DE1589276A1 - Elektrolumineszierende Diode und Strahlungsprojektor mit einer solchen Diode - Google Patents

Description

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Anmeldung »cmι 10, Des.

"oloktrolnnineeaierende Dlod· und Strahlung projektor alt finer solchen Diode"·

Zua L'rhShtn d#e Vlrkungacradea und der Riohtwirkune elektro-luain«8zieronden Diod· let oo bekannt, dl· untersohledlloh·» JlSohon doa HslbljiterkrlatAllee dieser Diode in beetiuter Vclee zu ,{oetaltun, no dann lnobeaondere duroh Benutiun^j oder UnterdrQokun« dor :.-nohuinun(i -lor Totalreflexion Teile dea «uoffeetrahlten Bffndela, die nonet rerloron <;ehon würden, aufdefaneen und tferiohtet werden kOn-η·η. Die eeittierende Oberfläche einer lualneeiierenden Diode i.B. is bereite in fora eines Ku^eloeeaehteo oder die gegenQber liegende Ober-Int In form eines Paruboloide auegeblldet worden.

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ORIGINAL ' OOPY

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3s ist auch bereits vorgeschlagen worden, dam Halbleiterkriatal oinar Diode, das im allgemeinen die"Fora ainaa Zylinders oder eines Parallelepipeds hat, dia Form eines Kegelstumpfen au erteilen, dessen gröasere, praktisch parallel zum wirksamen Uebergarig· vorlaufende Basis die emittierende Oberfläche der Diode bildet. Dabei kann ein Teil dor von den Uebergang stammenden Strahlung_r der an den konischen .Seitenflächen raflektiert wird, auoh durch die emittierende Oberfläche heraustreten und sich der Strahlung zusetzen, die direkt von den Ueber gang her durch die emittierende Oberfläche ausgestrahlt wird.

Js ist weiter bekannt, dass in optischen Systemen mit einer Halbleitervorrichtung, insbesondere einer ölaktro-ltimineszierenden Diode, und mit einem Spiegel-», der durch Reflexion dee von der Diode ausgestrahlten Bündels sin paralleles Bündel liefert, welche Systeme ütrahlungsprojQktorön genannt werden, der zentrale Tail dieses paralle len Bündels fehlt, da die Diode selber einen Teil der an dem Spiegel reflektierten Strahlung maskiert, welche maskierte Strahlung im wesenbliohen von zentralen Teilen der enittierenden Oberfläche der Diode stammt.

Um den Wirkungsgrad solcher Projektoren, inabesondere dar Projektoren mit grosae.u Bereich, bei denen die Streuung auf ein !!indestma3S herabgasetzt werden soll, so das3 die Nutzenergio innerhalb eines nahezu zylindrirschen Bündels bleibt, zu erhöhen, werden einerseits parabolische Spiegel, ao dass Innerhalb" eineö sehr gössen iRaumwinkela von der Diode ausgesandte Strahlung durch Reflexion-zu einen parallelen Bündel gebildet wird, und andererseits Dioden verwendet, die in der Brennfläche des Spiegels angebracht werden und keine oder praktisch keine Strahlung in axialer Richtung aussenden. Insbesondere werden au dieses Zweck statt flacher Dioden, d.h. Dioden, bei denen

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dee Nut «bündel praktisoh eenkreoht ron einem sentralen Gebiet stammt, das pjcaktiaoh Bankrecht aua BKndel verläuft, zylindrische Dioden ver« wendet, dih» Dioden, deren Kriatall die Form eines Zylinders hat und bei denen die liefeBrgangBflaOhe ßeiatans aenkraoht zur Achse dee Zylindere terlSuft. Bei eines? solehen aylindfiaohen Diode tritt das KutabfindeV du?ch den Teil der sylindriaehen OberflÄohe heraus, der In der,Umgebung der Sohßittlini© dao liebergaagee mit dieser sylindriaohen Oberfl&öhs liafit.

us iat "bekannt, daas bei einer sölohen zylindrischen Diodd. das Halbleiterkriatall einen starken '.Jradienten des Breohutyjaindexes in einer Ric-htung ^uer zur Uebdr'sangfiflSche aufweist. Infolge dieeea Gradienten werden die Lichtstrahlen l'tnsß dieser Fläche tfaftihrt, so dass sie tjrBaatariteils durch Oberflächeteile in dar ^TJm,;iibutiß der Sehnittlinie des Uebertf&nges Mit aar Oberfläche heraustreten. Solohe Dioden werden dioden mit Sel.teneaiiesion genannt.

Ein solchoa Systea weist jedöoh noch hohe *Jp.ergiererlu8te auf. Bei einer zylindrisohen Diode mit Saiteneniaeion streut eioh dis emittierte Strahlung von jedem Auetrittspunkt in den Raum und in eineia halben ^ueraohnitt des Sylindera atreut sich dies<s Strahlung über einer. Winkel von ff Hadiane und nur ein Teil dieser Strahlung kann von der reflektie>r-5^r4en FlSche c-ufgi^: Γχηβθη werden«

Dabei haba;" die zylindrischen Dioden noch den Kachteil, dass* die Strahlung durch Gebiete r&rschiedenen Leitfähigkeitstyps und ' Ußterachiedlicher Transmission heraustritt. Die Absoprtionakoeffi»ienten der awei Gebiete der Diode sind verachieden und zudem infolge dee Unterschieds der Konzentrationen an freien Ladungsträgern kann das Gebiet a it der _o-e. inneren Konzentration eine dielektrische Transciesior. aafweise", ro da:.· ec ein selektives Tilter bildet, das nur ein

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onges Bond dec ausgestrahlten Sp#ktruiao durohlfisat, wa'hrond doe Gebiet rait der höheren Konzentration eine metallische Eransmisalon aufwtißen kann, so daoo ea eine etarko Absorption und eine geringe SelektivitSt aufweiot. Das.Gpektrura-des von der zylindriaohen Diode stammenden Bundela als Sucirae der durohgolaBoonsn Spektern der euei Gebiot© der Diode ist ein komplexes Spektrum, was fur bestimmte Zwecke ein grosoer Waohteil lot.

Bei Vorrichtung», bei denen ein weniger komplexes oder sogar ' monoohromatiaohea Spektrum erforderlich ist, iat es notwendig, einen Teil dea Ausgestrahlten Spektrums zu wfihlon, indem eineö der beiden Gebiete des Kristallos sum Durohlaoßen des vom Übergang ausgestrahlten Liohtee gewählt wird, welches Gebiet Vorausweiß© djLelel:trio^;che Tranamlaai'.m oder .Buninleet die geringere IConBentration an freien Ladungo trägern aufweißt. · . ·

Die vorliegende Erfindung behobt die vorerwähnten liaohteile und betrifft ©ine eloktro-luraineseierende Diode a&t üeitonemiSBion, die einorsoito onaijglioht, bei einem Reflektor mit einer bestimmten öffnung den von don Refloktor aufgefangenen Bruchteil dor Busgeaandten Strahlung su vergrößern und anlorcrseitSf* gcwünaohtonfallD unter ünotanden das Gpoktrun deo /matrittobündeln auf das Tranoniosionsnpektrum eines der zwei Gebiete dor Diodo zu boachränken und weitor einen Strahlungsprojektor mit einer solqüion Diode, ^r

Mach der Drfin.flung..iet eine elektro-lumineszioronde Diode mit. oeitenemiasion-unl rr.it einen; Πα-lblelterkrietall tait einpn flachen: über-* jang, der die.Seitenflächen des Kristallen schneidet und das..KrIetall in zv/ei Gebiete entgegengesetzten Lei tfaliigke its type vorteilt, und welohes

Ll_.. quor^ au.r» Haene dieosß Überganges einmi starken Gradienten deo luugßindexeo aufifpint* ^dadurch gokonnzeichnet, dass das Kristall der»

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ΡΗΪΤ.2351 β,

art ausgebildet; iqt, daqq wenigq fcqna in dar Hahs dieiaeq tTborganqeq alle Schnittlinien der Seitenflächen ciit don verschiedenen Sohnittebenen durch eine nahe durqlv don Hittelpunkt doa Hbergangöa vorliiufondei und zu diesem Übergang senkrechte, 4chge derart qqhräg zu dlpqqr Aqhcie qtehem, dactq ftlle iipiei Punlciio. der Aoiiae und der vp.raQliiedenon 3ahnit,1;lini9n, Qiq» der

derr.Glbon auf 4pr gleichen püi$g dpss !Theji^anijeq liefen,
Ee? ia% auf dieag Upii?e mäglioh_? durph die Wahl des Winkelet
diesen Sqhniflilinion und der erwähjite.n Aohae di$ In1iongit,3t der

oinor gglphon Biodo nit Sqit;e.nenig§iQn ^hnlioh wie daj
niq gif|a@lj.Qn,JLfüß^^ 3|ahliijii|flmcnge^ die dufch dag qI^q und dap ander?
dqp, Bigdp/auegppctndt liP^den, EiU reg£)ln_?

ri m&n i|i ei^Q³⁷ 4P.? Seiinittqljenat| duroh die Aphfje. eint der und eingti purifei; d§§ tTborß^n^eö botrachtet, Piohl; nan, dagg ali<| tor diop.ep -PtinJ?! iiöjpiiuatretenden S^ralyleng die dur-ch die ^qhnilitli-! nie y.n. dag Ffsiefell _veE|aq£iptij in^erh^lb oinoo liinlcelq BAjfAigi; der
durch Han Br.0QhuBg0in4px d@a I^igtalljiia.tgr-i*!'? t>^QPWPP¹^o. Qronavfinlcel bei . einher böo-|iß|3i;e,n Tfellgi^lfsnge) |ipgpn_t degqen Winkelhalbierende, durch den Punkt i|pht ftnd ^u?? b§|rpffenden Schnittlinie asnkrGcht ver-

ypiin; dieag achiii^tlisiö (vp?a^i|ge,§et^^| dapi^ dieae §i|ifaehhgi-|t

| opi^Qß WiWl?¹?! ^A maojh-lj lieißt dia

pigpdg §u| def gleiphon. 9Pi^e des tlbergan^aa wie. ä.%v senein-i Jit: dof Aehge ^iid ^e? n9hni|tlinio_? qq daag die a^g dpig auf
t® äli lfbe?£fanggg li©ge?|dqn Qpt»i9t 49? Siofto Ηθί^§*?οΐ!!
ßino gf6*0!30r§ I^origil^t |ft| alq dia auf der andefpiv Seite

tfahlung, Sglaögg A- kloinsap alg λ

iij föi|,der. yan den? arw^h^tefi punjc| gtaraijiendfin S^ajLlu d

SADORiQiNAL

PJBI, ?251 0«

letatero Gebiet he?aiw, typnn A ßleioh KiSt₁ tritt dio ßansa Strahlung auQ dom auf dai? Seite, dee gemeinsamen Punkt liegenden Qebiet heraua, yänrend dip £u£|öQr[3tQn Strahlen (la'nfjo einpr do? Seiten dcu Uinkelo 2-Xin dor hotreffandpn. oohnitfcpbsno.) izi 4§? l^ächo doo Üljerjanjaq liegen. ΙΓ 4 größiQpp alp ^S i^lifji tfitt daq tjanae von deu I¹UiJkt qtanr::pnde Str bündol stptü auf der qoitq doo botreffondon ροιηςί,ηααΐ.,οΐι J\inl:t horauei, p Syaao^aten 3%Tah\qn auch auf dipRar Heiitfii hora^atretan.

Ifenn A ßloicii IIull ist, (bei ijokanjjton aylir.lriqqlipn D,io.don

n)| tritt 4iö ^tr^iilung ura dig JlglftiQ auu jodprn de? }je?aup_s ^

Der ei-yälH¹!*? Spitiiei Uinkcil kanu gppit in Abaän0i^:oit yon ler

?»¥ολ4«?1ι3 '4^ei* -Piodo gawah.lt ^erdpn| lie l.'ahl desi Getdetoo für den ^äquQrcii Toil dar fto?auqt?9tändln 3t?ahly^J <??i94-qt gleichfftllq entdem ansegtrebtoii Zweck»

In esinor Yortoilhafteji AuaifüJirunüfifom liat ilo Biqde naoh der d4,§ ?Qfn ?-ifi®§ Tegels ador e.in^g Ifp£fqlt!tunpfu£5| deqgen Ba§qo Qbcjfläghonl parallel isur ^ba?g§nßaflSo|iq ferLiufpn.. Vem lie Dior·. de in §inpp PrqJahtQf untpypp^racHt it?t| |?|t der Spie^jl varzuqiawoiue ein papabgligphor |Jinilreliuii/|qkär|jer_f deqppn Aohg§ §χφ pi| der- Ai^ge dpr l^iolp deckt,

in .pin^r ^pfarESUgte^ Aiiiafi^ijnirisijfpyr,! };at, lie Diode sagii dpr. Ilr.-dig Ppria oiiioß ^dpeliun^gliegplgtyfllPfPSi" Ffi^^i 4P? glökt?o~luuinQai!5 f|ip,rpn£| nahpßu in pintv auf JiggglaoljaiP q'ünkjcichten i^eßö |iqj|t«

Die tief indyng; bggishrSifet SiSfe SiIi⁵S^YP?¹?tliridliob. ?i|.Qht aijf einq Eiodg in ?9?b §iR3S VMF§U«jnggköfBg?.q| 4ig liicidp kann pinfi kQnip.Q,Iwi_? py^a-

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bruuohan die vorerwähnten Schnittlinien nicht notuendißorwoiae gerade su äoih« \ ^ξ

■"'·'■" Xn einer ÄursfiÜirunßQforci der Diodo mit konischen Goitenflächon inaboaondere sum Hrsielan oineo Strahlungsapektnuna r.it minimaler Brolto₈ let der halbe Spltsonwinkel odor dor Urnpruncawinkol .deö Kogela wenigsten* ßlaioh don Qrenzwinkol ontapreohond den 'Breahungaindizon doo Kristallee und dor^; "Utigebünc fCtr. die-vorherrsöhonde ΙώπιροηβηΊΘ dea auogesandtcn Spoktrune_t während daa Qobiet ait der £jorinßeren iConeentratioii an freien La» dunijaträijörn und mii dem engoten TranoniQcionßopoktrum aioh auf derj«nig« Soite deo Übergiingee befindet,, wo dio Kegclsnitae lic-gon soll, .

In ?ϋβαθΓ Äüeführunj^Gfoitn wird der eehr kleine Teil der ton dem üborcang äuogooandten Strahlung dor in das Gebiet rol-t der Sonsentrotion an freien IadungotrEigern imI nit einorc niedrigen -onako'effi-sienton gelaiißtj aboorbiertodox· total rafioktiert an den koniecl en üliorflSchen dieaos Ciebictoy, Hingegen tritt ailo «trahluni;,. die auf das üebiot 4:it ler niodriceren IConaentratlcn an fro ion I^.diuaja trSgörn auf der koniachorr. Oberflaoao der Diode untor oinem Viinitel kloinor alü dec Orons-. vink'cl einfallt, aua der Diode horauo.

Di'e koniocliQ Fläohe einer aolchen Diodoj weloho dio wirksame Hutsflfiohs bildet, nuss gohtiu abeearbeitot, vorzussweioe optisoh poliert "i>etn·-Div swei ikssoa i-ββ Kocelatunpfea atohen joiooh aun Anbringen der orforderlicham Kontaktolenente zur■Vorepannunc der Diode und sum Abführen fön Hfime zur- Verfügunso -

In eißter Auafülirunsöfona".einer elölctro-luminessierenden Diode -rii't kOniscaön ieitenfläoiien naoii der Erfindung, bei ,der insbesondere der e QnergetroOhe-.KirkunciosEOd .unabhängig von der Breite des zur.Ver-. O5elienioä'3peli'trtu33 .eraielit w.ordon soll, wird der halbe .Spitzen-

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winfcöl oder Urepungswinkel des Kegele kleiner als der Grenzwinkel gewählt, der durch die Brechungeindizen dee Halbleiters und der Umgebung bei der yo» herrschenden Komponente der auegeaandten Strahlung bestimmt wird.

In dar letatoren Aus führungaform verläuft der Teil der Strahlung, der von Punkten doa überlanges in der Richtung der Übergangeflache
und/oder infolge deo Quergro^iönten des Brechungsindexes länge dieses Überganges ausgeaandt wird und dor einen verha'ltnismässig grossen Bruchteil der von dem Obergang stau&onden Gesautstrahlung bildet, durch die beiden Gebiete der Biode und trifft deren Kegelfläohe unter oinem Einfallswinkel kleiner ala dom Grenzwinkel, «während or im wesentlichen aua denjenigen Teil
der Biodenobcrfläohe heraustritt, der in der unmittelbaren Hähe der Sohnitt linie des Überganges mit dieser Oberfläohe liegt.

3ei einem Γro Rektor nach der Erfindung wird, abgesehen von dem erwünsohten Querschnitt doa auagesandten Bündels, der diametrale öffnungswinkel und die Brennw.oitö des Spiegele, der z.B. ein parabolischer Spiegel sein kann, duroh die naohfolgenclen Bedingungen bestimmt! die reflektierende Oberfläche dös Spiegels ooll durch den Kegel begrenzt werden, dor duroh die aus der Seitenfläche der Diode herauatretende Gesamtstrahlung oder
wenigstens durch den gröseten Toil dieser Strahlung beatimmt wird.,

Xn den meisten Fällen kann die von der Diode stammende Strahlung in einer Richtung, die einen sehr kleinen Kinkel mit den erzeugenden Linien

der ktgelförtiigon Aüstrittßfl&che einschließet, tatsächlich vernaohläaüigt werden. Dieser Teil deD herauotretenicn Bündelo wird durch Strahlen gebildet, die nahe den Grenztitrahlen liegen, wodurch dieser Teil beim Herauetrcton stark geschwächt wird.

In einer Lc-sonCeren AusführungGform eineo· I'rojektors nach der

Erfindung enthält die Diodo-ein GaIliumarsenid-lCrif3tG.il, da3 die Forra einee

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Üffid3?öhimgöfcögeistuiiip£ös hat* dessen Spitae des? Spitsss dea Spiegela zugewandt iai, während des- ÜröpüngBwinkel (Spitaenwinkel) des Kegels etwa I7⁰ IsHi₁ Wattn'die Diodä in Luft wirksam ist» Daß der Kegolapitze naöhöt· liegende Gebiöt Mt n«^ leitfähigkeit und hat die geringere Könaifttta* tidft an frßien iMungstragern»' Dia Diode ist derart angeordnet ,dass der in der iSrennfläöhö dos pafaboliaölien Spiogßls liegt« Sinö solche

liefert eiii^ Bündel feit !•xinimalßtrouüng in einem aöhr engen tri^ in dem die Vörliörraohendo 'f.'ellonlänge etvm 9OOO ä beträgt*

Die Diode vird im Brennpunkt dea betreffenden Spiegele duröh öine meohaniaelie Abdtütsäüng ü'^e^ltertj die an die Abraeamingen und üiö

der Vorrichtung angepasst iat und dio z.B. aus drei in Abständen iroiioinandea? liegenden Armen bostoht* Diese Abötutsuftg die aus dar Diode heraustretende ütraUlung Und die reflektiertö Strah· lung.mögliellst wenig hihuern»-Die Abßtiitzüftg vrird vorzugsweise mit ßin* öteilgliedern atii¹ gehaüöh Einstellung der Stelle dea Üborgangeö verööhen»

ÖbgleiGh die Vorstehend bea ohr !ebene-, bösondörö Auöfuhrungs»· iorm fiir einen Pro^joktor eine liösoxiderö Vorteilhafte Losung öUm ihiäieiön 'eines guten energotisohen liirkungöürä&Bj einer göringen Siriuüttg und eines .'en,*ott" Spektrums bietet, Wird ea einliauöhten, daac dio Erfindung aich daraui' beöc^rlinkt uu-1 daarj dio vorliegende Erfindung sich auch aui Vor* riöhtühgön iait ölliptiaühenj ophJ&isxcheh oder aniioro joetalteten Öoh ge lh jsiit elektro-luminigüaieründon Iialiiloitcrdiodon vorerwähnter Art "be¹-Eieiitt V/cttri a*Bi daü proJii.iortQ Bündel oioh auf einen einäigin Punkt odar auf ein kloineoj nä'horliogendöa Gebiet auaajnmenaiehen aoll, kann öa gÜnxitig üöinj eiiian upiegcl in Form oines ßllipsaids anzuwenden! man kann auöh einen paraboIiBChOn^ aylindriachen Spiogol mit einer pjiamidaleh Di-» ©da auhi tiraiöi-öh öinoa fläöhen Bundelö anvre-nden»

BADORiGiNAt

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Obgleioh in den meisten Anwendungen die Umgebung der Diode durch die freie Uift ßobildet wird, kann es Vorkemnen, dass es vorteilhaft oder auch notwendig iet^ die Diode in einem anderen, für die auszu— oen&ende Strahlung dtarahläsoigeri ilcdiun untorsulirin^on, daa gasforrig, fltiarii.j odor 3o^ar feet aein kann. Der äuaaorsto Auctrittrinke! der Strahlung ändert sich dann dementsprechend.

In einer Abart dei· vorerwähnten AunfiDutua^aformen der Diode ist ea vreiter nöclichj flea cua dor Segelfläche heraus tretenden Bündel die von den Überfjüni; i^ß i^er I-ich.tun;j auf älß kleinere Ba3ia dea Ee^eI-atüEspfes aus^eaaridte Straliluns anyiiordn.en| sliose Basis soll in diesen falle keine ^ontnlcteleraente boöitson und eine r;coi^n&to O"berfl£ciie for den 3trah.J/un£:Säü3tritt halien. Die von der Diode ansäentrahlte Gesantenergie wird ntch orhobliöii erlic'Lt, ucnn dao öcaiet rdt don höheren Transnissionskoefriaienton los iiristallcD auf der Üoite der kleineren Basis ge— wShlt i/ird* Bei dieser Abart -rird ein *tontakteleoent auf dieses Gebiet auf der Seiten-fläohe nctho dor !tloineren Öaais des rre^Glatunspfos

Bei einer günstigen Ausführungafertj dor Iti'indting wird die Mohtausbeute der Eiode_# »renlijatcnc in einoE. ün^cn Band des aua^enan Spektruniaj noöh duroh eine übliclio Antireflcj-iönabehrndlung der Austrittaflache, insbesondere der ooitanflaohe erhöht*

Die Äbfcea.Tanjea der Diode nach dor I^fin^un^ köniien je nach. den angestrebten Zt-reck ^evrahlt vrorden, da die Grönsi-crte dieser Äbneasungen lediglich dürGh die Heroteliim^r.o£licbli:eiton bedingt werdeii.

Die Hrflndtui^ tdrd hacliutehend an Hand beiliegender Eoichnung näher erläutert. Eb seifen

Piß» 1 OGiietiatiöGh im Querschnitt eine er η to Auaföhrungsforra

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PIIN. 2251 C.

einer elektro-lundneazierenden Diode nach der Erfindung»

Fig« 2 achematiaoh im Querschnitt eine zweite Ausfuhrungsform dar elaktra-lumineozierenden Diode nach der Erfindung,

Fig. 3 ii,i Sohnitt einen Projoktor nach der £rfinuun£_t Die elktro-lurcineasicrende Diode mit Seitonoraiüaion nach Piß. 1 hat die Porin einen Itadrahungake^elatumpfee und dient atm Brsielen einer" Strahlung in eines» engen Bande dos opektrauna, Die Diode hat zwei OeM ο te 1 und 2 verschiedenen LeitfäMgiceitatypo, die duroh einen flachen Ubergan£ 3 oeri:recht aur Aoiibe 9 des Ke^eIatuirspfoa VjHöinandor oetrennt werden» v.elohur ü}i.orgnhg- die Seitenfläche /3 deo Ksjtlo aahneidet. Die von dem Übergang aungeaunJlte, aus dar KcgelaeitenfHcho 4 der Diode heraustretende Hraltlung euöu innurhalb cinos enßen Jkindefj des Οχ^-oktaniias liegen| dahei itit der SpitsenKiiüccl Ά doa Xogelc, vie vorctehond erwähnt, etwas gröaaer ' geirählt ■ al» ■ ä«ir drcr>s*..*inlt&l .fuV Itotalrefleiäon, der durch die Breehungeindison üea llalljloitero und ceine UECobunü bei der vorlicrrcchenden Ilompononto flor aus^eaandton Ötrchlung ber.tiiant -wird.

" 2er Cbci'janj 3 kann s. 15. durch Diffusion erhalten Kerdcn, wÄhrond dau jtaise ;Crictall iirsprünt-lich dac Ijoitfähi(^:eitatyp des Goüietee 1 hat. Die siici iJaaeo dea IiCGClstuiapfeii bilJon die flachen Aueaer-flächen 7 "bsv.0 2 der Gebiete Ί und 2. Auf lieaet, Gberflachen worden ICöntaktslemontc 5 liosw. ;.- fortjclc-tat, tliG nicht nut ein elektrische ICcntakto oondem auch j insbessondcro daa IJlooont 6, fü* die i.'ärneaOfuLr und geeebenen* falls ele Äbeti:t:;un^ für die Diode dienen können. '

Die kcräachö Geitonflaohe 4, die nütsiiche Austrittefläche für die'Strahlun,;,-, "ifir-d a. 3. durch. Schleif en uni I- eueren aheearbeitet. -

In einer praktischen Au3fiÜLrungGfoiT.i bostoht' die Diode au3 iutroenid. Dor V.'inice 1 A beträgt 17 Ί wenn die Flache 4 mit Luft in

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Berührung ietf das Gebiet 1 hat η-Typ Leitfähigkeit und eine geringe Konzentration an freien Ladungsträgern und das Gebiet 2 hat p-Typ Leitfähigkeit und ist durch Diffusion von Zink bis zu einer Tiefe von 50 μ erhalten wobei die Dicke des Kristalles 5°0 μ und der Durchmesser des Überganges etwa 2 nun betragen. Die Kontaktelemente 5 und 6 bestehen vorzugsweise aus Kupfer und werden auf den Flächen 7 bew. 8 In bekannter Weise festgelötet, so dass ein guter elektrischer und thermischer Kontakt entsteht, ohne dass das Kristall beschädigt wirdο .

Obgleich die vorerwähnten Werte nur als Beispiel für eine mögliche Ausführungaform der Erfindung angegeben sind, 1st es empehlenewert, wenn eine Strahlung in einem engen Spektrum ©rwünsoht ist, für das Gebiet 1 das Leitfähigkeitetyp zu wählen, das der geringeren Konzentration an freien Ladungsträgern entspricht, während dieses Gebiet eine solche Dick« haben soll, dass die Austrittsfläche möglichst gross ist, wobol berücksichtigt werden soll, dass die von zentralen Teilen des Überganges aus ge· sandte Strahlung unter einem Winkel gleich dem Oronzwinkcl oder kleiner als dieGor no glichet woit von dem Übergang auf die Austrittsflache (Seiten fläche) einfallen soll.

Die Dicke des Gebietes 2, in dem die ausgesandte Strahlung die Seitenfläche unter einem den Grenzwinkel überschreitenden Winkel erreicht und somit nicht heraußtreten kann, wird möglichst klein gewählt. Diese geringe Dicke ist aüQperdein günstig für die thermische Dissipation von dem übergang auf das Kontaktelement 6. .

Wenn die vorerwähnte Diode mit einen Reflektor-, insbesondere mit einen? parabolischen Üindrehungsspiegel kombiniert wird, kann ein soleher öffnungswinkel dcä Spiegels gewählt werden, dass dieser von der Diode stannehderi ÖesaiatTicirtstrom. auffangt«. Menn weiterhin dafür gesorgt

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Ü P^ttnpuyilct dej? Spiegels $ . t| ^JdLgI .n^iftgu, ^lind^isQhl der WirkungqgXj&d diejer g

in eine^ großen Abstand vorzüglich, w%3?end dip Strahlung ein sehr

fig, 2 Zfigt gine eiejktro-lumlneeaiersnde Diode naoh der Erfinwpbei, de_:r enorgjatische Uirkung^grad optimal igt und f$r, die emittiej t.§ girahlung ein breit^Qr^eB Spektrum zur Verfugung steht. Diese Diode hat

- Pif_;ge/Di-pd0 ha| ^avi4 Qebiete 21 und 22, die durch einen flapihei trbppgan^-SJ voneinander getrennt sind, welcher Übergang die Seitenfläche döB. Kpgolsttimpfpg gohnpidet und parallel zu den Bases 27 und 20 verla'uft, irelqhQ die Aussenfla'clieri der swei Gebiete bilden* Auf der flachen flägh,© 28 des Grebietfiö 22 ist ein Kontakt- und Kiihlelemont 26 a Die fläohe 2^ igt frei und der elektrische Kontakt mit 46m Qebiet! 21 durch ö|nen Ketallring-25 hergestellt, der auf einer Zone der Kegelflfiohe des Gebieteq festgalätot ist, die am weitesten von dem übergang entfernt

I|ei dieaer Diode, wird nicht nur die seitlich aus dem Kegelmantel heraustretende Strahlung sondern auch die Strahlung von dem zentralen Teil des tfborganges, die aus der FlSqhe 27 heraustritt, benutzt* Up> eine ^phebliehe? Erhöhung, dsr Qesamtstrahlungseneygie mittels der Strahlung au erzielen, die durch die fläche 27 heraustritt, iat «e bevorzugen,, fülf « . Qabipt 2,1 döa ICc|o.talles daa Gebiet mit dem beeseren Durchläseigkeite-. l5:oe|fizi|onten irti fahlen, in welchem Falle daa Qebiet 21 das Qlebiet mtt der goringoron^ ^naentration ajn freien Iadungstra'gertt¹sein soll. \- Der ha,lbe Spitaenwinkel JJ deo Kegels ist etwaa te!einer als

., dp? durob, die BreohungaindlBen des KristalloQ der Diod^e und I&I813/1826 BADORiGlNAL

1 § S 127.6

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Umgebung bei der ausge£?andt.en Wellenlänge! bestimmt wird, Die Stroh* lung die nahezu in djf?- RJLohtung der iHiergangeflaehe infolge des Gradienten dgs Breohungsindoxee quer zum trbprgang ^erläuff; und die Schnittlinie 2} dei deq trbergaiigp3 pit de.pi Kegelmantel erreicht, und die Strahlung, die in der unmittelbaren llahe der Schnittlinie 23 den iiegelnantel erreicht, können a,]U0 der Dipde hprauctreten und erhöhen dpn energptischen lärkunesgrad im Vergleich zu der Diqtle .nach Pig, 1, wo diese Strahlung die Auaoenflache unter einen Winkel erreicht, der gleich den Srenswinkel oder grosser alo dieser -ist, ap dasq diese Strahlung ημΓ up einen kleinen Teil unter eines ' g^htcpitsen »iinlccl horauo treten kann, wodurch die Strahlung infolge der Brechung an der ZvriBchonfläqhe zvriechen deci Ifaliileitorkriatall und der stark geschwächt wird.

Sie Dicke deg.Qebietea 21 wird "Worteilhafterrreioe derart ge-

dass die Breite de? Zope 24A hinreichend ist, uc die -vron dem. zentralen Teil des tiberganges stammonde Strahlung die an weitesten von dem Efb&Egeng entfernje^ Teile der Oberfläche άρψ 2one 24Δ unter eineo Linfallc Kinkq} nahezu gleich dem Qrensvrinkel treffen au lassen und dasa die Breite dea Ringes 25 ^aUi??eicht| um eine gute Kontaktflache zu erzielen, ifährond die Bioke d^^r ?9?i^e ?? hinreichend gering gewählt wird, un die Aberration innerhalb eulasaiger Grenaen zu halten. 3or BurohBesser der kleinenBasia ist yorzugoweise außreichend, um alle von dem zentralen Teil des Überganges stnmniende Strahlung unter einem Henkel gleich, dent Crrcnzw:inkel oder kleiner als dieser, aufzufangen,

. B|e airei vorstehend beschriebenen ÄwafShmingaformen.; der Diode naoh der EEfindung dienen für besondere Anwendungen, fooiektlon, dea ausge-? sandten Spektrums oder Erhöhung des en.ergetischei| ΐί|$iaingsgrads), aber ,- · andfre Anwendungen sind njoglich, vreyin andere Ausfßtoung&|oriaen der Diode

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nach der Erfindung gewählt werden. Eb ist z.B. möglich, für bestimmte Anwendungen die Lagen der Gebiete der Diode in bezug auf die beschriebene Diode umzutauschen odor dem durch die grosoe Basis des Kegels begrenzten Gebiet eine grSseeve Dicke au erteilen ale dem anderen Gebiet. Die Eefinding beschränkt eich weiterhin nicht auf Dioden mit diffundierten übergSngen| andere bekannte Formen voji Übergängen lassen sich gleichfalls anwenden.

Der Projektor nach Fig. 3 enthält eine elekiro-lumineezierende Diode 11, deren Kristall die Form einoo Umdrehungskegelstumpf es hat, dessen emittierend« Oberfläche durch die konische Seitenfläche mit dem Uraprungewinkel A gebildet wird. Der Übergang 11a der Diode ist flach und let senkrecht zur Achse des Kegelstumpfcc und trennt zwei Gebiete vonein· ander, von denen eines auf der Seite der ICegelapitze liegt und ein KontakteloBont 12 besitzt, tfShrend das andere Gebiet ein IContaktelement 13 hat, das m&eslv ausgebildet ist, um aus ο orden die Värnie von den Übergang abzuführen» Die Diode 11 wird Ton gleichförmigen Armen 14 in gleichen Abet&nden voneinander abgestützt, die nittels Schrauben 15 derart an eineo parebolisohön Ündrehungoopiegol 16 befestigt sind, dass der Übergang 11* der Diode 11 in der Brennfläche des Spiegels 16 liegt und die Aphse de» Spiegels sich mit der Achse des Diodenkegels deckt. Die Befestigung der Arme 14 ciittelß der 3ohrauben 15 ist einstellbar, so dass der Übergang genau ausgerichtet werden kann.

Die aus der Diode heraustretende Strahlung streut sich von jedem Punkt der Kegelflache her in einem Raunwinkel von 2 η Radiane, aber di© gerade länge der editierenden Oberfläche heraustretenden Strahlen werden bei den Durchgang durch die Grenzfläohe zwischen Halbleiterkxistftll und übgebuni; stark geschwächt und aind praktisch veraachlSssigber, ^{ - 0098Ί37 0826

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diee vorstehend angedeudet ist. Bb brauohen Borait nioht die Strahlung berücksichtigt zu verdeb, die anhahernd^ih der Hgur duroh B. bezeichneten Sinke! im Uradreiximgaraum^: und die Strahlung die in dem mit B2 bezeichneten Kinkel -in tfimlrehungsraum aus gesandt uerdeh, wobei die Strah- lung ißKinkel B₂ in allen Pallen nach Reflexion an dem zentralen Teil ■

Spiegels duroh die Diode selber gesperrt wird. Di© ^anze ITutzatrahlung liegt Bocit pralctißoh in den mit D bezeichneten t/inlcel dee Umdrehungsraiiitsos, der zu B^ tmd Ba komplementär ist. Ba ergibt sich, dosa diese Stralilmiß vollstSndig an der reflektierenden, paraboliaoben OberflScho 17 aufßefansen und in einem naheaü parallelen B3ndel zu dem 2iel reflektiert wird.

Die Oeetalt der Arme 14 Wird derart gewfihlt, daos das VoIumen , in den die Butestrahlüng auftritt,· vollkommen frei ßeiasaen wird. Um die reflektierte Stralilung mogliohtß wenig eu epe reri, bestehen diese Arme aus einer ilaöheh, ämmen Platte» wobei diie Eben« der Platte parallel zur reflektierten Strahlung verläuft« ' ^%

In einöß Projektor der besbhriebeneri Art wird z.B. eine elektrcluniaefeeierende Diode aus Oalliunaroonitl mit einem Fbergangodurohmesoer von 2 rs verwenaet, wobei der Ureprungeuinlcel des Kegelo 17° beträgt. DieseUiode wird in Brennpunkt eines pärabolisohon SpiegeId mit einer Brennweite yon 2Q--am, einem diametralen öffnüngawiiil-el -von-254 mm und eine» Hü-ere von 200 bo angebraoht. Bei difcuen Abmeöaungen ist der Winkel C (siohe Pi-. 3} 35°'tmd der Winkel D der ITutzatrahlting 145°. Der Streu- l des^reflektierten Bündele ist" in diosem EaIl Kleiner als 3°.

ß^ 3eiapiel| innerhalb dee Halmens der-lirfisdung stehon den Jiaohtaann unteröehiodliehe Abarten

Claims (1)

1. .'.■■■■"'**'■"· " P A f £ ff ΐ A Jf S P HÜ C Π E . - " :

   1. Elektro-lüminaszierende Diode alt Seitenemission mit einem Halbioiterlgciatalljin dam ein flacher Übergang gebildet iat, der die Seitenflächen des Krietallea schneidet und das Kristall in zwei Gablet· entgegengöeätztön Lelifalxig&eltatypa Vorteilt, welohea Kristall quer säur Übergangsf'ISohe einen starken Qroaionten dös Breohungoindexos aufweiat, dadurch ßokonnzeichnöt» &^{aQa άββ} Kristall eine aolohe Gestalt hat, das« wenigafene in der llah© döo Übör^ngeö die Sohnittlinion der Seitenflächen mit den voreoiiiedenen Schnitt ebenen durch eine Aohae, die nahezu durch den i'üttölpunfct ded Übörgangea und'au dioaeiii aenkreoht Vorlauft, 'au dieses Achse schräg Vorlaufön_f aö dasd alle somöinöamen Punkte der Aöhee uMd d·» untöraoliiedliöhen Sohnittliniön öder derön VerlÜngörunsen auf der gleicher Seito des Üborgangee liegen*

   -2« Elektrö-lumineöaieröndö Blöde naoh AnspruOh 1 dadurch gekennzeichnet, dass diese Schnittlinien gerade öind.

   3. Diode nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die S«4teüflachen des Kriötalleö sine Kegelfla'oheι bilden*

   4. ; Biode naoh einöm oder aehrören der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Spitze Winkel zwischen jeder d«r Sohnittlinien und dor Aohöö etwas grössör ist als der Orenawinkel, der durch die Brechungöittdiaen des Ejelstallöö und seiner Umgebung f3r die vorterraOiMHa-* de Kompononte dor ttuazuaendenden Strahlung beötiarat Wir^*

   5. Blöde ttaph einem oder raehrören der Anaprüohe 1 bia 3 dadurch gökennzQ.iohnetf dass der apitae ifittfcel aifiaohett jedöa der Sahnittlini«i und der Achse ottfaQ kleiner tat als der Grenairinfcel _f der duroh di· Drecliun{jaindia:en dee ICrIstalloo und seiner Umgtbung for die vorherreoh·«- e der atiaisuoenaenden Straiiluns^ beitittet

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   BADORlGiNAL

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   6* Diode na oh einem oder mehreren der vorher gehend en Anaprüohö

   dadurch gekennzeichnet, daos das Gebiet dee Kfeistalles mit der geringeren Konzentration an freien Ladungßträgem auf der gleichen Seite dee über- , gangeö liegt trie die erwähnten getnein3äfcen Punkte« .

   7« Diode nach einem oder ttehreren der Vürhergehonden Anapruche

   dadurch gekennzeichnet, dass das !iristall die ibrti einoc ÜBdrohungökegel·'· ötauapfea hat» dessen Uaseö senkrecht zur ICogelaehae parallel zum über** .; gang verlaufen*

   8» Diode naöli Änapruch 7 dadurch gekennaeichnet, daea unduroh*

   sichtige Kontakt el etuen te die beiden Basee dea TCogelaturapfes bedecken. 9. - Diode nach eineta odor molireren. der AneprSehe t biß 6 dadurch

   gekennzeichnet, dass ein undurchsichtiges I-ontafc-tolenent die groaaere,. Baaia dos Üegelsturipfeö bedeokt, viSlirend ein "-«riteres IContaktelöEßnt auf der koßelforEiigon Seitonflache doe lülataliee in dör HChB der kleinerem Baeia angoliracht iot·

   10_t [Diode na,oh öinea oder ftehroren der Vorhergehenden Ansprüche

   dadurcii gekennaeioliiiet, daaa die Dicke-des Diodongobiotos sait der hölieren lföns«entration an freien Laduiagßträgern in bosug auf die des anderen GeMetea gering ist*

   11« Diode nach einem öder mehreren der vorhergehenden J^pruaae

   dadurch gekönnseichnctj dass die Dioke des Diodongebietea ait dor geringeren Sbnaätttratiott an freien Ladungöträgern derart gewalilt iat, dass &% Sträniert von !"unkten in der Hohe des üittolpmnktQS dep tfbösfgangeö, trelehe auf die Punkte der Seitenfläche des Krlstalles geriahtet sind, die am _; weitesten von dem Obergang entfernt sindj die betreffonde Oberfläche , unter einem tfinkel erröich#n _f der gleich dem Örenawtnkel odor grosser als diener iat*

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   . ^! '· -^T- ■■-'■ ■■■-.- PHH* 2251 C. .

   12. ;^f '-^! -^ Diode nach elneia oder niehr'eren der vorhergehenden Ansprüche d^!a^rcl|"gefcehnseichnet, dass der übergang ein diffundierter übergang ist.

   13. · Diode nach einen oder mehreren der vorher jclienden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Galliunarsenid besteht.

   14. ■ Diode nach Anöpruoh"13 dadurch gekennaeichnet, daes der Winkel zwischen den Schnittlinien und der Achee· etwa 17° beträgt und die Diode in Luft bönutEt WiM. ■ ·

   1|3« Diode nach einen oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch {jokonnseichhet,:daßo dä3 Siodengebiet, das auf der gleichen Seite des übergangoa irie die gecieiKaaraen lunl:te liegt, η-%η? Leitfähigkoit und das Diodengebiet, das auf der änderen Seite dec Cber^angeo liegt, p-T!yp Loit£"a*hi(5ceit hat· . ' ■■-"■--.

   16· Diode nach Anopruch-15 dadurch gekennzeichnet, dass dao p-^rp Gebiet duroh Diffuaion erhalten iat« -

   17. Diode naok tiinea oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche mit Ausnahm© von- Anapruch $ dadurch gekenneeiohnet, dass die Diode einen Teil oinöB Strahlungsprojcktors bildet, der einen konvergierenden Hohl* 'spiegel besitzt, in?dem die Diode derart-angeordnet ißt, daee die den Schnittpunkten der Aohce nit den Schnittlinien gerichtete Seite des übergangsQ der Spitae des Eohlapiessls augevandt ist·. ,

   15. · .Diode naob Anaprüoli 17 dadurch gekonnseichnetj daes der Spiegel ate Eprn eines r&raboloids hat« _: . ; = ^: . ? > · ■-. _: 19,; ■,;-. Diode nach Anspruöli I? oder;13, dadurch sjekennseichnet, das« der Übergang d»r..Dioo.de Xn der Brenxiflache des Spiegels liegt.

   2Oo . , piade n^ch einen oder taeli¥cren,der,AiiBpriiqhe 17.bis Ig dadurch gelconrirQi.cI'xnQt, da.ös..die Acliss des slc^clsitunpfss. sich--Qit-,der Achse Spiegeln deolct,

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   5 c; \ - 20 -

   21· Diode naoh einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis SO dadurch gekennzeichnet, dass der öffnungswinkel und, die üä»fe dee Spiegele derart gewühlt H©Men_f dass praktisoh die von der Diode stammende deaaratötrßhlung die reflektierend« Oberflaohe dieeea Spiegels trifft·

   22. Diode naoh einem oder mehreren der Ansprüche 1? Ma 21 daduroh ' gekennzeichnet, das ο sie in Jbeaug auf den Spiegel duroh flaohe Ayiae gthaltert wird, die an dem Hand des Spiegels befestigt Bind und deren Seitenflächen parallel ssu der reflektierten Strahlung verlaufen*

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