei Halbleiterstrahlungsquellen aus Halbleitermaterial, das die erzeugte Strahlung stark absorbiert, nicht anwendbar. Weiterhin beträgt der Halbleitermaterialbedarf bei solchen Strahlungsquellen ein Vielfaches von dem bei ebenen Bumineszenzdioden. Hinzu kommt, daß es derzeit noch kein Verfahren gibt, mit dem sich solche halbkugelförmige oder paraboloidförmige Halbleiterstrahlungsquellen bei großer Stückzahl wirtschaftlich sinnvoll fertigen lassen.It is already known (compare nPhysics of Semiconductor Devices, John Wiley & Sons, New York 1969, pages 636-640), semiconductor beam sources in the form of hemispheres or from half paraboloids. With this measure, the total reflection in the hemisphere respectively radiation incident into the paraboloid is almost suppressed, provided that The emitting surface is located in the center of the lower boundary surface of the hemisphere or the paraboloid. Due to this restrictive condition, fewer are available than 5% of the largest spherical or paraboloid cross-sectional area as radiation-emitting Area available. This and a relatively strong absorption of the generated Radiation with the relatively large radiation path caused by the dome dimensions inside the dome, however, there is a low radiation density on the surface such semiconductor radiation sources. In addition, this design is because of the aforementioned long radiation path inside the dome in the case of semiconductor radiation sources made of semiconductor material, which strongly absorbs the generated radiation, not applicable. Furthermore is the semiconductor material requirement for such radiation sources is a multiple of that with flat buminescent diodes. In addition, there is currently no procedure with which such hemispherical or paraboloidal semiconductor radiation sources can be manufactured economically in the case of large quantities.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, optische Halbleiters trahlungsquellen anzugeben, bei denen gleichzeitig die Totalreflexionsverluste weitgehend unterdrückt werden und das Material gut ausgenutzt wird.The object of the present invention is therefore to provide optical semiconductors indicate sources of radiation in which at the same time the total reflection losses largely suppressed and the material is well utilized.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens einer der beiden Halbleiterbereiche eine hügelige äußere Oberfläche aufweist.This object is achieved according to the invention in that at least one of the two semiconductor regions has a hilly outer surface.
Mit dieser Maßnahme wird der äußere Wirkungsgrad einer so ausgebildeten Halbleiterstrahlungsquelle gegenüber dem Wirkungsgrad einer Halbleiterstrahlungsquelle mit ebener Oberfläche erheblich, etwa um den Faktor 2,5, bei besonders günstigen Ausgestaltungen sogar uni den Faktor 5, heraufgesetzt. Die Erhöhung des äußeren Wirkungsgrades rührt von einer Verminderung des Totalreflexionsanteils her, bei einigen Ausfülirungsformen außerdem von einer Vergrößerung des Anteils an strahlender Fläche und bei einer anderen Ausführungsform von einer Verminderung der Absorptionsverluste mittels Verringerung der Domabmessungen und somit Verkürzung des Strahlungsweges. im Dominneren. Die Verminderung des Totalreflexionsanteils kommt dadurch zustande, daß diejenigen Strahlungsrichtungen, die bei einer ebenen Gestaltung@estaltung der Oberfläche der Halbleiterstrahlungsquelle total reflektiert werden, und das ist ein erheblicher Anteil der Gesamtstrahlung, nachdem der Grenzwinkel der Totalreflexion bei Halbleitermaterial gegen Luft klein ist, durch die hügelige Ausgestaltung der Oberfläche eine Chance bekommen, auf die Hügeloberfläche mit einem Einfallswinkel aufzutreffen, der kleiner ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion. Dadurch bekommt derjenige Anteil an Strahlung, der bei der ebenen Ausgestaltung der Oberfläche stets totalreflektiert wird, eine gewisse Chance, aus der Oberfläche auszutreten. Zusätzlich erhalten Strahlungsanteile, die an. einer Hügeloberfläche ein oder mehrmals totalreflektiert wurden, die Chance, auf eine andere Hügeloberfläche unter einem kleineren Winkel als den Grenzwinkel der Totalreflexion aufzutreffen und so aus der Oberfläche austreten zu können.With this measure, the external efficiency of a trained Semiconductor radiation source versus the efficiency of a semiconductor radiation source with a flat surface considerable, around a factor of 2.5, with particularly favorable designs even increased by a factor of 5. The increase in the external efficiency results from a reduction in the total reflection component, in some embodiments also from an increase in the proportion of radiant Area and in another embodiment of a reduction in absorption losses by reducing the dome dimensions and thus shortening the radiation path. inside the cathedral. The reduction in the total reflection component comes about that those directions of radiation, which in a flat design of the Surface of the semiconductor radiation source are totally reflected, and that is a significant proportion of the total radiation after the critical angle of total reflection in the case of semiconductor material against air is small, due to the hilly design of the Surface get a chance at the hill surface with an angle of incidence that is smaller than the critical angle of total reflection. This gets the proportion of radiation that is always present in the flat design of the surface is totally reflected, a certain chance to emerge from the surface. Additionally receive radiation components that are at. a hill surface one or more times totally reflected were having the chance of hitting another hill surface at a smaller angle than to hit the critical angle of total reflection and thus emerge from the surface to be able to.
Mit der Verbesserung des äußeren Wirkungsgrades der Halbleiterstrahlungsquelle geht eine verbesserte Ausnutzung des Halbleitermaterials einher.With the improvement of the external efficiency of the semiconductor radiation source This is accompanied by an improved utilization of the semiconductor material.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Hügel als spezielle geometrische, räumliche Figuren ausgebildet sind.A development of the invention is that the hill as special geometric, spatial figures are formed.
Diese Maßnahme bringt den Vorteil, daß bei einer vorgegebenen Größe und Lage der abstrahlenden pn-Übergangsfläche die Totalreflexionsverluste minimalisiert werden können.This measure has the advantage that for a given size and position of the radiating pn junction area minimizes total reflection losses can be.
Es ist auch vorteilhaft, daß die Hügel näherungsweise einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen.It is also advantageous that the mounds are approximately triangular in shape Have cross-section.
Außerdem ist es vorteilhaft, daß derjenige Winkel des dreieckförmigen Querschnittes, der an der Hügelspitze liegt, ungefähr gleich dem doppelten Grenzwinkel der Totalreflexion des den Hügel bildenden Materials entspricht. Mit dieser Maßnahme kann für Hügel mit dreieckförmigem Querschnitt und bei vorgegebener Lage der Fläche des strahlungserzeugenden pn-#berganges der Totalreflexionsverlust minimalisiert werden.It is also advantageous that the angle of the triangular Cross-section, which lies at the top of the hill, is approximately equal to twice the critical angle corresponds to the total reflection of the material forming the hill. With this measure can be used for hills with a triangular cross-section and with a given position of the surface of the radiation-generating pn- # transition, the total reflection loss is minimized will.
Es ist weiterhin vorteilhaft, daß die Hügel pyramidenförmig oder kegelförmig sind.It is also advantageous that the hills are pyramidal or conical are.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Hügel einen krei#förmigen oder parabolischen Querschnitt besitzen.A development of the invention is that the hill one have a circular or parabolic cross-section.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist es, daß die Hügel halbkugelförmig oder paraboloid geformt sind. Derartige Halbleiteroberflächen lassen sich herstellen, wie die Fig. 2 und 3 und die zugehörige#Beschreibung zeigen. Mit der letztgenannten Maßnahme lassen sich Totalreflexionsverluste praktisch vollkommen ausschalten, wenn die strahlende Fläche des pn-Überganges annähernd im Mittelpunkt der Halbkugel beziehungsweise des Paraboloids liegt. Eine Halbleiterstrahlungsquelle, welche halbkugelförmige oder paraboloid geformte Hügel aufweist, hat im Vergleich zu einer entsprechend größeren halbkugelförmigen oder paraboloidförmigen Halbleiterstrahlungsquelle den Vorteil besserer Materialausnutzung und falls das Halbleitermaterial die erzeugte Eigenstrahlung stark absorbiert den Vorteil wesentlich geringerer Eigenabsorption, da die Aufteilung der Halbleiteroberfläche in viele kleine Halbkugeln oder halbe Paraboloide gegenüber einer einzigen Halbkugel oder einem einzigen halben Paraboloid die Entfernung von der strahlenden Fläche zur Halbleiteroberfläche erheblich herabsetzt. Außerdem ist eine mit halbkugelförmigen oder paraboloiden Hügeln versehene Halbleiterstrahlungsquelle, wie die Fig. 2 und 3 und entsprechende Beschreibungsteile zeigen, durchaus herstellbar, während eine wesentlich größere Halbleiterstrahlungsquelle, welche halbkugelförmig oder paraboloid geformt ist, bisher schwer herstellbar ist.Another embodiment of the invention is that the mound is hemispherical or paraboloid in shape. Such semiconductor surfaces can be produced as FIGS. 2 and 3 and the associated description show. With the latter Measure, total reflection losses can be virtually completely eliminated if the radiating surface of the pn-junction approximately in the center of the hemisphere respectively of the paraboloid. A semiconductor radiation source, which is hemispherical or paraboloid-shaped mounds has compared to a correspondingly larger hemispherical or paraboloidal semiconductor radiation source the Advantage of better material utilization and if the semiconductor material is the one produced Self-radiation strongly absorbs the advantage of significantly lower self-absorption, because the division of the semiconductor surface into many small hemispheres or half Paraboloids versus a single hemisphere or a single half paraboloid considerably reduces the distance from the radiating surface to the semiconductor surface. aside from that is one with hemispherical or paraboloidal hills provided semiconductor radiation source, such as FIGS. 2 and 3 and corresponding parts of the description show, quite producible, while a much larger semiconductor radiation source, which is hemispherical or paraboloid in shape has been difficult to manufacture up to now.
Es ist weiterhin bei gewissen Ausführungsformen vorteilhaft, daß die die optische Strahlung emittierenden pn-Übergangsschichten innerhalb der Hügel angeordnet sind.It is also advantageous in certain embodiments that the the optical radiation-emitting pn junction layers are arranged within the hills are.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die strahlungserzeugenden pn-Übergangs schichten im oberen Drittel der Hügel angeordnet sind. Diese Maßnahme bringt besonders für Hügel mit dreieckförmigem Querschnitt Vorteile, weil dadurch die aus einem Hügel ausgetretene Strahlung nur zu einem sehr geringen Prozentsatz wieder auf einen zweiten Hügel auftrifft und durch Brechung und Absorption in diesem zweiten Hügel hineingelangen kann und zu einem gewissen Strahlungsverlust durch sekundäre Effekte führt.A further development of the invention is that the radiation-generating pn junction layers are arranged in the upper third of the hill. This measure brings advantages especially for mounds with a triangular cross-section, because it allows only a very small percentage of the radiation emitted from a hill hits a second hill again and by refraction and absorption in it second mound can get into it and cause a certain loss of radiation through it secondary effects.
Für gewisse Ausführungsformen ist eine Weiterbildung der Erfindung, daß die die Strahlung emittierenden pn-Übergangsschichten unterhalb der Hügel angeordnet sind. Zum Beispiel im Alle von halbkugelförmigen oder halbparabóloidförmigen Hügeln ist diese Anordnung der emittierenden Sperrschichten die optimale Es ist weiterhin in einigen Bällen vorteilhaft, daß im Querschnitt die die optische Strahlung emittierenden pn-Übergangsschichten schmäler als die breitesten Stellen der Hügel sind.For certain embodiments, a further development of the invention is that the radiation-emitting pn junction layers are arranged below the hill are. For example, in all of hemispherical or semi-parabolic mounds this arrangement of the emissive barrier layers is the optimal It is furthermore in some balls it is advantageous that the cross-section of the one emitting the optical radiation pn junction layers are narrower than the widest parts of the hills.
Diese Maßnahme ist vor allen Dingen für Halbleiterstrahlungsquellen mit halbkugelförmigen oder halbparaboloidförmigen Hügeln wichtig. Sie wird aber gelegentlich auch im Falle von Hügeln mit dreieckförmigem Querschnitt angewendet, zum Beispiel, wenn die strahlungsemittierenden pn-Übergangsschichten im oberen Drittel der Hügel angeordnet sind.This measure is above all for semiconductor radiation sources with hemispherical or semi-parabolic mounds important. But she will occasionally in the case of hills with a triangular cross-section applied, for example, when the radiation-emitting pn junction layers are arranged in the upper third of the hill.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht für gewisse Ausführungsformen darin, daß der Durchmesser der pn-Übergangssohichten kleiner als 30 % der jeweils kleinsten Hügelbreite ist.A further development of the invention exists for certain embodiments in that the diameter of the pn junction layers is less than 30% of each smallest hill width.
Diese Maßnahme ergibt sich aus gewissen Optimierungsbedingungen für den äußeren Wirkungsgrad von Ealbleiterstrahlungsquellen mit Hügeln von halbkreisförmigem oder parabolischem Querschnitt.This measure results from certain optimization conditions for the external efficiency of semiconductor radiation sources with mounds of semicircular shape or parabolic cross-section.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die die optische Strahlung emittierenden pn-Übergangsschichten zentrisch zu den Mittelpunkten der Hügel angeordnet sind.A further development of the invention is that the optical Radiation-emitting pn junction layers centered on the centers of the Hills are arranged.
Es ist weiterhin vorteilhaft, daß die Hügel Hügelzüge bilden.It is also advantageous that the hills form ridges.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Hügelzüge wellenförmig oder mäanderförmig verlaufen.A further development of the invention is that the hills run undulating or meandering.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Täler zwischen den Hügeln mit einem durchsichtigen Medium, welches eine Brechzahl größer als 1,5 aufweist, ausgefüllt sind. Mit dieser Maßnahme wird außer den Vorteilen unserer Erfindung noch die Tatsache ausgenutzt, den Winkel der Totalreflexion durch Einbetten der Hügel in durchsichtigen Kunststoff mit möglichst großer Brechungszahl zu vergrößern, was eine Vergrößerung des äußeren Wirkungsgrades einer Halbleiterspannungsquelle zur Folge hat.Furthermore, it is advantageous that the valleys between the hills with a transparent medium, which has a refractive index greater than 1.5, filled are. With this measure, besides the advantages of our invention, the fact becomes exploited the angle of total reflection by embedding the mound in see-through To enlarge plastic with the largest possible refractive index, what an enlargement the external efficiency of a semiconductor voltage source.
Die Lichtausbeute einer Halbleiterstrahlungsquelle mit kegel-oder pyramidenförmigen Hügeln kann dadurch um den Faktor 5 heraufgesetzt werden gegenüber der Lichtausbeute einer entsprechenden Halbleiterstrahlungsquelle mit ebener Oberfläche, die ebenfalls mit dem gleichen Kunststoff bedeckt ist.The light output of a semiconductor radiation source with cone or pyramidal hills can be increased by a factor of 5 compared to the light yield of a corresponding semiconductor radiation source with a flat surface, which is also covered with the same plastic.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung von optischen Halbleiterstrahlungsquellen, wobei in einem hochohmigen Halbleiterkörper mehrere parallele, streifenförmige Zonen vom einen Leitungstyp und annähernd senkrecht dazu darüber mehrere parallele, streifenförmige Zonen von einem zweiten Leitungstyp, der dem ersten Leitungstyp -entgegengerichtet ist, angeordnet werden und daß die Kreuzungsbereiche der beiden Zonen mit verschiedenem Leitungstyp -unter die Mitten der Hügel zu liegen kommen.A further development of the invention consists in a method for production of optical semiconductor radiation sources, being in a high-resistance semiconductor body several parallel, strip-shaped zones of one conductivity type and approximately perpendicular in addition several parallel, strip-shaped zones of a second conductivity type, which is opposite to the first type of conduction, are arranged and that the Crossing areas of the two zones with different line types - under the middle the hill come to rest.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt einer optischen Halbleiterstrahlungsquelle mit hügeliger äußerer Oberfläche, wobei die Hügel einen dreieckförmigen Querschnitt haben.1 shows a cross section of an optical semiconductor radiation source with a hilly outer surface, the hills having a triangular cross-section to have.
Fig. 2 einen Querschnitt einer optischen Halbleiterstrahlungsquelle nach der Linie II-II der Fig. 3.Fig. 2 is a cross section of a semiconductor optical radiation source according to the line II-II of FIG. 3.
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen hochohmigen Halbleiterkörper mit parallelen, streifenförmigen Zonen eines Leitungstyps, die von parallelen, streifenförmigen Zonen eines zweiten, zum ersten entgegengerichteten Leitungstyps senkrecht überlagert sind.3 shows a plan view of a high-resistance semiconductor body with parallel, strip-shaped zones of a conductivity type, those of parallel, strip-shaped Zones of a second conduction type directed opposite to the first superimposed vertically are.
In Fig. 1 ist ein Halbleiterkörper 1 im Querschnitt dargestellt. Mit 2 wird die Zone des einen Leitfähigkeitstyps bezeichnet. 5 bezeichnet die Zone des anderen, dem Leitungstyp der Zone 2 entgegengerichteten Leitungstyps. Der Kontakt 4 der Zone 2 wird mit dem symbolisch angedeuteten äußeren Anschluß 5 verbunden. Kontakte und Anschlüsse der Zone 3 sind in der Querschnittszeichnung nicht sichtbar. Die strahlungsemittierenden pn-Übergangsschichten 6 sind im oberen Drittel der Hügel angebracht. Die Winkel an den Spitzen der Hügel werden mit 7 bezeichnet.In Fig. 1, a semiconductor body 1 is shown in cross section. With 2 denotes the zone of one conductivity type. 5 denotes the zone of the other line type opposite to the line type of zone 2. The contact 4 of zone 2 is indicated by the symbolically indicated outer connection 5 tied together. Zone 3 contacts and connections are not visible in the cross-sectional drawing. The radiation-emitting pn junction layers 6 are in the upper third of the hills appropriate. The angles at the tops of the hills are denoted by 7.
In Fig. 2 ist ein hochohmiger Halbleiterkörper 10 im Querschnitt dargestellt. In diesem hochohmigen Halbleiterkörper 10 befindet sich ein netzförmig verlaufendes Muster von Dotierungszonen 11, welche einem Leitfähigkeitstyp angehören, und Dotierungszonen 12, welche dem anderen, dem Leitfähigkeitstyp der Zonen 11 entgegengerichteten Leitfähigkeitstyp angehören.In Fig. 2, a high-resistance semiconductor body 10 is shown in cross section. In this high-resistance semiconductor body 10 there is a network-like one Patterns of doping zones 11, which belong to a conductivity type, and doping zones 12, which the other, the conductivity type of the zones 11 opposite conductivity type belong.
Kontakte und Anschlüsse der Zonen 11 und 12 sind im Querschnitt nicht sichtbar. Die strahlungsemittierenden pn-Übergänge sind mit 13 bezeichnet. Diese werden von Hügeln 14, welche die Form von halben Kugeln oder Paraboloiden besitzen, überdeckt. Die Hügel 14 sind so groß, daß die Breite der strahlungsemittierenden pn-Übergänge 13 jeweils nur ein Drittel der Basisdurchmesser der Hügel beträgt. Wie Fig. 2 zeigt, liegen die strahlungsemittierenden pn-Übergänge jeweils zentrisch unter den Hügeln 14.Contacts and connections of zones 11 and 12 are not in cross-section visible. The radiation-emitting pn junctions are denoted by 13. These are made up of mounds 14, which have the shape of half spheres or paraboloids, covered. The hills 14 are so large that the width of the radiation-emitting pn junctions 13 each is only a third of the base diameter of the hill. As FIG. 2 shows, the radiation-emitting pn junctions are each centrally located under the hills 14.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht der Anordnung nach Fig. 2, bei welcher die Hügel 14 rotationssymmetrisch ausgebildet sind.Fig. 3 shows a plan view of the arrangement of FIG. 2, in which the hills 14 are designed to be rotationally symmetrical.
Auf einen hochohmigen Halbleiterkörper 10 wird ein Raster von Dotierungszonen 11 des einen Leitfähigkeitstyps aufgebracht.A grid of doping zones is placed on a high-resistance semiconductor body 10 11 of one conductivity type is applied.
Senkrecht zu diesem wird ein Raster von Dotierungszonen 12 des anderen, dem Leitfähigkeitstyp der Zonen 11 entgegengerichteten Leitfähigkeitstyps aufgebracht. An den Kreuzungsstellen der beiden Raster aus den Dotierungszonen 11 und 12 berühren sich diese. Nur an diesen Kreuzungsstellen wird bei Vorspannung in Flußrichtung Licht erzeugt. Über den Kreuzungsstellen erheben sich die Hügel 14, von denen ein Hügel in Fig. 3 strichpunktiert angedeutet wurde. Die Stromzufuhr zu den Dotierungszonen 11 und 12 wird mittels der mit 16 und 17 angedeuteten äußeren Anschlüsse bewirkt.A grid of doping zones 12 of the other is perpendicular to this, applied to the conductivity type of the zones 11 of the opposite conductivity type. Touch at the intersection of the two grids from the doping zones 11 and 12 yourself this. Only at these crossing points is there a bias in the direction of flow Creates light. The hills 14 rise above the crossing points, one of them Hill in Fig. 3 was indicated by dash-dotted lines. The power supply to the doping zones 11 and 12 is effected by means of the external connections indicated by 16 and 17.
An folgenden Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail using the following exemplary embodiments.
1. Ausfuhrungsbeispiel: Der äußere Wirkungsgrad von Lumineszenzdioden oder auch von vielschichtigen, strahlungsemittierenden Bauelementen, zum Beispiel Thyristoren, kann dadurch heraufgesetzt werden, daß die äußere Halbleiteroberfläche Hügel von annähernd dreieckförmigem Querschnitt aufweist (siehe Fig. 1). Dreieckförmige Hügelquerschnitte lassen sich zum Beispiel durch Strukturätzung hinter einer Maskierung und Auswahl geeigneter Kristallebenen erreichen, so daß gewisse Vorzugsrichtungen für das Abätzen geschaffen werden. Eine andere Möglichkeit der Oberflächengestaltung wäre durch Epitaxie aus zum Beispiel quadratischen Inseln, die mittels Oxidmaskierung gebildet werden.1. Exemplary embodiment: the external efficiency of light emitting diodes or of multi-layered, radiation-emitting components, for example Thyristors, can be increased by the fact that the outer semiconductor surface Has mounds of approximately triangular cross-section (see Fig. 1). Triangular Hill cross-sections can be made, for example, by structure etching behind a mask and selection of suitable crystal planes, so that certain preferred directions be created for etching. Another possibility of surface design would be through epitaxy from, for example, square islands that are masked by oxide are formed.
Durch eine geeignete Kristallebenenwahl und geeignete Kristallwachtumsbedingungen lassen sich gewisse Hügelformen erreichen. Den Sockel der Hügel bildet dabei Halbleitermaterial eines Leitfähigkeitstyps, während die Spitzen der Hügel aus Halbleitermaterial des anderen, dem Halbleitermaterial der Sockel entgegengerichteten Leitfähigkeitstyps bestehen. Wird bei der Herstellung der Hügel darauf geachtet, daß die Winkel an den Spitzen doppelt so groß wie der Grenzwinkel der Totalreflexion des betreffenden Halbleitermaterials sind, und wird außerdem darauf geachtet, daß die strahlungserzeugenden pntbergangsschichten im oberen Drittel der Hügel gelegen sind, so läßt sich der Strahlungsaustritt aus dem Halbleiterkristall optimieren. Mit der Maßnahme, die strahlungserzeugende pn-Übergangsschicht im oberen Drittel der Hügel anzubringen, werden Sekundäreffekte etwa das Wiedereintreten bereits aus der Kristalloberfläche ausgetretener Strahlung in einen zweiten Hügel vermieden. Um den Grenzwinkel der Totalreflexion möglichst groß zu machen und damit die Abstrahlung eines möglichst großen Anteils der primär erzeugten Strahlung zu gewährleisten, werden die Täler zwischen den dreieckförmigen Hügeln mit einem durchsichtigen Kunststoff von möglichst hoher Brechzahl ausgefüllt.Through a suitable choice of crystal planes and suitable crystal growth conditions certain hill shapes can be achieved. Semiconductor material forms the base of the hill of a conductivity type, while the tips of the hills of semiconductor material des another conductivity type opposite to the semiconductor material of the socket exist. Care is taken when making the mound that the angles are at the tips twice as large as the critical angle of total reflection of the relevant Semiconductor material are, and care is also taken that the radiation-generating transition layers are located in the upper third of the hill, the Optimize radiation exit from the semiconductor crystal. With the measure that to apply radiation-generating pn transition layer in the upper third of the hill, secondary effects such as re-entry already from the crystal surface leaked radiation into a second hill avoided. To the critical angle of the Total reflection if possible to make it big and with it the radiation to ensure as large a proportion of the primarily generated radiation as possible, the valleys between the triangular hills are covered with a clear plastic filled with the highest possible refractive index.
2. Ausfuhrungsbeispiel: Die äußere Oberfläche einer Halbleiterstrahlungsquelle, wie einer Luminezzenzdiode oder auch eines Thyristors kann Hügel in der Form von halben Kugeln oder halben Paraboloiden zum Zwecke einer günstigeren Abstrahlung der im Halbleiter erzeugten Strahlung aufweisen (siehe Fig. 2). Dazu wird auf einem hochohmigen Halbleiterkörper ein Netz von Dotierungsstreifen so aufgebracht, daß alle parallel zueinander verlaufenden Streifen einen ieitfähigkeitstyp aufweisen, während alle senkrecht zu den erstgenannten Streifen und parallel zueinander verlaufenden Streifen den anderen, dem teitfähigkeitstyp der erstgenannten Streifen entgegengerichteten Leitfähigkeitstyp aufweisen. An den Kreuzungsstellen der Streifen mit verschiedener Dotierung entsteht dann jeweils eine zur Strahlungserzeugung vorgesehene pn-Übergangsschicht. Diese werden von den Hügeln, welche halbe Kugeln beziehungsweise halbe Paraboloide darstellen, so überwölbt, daß die pn-Übergangsschichten annähernd im Zentrum dieser Hügel liegen. Somit trifft die erzeugte Strahlung senkrecht oder annähernd senkrecht auf die äußere Oberfläche auf und kann völlig oder zu einem großen Teil nach außen abgestrahlt werden.2nd exemplary embodiment: the outer surface of a semiconductor radiation source, like a luminescent diode or a thyristor, mounds in the shape of half spheres or half paraboloids for the purpose of more favorable radiation the radiation generated in the semiconductor have (see Fig. 2). This is done on a high-resistance semiconductor body applied a network of doping strips so that all strips running parallel to one another have a conductivity type, while all are perpendicular to the former and parallel to each other Strip the other, the conductivity type of the first-mentioned strips opposite Have conductivity type. At the crossing points of the strips with different A pn junction layer provided for generating radiation is then produced in each case. These are made up of the hills, which are half spheres or half paraboloids represent, so vaulted that the pn junction layers approximately in the center of this Hills lie. Thus, the generated radiation hits perpendicularly or approximately perpendicularly on the outer surface and can be entirely or to a large extent outward be emitted.
Ausgehend von einem hochohmigen Halbleiterkörper läßt sich die beschriebene Ausführungsform erreichen durch Aufbringen eines Dotierungsrasters, zum Beispiel mittels Ionenimplantation und Anbringen des senkrecht darüber liegenden Rasters mittels konventioneller Eindiffusion hinter Masken,# epitaktisches Aufwachsen einer Schicht, deren Höhe etwa der Höhe der Hügel entspricht, und anschließender Strukturätzung. Die eben genannte Ionenimplantation kann auch durch konventionelle Eindiffusion hinter Masken ersetzt werden.Starting from a high-resistance semiconductor body, the described Embodiment achieve by applying a doping grid, for example by means of ion implantation and attachment of the grid lying vertically above it by means of conventional diffusion behind masks, # epitaxial growth of a Layer, the height of which corresponds approximately to the height of the hill, and then Structure etching. The ion implantation just mentioned can also be carried out by conventional Indiffusion can be replaced behind masks.
Als Halbleitermaterial für optische Ralbleiterstrahlungsquel-, len, sowohl nach dem ersten als auch nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, kommt zum Beispiel GaP oder siliciumdotiertes GaAs in Betracht.As a semiconductor material for optical semiconductor radiation sources, both after the first and after the second embodiment, comes to Example GaP or silicon-doped GaAs into consideration.
Um den Materialverbrauch klein zu halten und eine relativ einfache Herstellung der Hügel zu gewährleisten, sind Rügelhöhen von ungefähr 30 /um vorgesehen. Durch die geringen Hügelhöhen wird außerdem eine geringe Absorption der erzeugten Strahlung im Halbleiterkristall gewährleistet, da der im Halbleiter zurückgelegte Weg entsprechend kurz ist.In order to keep the material consumption small and a relatively simple one To ensure the production of the mound, heights of about 30 μm are provided. Due to the low hill heights, there is also a low level of absorption of the generated Radiation in the semiconductor crystal is guaranteed, since that covered in the semiconductor Distance is correspondingly short.
17 Patentansprüche 3 Figuren17 claims 3 figures
Claims (17)
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| DE2421590A DE2421590A1 (en) | 1974-05-03 | 1974-05-03 | Optical semiconductor radiation source - has hilly geometric shaped outer surface with PN junction in or near hill |
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OHW | Rejection |