DE2414778A1 - Monolithic luminescent diodes with p- and n- conducting strips - have light output zones on surface, minimising loss by absorption - Google Patents

Monolithic luminescent diodes with p- and n- conducting strips - have light output zones on surface, minimising loss by absorption

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Abstract

Luminescent diodes of monolithic construction in a semiconductor body consist of a series of n- and p-conducting strips, with pn-junctions being normal to the surface of the semiconductor body, whilst the light output surfaces are distributed over its surface. Light losses due to absorption in the semiconductor body are minimised.

Description

Leuchtdiodenanordnung in monolithischem Aufbau.Light-emitting diode arrangement in a monolithic structure.

Die Erfindung betrifft eine wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebene Leuchtdiodenanordnung in monolithischem Aufbau.The invention relates to one as in the preamble of claim 1 described light-emitting diode arrangement in a monolithic structure.

Halbleiterleuchtdioden können nur mit geringen Versorgungsspannungen betrieben werden. Die im normalen Netz zur Verfügung stehende Spannung sowie Spannungen, die von den meisten elektrischen Geräten geliefert werden, liegen so hoch, daß sie nicht an eine Halbleiterleuchtdiode angelegt werden können. Es müssen daher zusätzliche Schaltungsmaßnahmen, wie z.B. Vorschalten eines Widerstandes, getroffen erden, die jedoch fast alle auf das Vernichten der überschüssigen Spannung zielen, was bei dem erforderlichen Strom zu erheblicher Verlustleistung führt. Aus diesem Grunde kann man Glüh- oder Glimmlampen nicht ohne weiteres durch Leuchtdioden-Lampen ersetzen. Dies kann aber dadurch erreicht werden, daß man mehrere Leuchtdioden in geeigneter Weise hintereinander schaltet, so daß für die gewünschte Betriebsspannung direkt einsetzbare Lampensysteme entstehen.Semiconductor light emitting diodes can only work with low supply voltages operate. The voltage available in the normal network as well as voltages that are supplied by most electrical appliances are so high that they cannot be applied to a semiconductor light emitting diode. There must therefore be additional Ground circuit measures, such as connecting a resistor upstream, which however, almost all aim at annihilating the excess tension in what is at the required current leads to considerable power loss. For this reason incandescent or glow lamps cannot easily be replaced by light-emitting diode lamps. However, this can be achieved by using several light-emitting diodes in a suitable manner Way switches in series, so that for the desired operating voltage directly Usable lamp systems arise.

In der deutschen Offenlegungsschrift 1 439 316 ist eine Anordnung von Beuchtdioden in monolithischer Bauweise beschrieben, bei der einzelne Strahlung emittierende pn-Ubergangszonen elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet werden (s.7, Zeilen 10 bis S.8, Zeile 18). In dem dort genannten Aufbau liegen die pn-Ubergangsgebiete parallel zur Oberfläche des Trägerkörpers. Das hat zur Folge, daß das aus einer pn-Ubergangszone austretende Licht einen größeren Weg durch den nicht zu diesem pn-Ubergang gehörenden Anteil des Festkörpers nehmen muß, um in den Außenraum zu gelangen. In the German Offenlegungsschrift 1 439 316 is an arrangement described by light diodes in monolithic construction, with the individual radiation emitting pn junction zones are electrically connected in series or in parallel (see 7, lines 10 to 8, line 18). The pn junction areas are located in the structure mentioned there parallel to the surface of the carrier body. The consequence of this is that the light emerging from the pn transition zone has a larger path through the not to this pn junction must take part of the solid body in order to get into the outer space reach.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, bei der das Licht auf möglichst kurzem Wege in den Außenraum gelangt und möglichst geringe Absorptionsverluste an Lichtleistung im Halbleiterkörper auftreten.The invention is based on the object of specifying an arrangement in which the light reaches the outside space as quickly as possible and if possible low absorption losses of light power occur in the semiconductor body.

Diese Aufgabe wird-bei einem wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Gegegenstand erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die pn-Sbergangszonen senkrecht zur Oberfläche des Halbleiterkörpers verlaufen und ihre Lichtaustrittflächen flächenhaft über die Oberfläche des Halbleiterkörpers verteilt sind. Dadurch wird erreicht, daß das in den pn-Ubergängen erzeugte Licht direkt in den Außenraum gelangt.This task is -with one as in the preamble of the patent claim 1 described object solved according to the invention in that the pn transition zones run perpendicular to the surface of the semiconductor body and their light exit surfaces are distributed extensively over the surface of the semiconductor body. This will achieves that the light generated in the pn junctions reaches the outside space directly.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further refinements of the invention emerge from the subclaims emerged.

Die pn-Ubergangszonen werden vorzugsweise dadurch erzeugt, deß entlang der Oberfläche des Halbleiterkörpers durch Dotierung eine leitfähige Schicht erzeugt wird, die an einer oder mehreren Stellen nach bekannten Verfahren, wie z.B.The pn junction zones are preferably generated by doing this along the surface of the semiconductor body is produced by doping a conductive layer which is applied in one or more locations by known methods, e.g.

Diffusion, Ionenimplantation, selektive Epitaxie, umdotiert wird. Vorzugsweise werden die pn-tfbergangsgebiete mittels selektiver Epitaxie erzeugt.Diffusion, ion implantation, selective epitaxy, is redoped. The pn transition regions are preferably produced by means of selective epitaxy.

Vorteilhafterweise werden senkrecht zum Verlauf der pn-0bergangszonen Schlitze bis in den Substratkörper eingeschnitten, so daß die dadurch entstehenden Zeilen von p- und n-Zonen elektrisch voneinander getrennt sind. Damit wird die Zahl der monolithisch aufgebauten Diodenketten vervielfacht.The pn transition zones are advantageously perpendicular to the profile Slits cut into the substrate body so that the resulting Rows of p- and n-zones are electrically separated from each other. That becomes the number of the monolithic diode chains.

Vorteilhafterweise werden die Außenanschlüsse an die Diodenketten so angebracht, daß diese wahlweise parallel oder paarweise antiparallel oder hintereinandergeschaltet werden können. Damit wird erreicht, daß die Anordnung an eine vorgegebene Versorgungsspannung leicht angepaßt werden kann.The external connections are advantageously made to the diode chains attached in such a way that they can be connected either in parallel or in pairs in antiparallel or in series can be. This ensures that the arrangement to a predetermined Supply voltage can be easily adjusted.

Zum Betrieb mit Wechselspannung schaltet man z.B. zwei oder mehrere Diodenketten antiparallel, so daß eine Anordnung entsteht, bei der jeweils in der einen Spannungsphase die eine, in der anderen Spannungsphase die andere Kette in Flußrichtung - bezogen auf den pn-Übergang - betrieben wird. Der Spannungsabfall in Sperrichtung liegt dann unterhalb der Durchbruchs spannung der jeweiligen Diodenkette.For operation with AC voltage, e.g. two or more are switched Diode chains anti-parallel, so that an arrangement is created in which each in the one tension phase the one, in the other tension phase the other chain in Direction of flow - based on the pn junction - is operated. The voltage drop in the reverse direction is then below the breakdown voltage of the respective diode chain.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt-und wird im folgenden näher beschrieben. Auf einem Substratkörper 1, der z.B. aus semiisolierendem Galliumarsenid besteht, wird mit einem Epitaxieverfahren eine n-leitende Schicht 2 hergestellt. Die Dicke der n-leitenden Schicht wird bei Verwendung von Galliumarsenid zwischen 1'um und 10/um, bei Verwendung von Galliumphosphid zwischen 10/um und 200/um gewählt. Von dieser n-leitenden Schicht werden einzelne Bereiche 3 mit p-Dotierstoff umdotiert, wobei zur Umdotierung vorzugsweise das Verfahren der selektiven Epitaxie angewendet wird. Die umdotierten Gebiete werden so erzeugt, daß die entstehenden pn-Übergangszonen senkrecht zur Oberfläche des Halbleiterkörpers ausgerichtet sind, und die umdotierten Gebiete etwas in den Substratkörper, z.B. semiisolierendes Galliumarsenid, hineinreichen. Dann werden Schlitze 4 eingeschnitten, die soweit in die Tiefe des Substratkörpers 1 reichen, daß die so entstehenden Zeilen aus wechselweise dotierten Zonen elektrisch voneinander getrennt sind. Sodann werden elektri-und VerDindungen 51 sche Kontakte ange r c t, daß einzelne Diodenketten entstehen. Schließlich werden die Außenanschlüsse 6, 7, 8, 9 angebracht. Zum Betrieb mit Gleichstrom werden die Anschlüsse 8 und 9 miteinander verbunden, der +Pol wird an Anschluß 6 gelegt, der -Pol an Anschluß 7. Eine andere Schaltungsmöglichkeit besteht darin, den +Pol mit den Anschlüssen 6 und 9, den -Pol mit den Anschlüssen 7 und 8 zu verbinden. Für Wechselstrombetrieb wird der Anschluß 6 mit Anschluß 7, der Anschluß 8 mit Anschluß 9 verbunden.An embodiment of the invention is shown in the figure and is described in more detail below. On a substrate body 1, for example made of semi-insulating Gallium arsenide is made into an n-type layer using an epitaxial process 2 manufactured. The thickness of the n-type layer is increased when using gallium arsenide between 1 μm and 10 μm, when using gallium phosphide between 10 μm and 200 μm chosen. Individual regions 3 with p-dopant are formed from this n-conductive layer redoped, the method of selective epitaxy for redoping preferably is applied. The redoped areas are generated in such a way that the resulting pn junction zones are aligned perpendicular to the surface of the semiconductor body, and the redoped areas something into the substrate body, e.g. semi-insulating gallium arsenide, reach in. Then slots 4 are cut into the depth of the Substrate body 1 is enough that the lines thus formed are alternately doped Zones are electrically separated from each other. Then electrical and connections 51 contacts ensure that individual diode chains are created. Eventually be the external connections 6, 7, 8, 9 attached. For operation with direct current, the Connections 8 and 9 together, the + pole becomes at connection 6 placed, the -pole at connection 7. Another possible connection is to Connect the + pole to connections 6 and 9, the -pole to connections 7 and 8. For AC operation, connection 6 is connected to connection 7, connection 8 to connection 9 connected.

An Anschluß 6 und an Anschluß 8 wird dann die Wechselspannungsquelle angelegt.The AC voltage source is then connected to connection 6 and connection 8 created.

10 Patentansprüche 1 Figur10 claims 1 figure

Claims (10)

Patentansprüche 9 Leuchtdiodenanordnung in 1. Leuchtdiodenanordnung in monolithischem Aufbau in einem Halbleiterkörper, bestehend aus einer Folge von streifenförmigen und n-leitenden und p-leitenden Zonen und zwischen diesen liegenden pn-Übergangs zonen mit Lichtaustrittflächen, bei der mit elektrischen Kontakten die p-und n-Zonen paarweise miteinander leitend verbunden sind und damit eine Kette aufeinanderfolgender Dioden bilden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die pn-Ubergangszonen senkrecht zur Oberfläche des Halbleiterkörpers verlaufen und ihre Lichtaustrittflächen flächenhaft über die Oberfläche des Halbleiterkörpers verteilt sind. Claims 9 light-emitting diode arrangement in 1st light-emitting diode arrangement in a monolithic structure in a semiconductor body, consisting of a sequence of strip-shaped and n-conductive and p-conductive zones and between them pn junction zones with light exit areas with electrical contacts the p and n zones are conductively connected to one another in pairs and thus form a chain successive diodes form, in that the pn transition zones run perpendicular to the surface of the semiconductor body and their Light exit surfaces distributed over the surface of the semiconductor body are. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c hn e t , daß der Halbleiterkörper aus einer auf einem Substratkörper aufgebrachten Schicht aus Halbleitermaterial besteht.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c hn e t, that the semiconductor body consists of a layer applied to a substrate body consists of semiconductor material. 3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch g ek e n n z e i c h n e t , daß die pn-0bergangszonen mittels selektiver Epitaxie erzeugt werden.3. Arrangement according to one of claims 1 and 2, characterized g ek e n n it is clear that the pn transition zones are produced by means of selective epitaxy will. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g ek e n n z e i c h n e t , daß der Halbleiterkörper aus einer III-V-Verbindung besteht.4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized g ek e n n z e i c h n e t that the semiconductor body consists of a III-V compound. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g ek e n n z e i c h n e t , daß der Halbleiterkörper aus einem Nischkristall besteht.5. Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized g ek e n n z e i c h n e t that the semiconductor body consists of a niche crystal. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Halbleiterkörper aus Galliumarsenid besteht.6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized g e k e n n z e i c h n e t that the semiconductor body consists of gallium arsenide. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Halbleiter aus Galliumphosphid besteht.7. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized g e k e n n notes that the semiconductor consists of gallium phosphide. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z ei c h n e t , daß der Substratkörper aus einem Semiisolator besteht.8. Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized g e k e n n z ei c h n e t that the substrate body consists of a semi-insulator. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i o h n e t , daß senkrecht zum Verlauf der pn-Ubergangszonen Schlitze in den Halbleiterkörper so tief eingeschnitten sind, daß die durch diese Einschnitte entstehenden Zeilen von p- und n-Zonen elektrisch voneinander getrennt sind.9. Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized g e k e n n notices that slots in the perpendicular to the course of the pn transition zones Semiconductor bodies are cut so deep that the resulting through these cuts Rows of p- and n-zones are electrically separated from each other. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß an ihr Außenanschlüsse so angebracht sind, daß die Diodenketten wahlweise parallel oder paarweise antiparallel oder hintereinander geschaltet werden können.10. Arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized g e k e n n z e i n e t that external connections are attached to it in such a way that the diode chains can be switched either in parallel or in pairs in anti-parallel or in series can.
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