Гетеропереходный светодиод

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Сычик Василий Андреевич(72) Автор Сычик Василий Андреевич(73) Патентообладатель Сычик Василий Андреевич(57) Гетеропереходный светодиод, содержащий полусферическое основание из узкозонного сильнолегированного полупроводника-типа, на выпуклой поверхности которого последовательно сформированы -слой широкозонного полупроводника собственной проводимости и слой узкозонного сильнолегированного полупроводника-типа, на который, равно как и на указанное основание, нанесен омический контакт, при этом -слой и слой полупроводника-типа выполнены толщиной от 1,0 до 1,6 и от 0,5 до 0,9 соответственно, где- диффузионная длина носителей заряда. Фиг. 1 Изобретение относится к оптоэлектронике, в частности к полупроводниковым светодиодам, и может быть использовано в системах освещения в качестве мощных источников света. Известен светодиод с - переходом, который содержит подложку -типа проводимости политипа 4, слой -типа проводимости политипа 4, легированный , , , слой 16464 1 2012.10.30 проводимости. Однако такой светодиод обладает сложной конструкцией, низким КПД,поскольку используются высокоомные слои политипа 4, на которые падает основная часть питающего электрического напряжения. Также известен полупроводниковый светодиод с - переходом 2, который содержит слой -типа проводимости, расположенный на нем слой -типа проводимости, омические контакты к ним. В этом светодиоде с - переходом также отсутствуют сильнолегированные низкоомные полупроводниковые слои между омическими контактами и - переходом, что обуславливает резкое снижение рабочего тока и прикладываемого к и переходу напряжения, то есть снижение интенсивности светового излучения и КПД. Прототипом предлагаемого изобретения является гетеропереходный светодиод 3,который сформирован на подложке -типа, на которой последовательно нанесены базовый слой -типа, дополнительный базовый слой -типа широкозонного полупроводника,узкозонный базовый слой -типа, широкозонный базовый слой -типа и слой обратной проводимости по отношению к базовой области, то есть -типа проводимости. Недостатки прототипа а) отсутствуют сильнолегированные низкоомные слои между омическими контактами и - гетеропереходом, что обуславливает резкое снижение рабочего тока и прикладываемого к - гетеропереходу напряжения, то есть снижение светового излучения и КПД б) невысокая выходная мощность оптического излучения, поскольку используемые полупроводниковые слои слаболегированы, обладают большим внутренним сопротивлением в) невысокая излучающая поверхность светодиода. Техническим результатом изобретения является повышение мощности выходного светового излучения и КПД. Поставленная задача достигается тем, что гетеропереходный светодиод, содержащий полусферическое основание из узкозонного сильнолегированного полупроводникатипа, на выпуклой поверхности которого последовательно сформированы -слой широкозонного полупроводника собственной проводимости и слой узкозонного сильнолегированного полупроводника-типа, на который, равно как и на указанное основание,нанесен омический контакт, при этом -слой и слой полупроводника-типа выполнены толщиной от 1,0 до 1,6 и от 0,5 до 0,9 соответственно, где- диффузионная длина носителей заряда. Сущность изобретения поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображена конструкция полупроводникового светодиода, а на фиг. 2 изображена его зонная диаграмма. Конструктивно гетеропереходный светодиод состоит из полупроводникового сильнолегированного основания-типа 1, имеющего полусферическую форму, на котором последовательно сформированы -слой 2 собственной проводимости и сильнолегированный-слой 3. По периметру на-слой 3 у его основания нанесен металлический омический контакт 4, а на плоской части полупроводникового основания-типа 1 сформирован металлический омический контакт 5. Омический контакт 5 снабжен внешним выводом 6, а к омическому контакту 4 подведен внешний вывод 7. Сформированная конструкция гетеропереходного светодиода помещается в корпус 8 из оптически прозрачного органического материала. Для повышения коэффициента инжекции носителей заряда из-слоя 3 и полупроводникового основания-типа 1 в -слой 2 собственной проводимости и повышения КПД-слой 3 и полупроводниковое основание-типа 1 выполнены из узкозонного полупроводника, а -слой 2 собственной проводимости изготовлен из широкозонного полупроводника, -слой 2 собственной проводимости образует с-слоем 3 первый гетеропереход, а с полупроводниковым основанием-типа 1 второй гетеропереход, то есть сформирована двойная-, -гетероструктурой. Полупроводниковое основаниетипа 1, -слой 2 собственного полупроводника и-слой 3 выполнены из полупроводников, обладающих большой подвижностью носителей заряда, большой диффузионной дли 2 16464 1 2012.10.30 ной, низкой концентрацией собственных носителей заряда. Толщина -слоя 2 определяется стопроцентной рекомбинацией инжектированных в его область через прямосмещенные- первый гетеропереход электронов и второй- гетеропереход дырок и, как показали результаты эксперимента, составляет (1,01,6) , где- диффузионная длина носителей заряда. Полупроводниковое основание-типа 1 представляет узкозонный сильнолегированный акцепторной примесью полупроводник с концентрацией примеси 10 2010 21 см-3, размеры которого (диаметр) определяются требуемыми мощностью светового излучения и КПД, причем диаметр этого основания может находиться в пределах от 1 мм до 10 см. Оно размещено на металлическом омическом контакте 5. Сильнолегированный-слой 3 узкозонного полупроводника сформирован на -слое 2 собственной проводимости широкозонного полупроводника путем эпитаксии и введения донорной примеси с высокой концентрацией 102010 21 см-3, обладает малым сопротивлением и создает с металлическим слоем 5 омический контакт. Внешние выводы гетеропереходного светодиода - это металлические проволочные или полосковые конструкции. Гетеропереходный светодиод работает следующим образом. При подаче питающего напряжения прямой полярностичерез внешние выводы 6 и 7 на гетеропереходный светодиод потенциальные барьеры- и- гетеропереходов 01 и 02 снижаются соответственно на величину 1 и 2, то есть 1011 и 202 2. Поскольку ток вгетероструктуре неизменный, то соответственно 12/2 , где 1 и 2 падения напряжений на- и- гетеропереходах. Потоки инжектированных электронов из-слоя 3 и полупроводникового основания-типа 1 в(1)1 ,2 где- ток насыщения гетероперехода. Концентрации инжектированных электронов и дырок в -слой 2 собственной проводимости составят(2)11 ,1222 где 1, 2 - концентрация собственных носителей заряда в-слое 3 и полупроводниковом основании-типа 1. В -слое 2 собственной проводимости инжектированные электроны и дырки полностью рекомбинируют друг с другом по механизму зона-зона с выделением в каждом акте рекомбинации квантов света. Длина волны выделяемого светового излучения(3)/,где- постоянная Планка,- скорость света,- ширина запрещенной зоны -слоя 2 собственной проводимости. Поскольку сильнолегированные-слой 3 и полупроводниковое основание-типа 1 обладают высокой электропроводностью и падения напряжения на этих слоях минимальны, то ток через гетеропереходный светодиод, а следовательно мощность и яркость его светового излучения экспоненциально возрастают с повышением приложенного напряжения питания, что обуславливает повышение КПД. Излучающая поверхность гетеропереходного светодиода 22, а для аналогов 2, то есть она в два раза выше, чем у прототипа и аналогов. Создано экспериментальное устройство - гетеропереходный светодиод, выполненный на полупроводниковом основании полусферической формы-типа из узкозонного полу проводника - германия с 0,66 эВ, легированногодо концентрации 51020 см-3,омическим контактом которого является слойтолщиной 2,0 мкм. Диаметр полупроводникового основания р-типа 1 составляет 1 см 2, его боковая поверхность Б 22, где- радиус основания 1. -слой 3 собственной проводимости вы 3 16464 1 2012.10.30 полнен из широкозонного полупроводникас 1,43 эВ с проводимостью 10 см-3 и толщиной 1,5 мкм.-слой 3 из узкозонного полупроводникас 0,66 эВ, легированного сурьмой до концентрации 510 21 см-3, сформирован наслое 3. Омическим контактом кявляется слой сурьмы шириной 2 мм, толщиной 0,3 мкм и верхним слоемтолщиной 1,5 мкм. Внешними выводами являетсяплющенка шириной 1 мм, соединенная с металлическим омическим контактом ультразвуковой сваркой. Экспериментальный гетеропереходный светодиод размером полезной площади 6,28 см 2 при величине протекающего прямого тока в интервале 50100 мА обеспечивает генерацию оптического излучения в видимой области спектра Ф мощностью светового излучения Р 1-5 Вт, яркостью В 200300 кд/см 2. КПД гетеропереходного светодиода достигает 30 , а КПД аналогов не превышает 15 . Технико-экономические преимущества предлагаемого гетеропереходного светодиода в сравнении с прототипом и аналогами 1. Более чем в два раза возрастает яркость выходного светового излучения. 2. Более чем в три раза возрастает мощность светового излучения. 3. Более чем в 1,5 раза возрастает КПД. 4. В два раза возрастает активная площадь светового излучения. Промышленное освоение предлагаемого гетеропереходного светодиода возможно на предприятиях электронной промышленности. Источники информации 1. А.с. СССР 1774400, МПК 01 33/00, 1992. 2. А.с. СССР 867249, МПК 01 33/00, 1991. 3. А.с. СССР 1837369, МПК 01 33/00, 1993. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4