Полупроводниковый светодиод

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Сычик Василий Андреевич(72) Автор Сычик Василий Андреевич(73) Патентообладатель Сычик Василий Андреевич(57) Полупроводниковый светодиод, содержащий - и -слои, омические контакты к ним,- переход, отличающийся тем, что он выполнен структурой из широкозонного полупроводника с сильнолегированными - и -слоями, при этом толщина сильнолегированных - и -слоев составляет (0,70,9) , а толщина -слоя собственной проводимости равна (1,11,6) , где- диффузионная длина носителей заряда. Полезная модель относится к оптоэлектронике, в частности к полупроводниковым светодиодам, и может быть использована в системах освещения в качестве мощных источников света. Известен полупроводниковый светодиод 1, который содержит подложку -типа проводимости, слой -типа проводимости политипа 4 Н, слой -типа проводимости, легированный , , , слой р-типа проводимости политипа 4 Н, легированный , , контакты к слоям - и -типа проводимости. Однако такой светодиод обладает сложной конструкцией, низким КПД, поскольку используются высокоомные слои политипа 4 Н. 71842011.04.30 Прототипом предлагаемой полезной модели является полупроводниковый светодиод,содержащий слой -типа проводимости, расположенный на нем слой -типа проводимости, омические контакты к ним. На одном из полупроводниковых слоев расположен дополнительный слой, образующий - переходы со смежными слоями и электрически замкнутый со слоем того же типа проводимости 2. Недостатки прототипа а) отсутствуют сильнолегированные низкоомные полупроводниковые слои между омическими контактами и - переходом, что обуславливает резкое снижение рабочего тока и прикладываемого к - переходу напряжения, то есть снижение светового излучения и КПД б) невысокая выходная мощность оптического излучения, поскольку используемые полупроводрниковые слои слаболегированы, обладают большим внутренним сопротивлением. Техническим результатом полезной модели является увеличение мощности выходного светового излучения и КПД. Поставленная задача достигается тем, что в полупроводниковом светодиоде, включающем - и -полупроводниковые слои, омические контакты к ним, - переход, содержится структура из широкозонного полупроводника с сильно легированными - и областями, при этом толщина сильнолегированных - и -областей составляет(0,70,9), а толщина области собственной проводимости равна (1,11,6), гдедиффузионная длина носителей заряда. Сущность полезной модели поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображена конструкция полупроводникового светодиода (ПСД), а на фиг. 2 - его зонная диаграмма. Конструктивно ПСД состоит из полупроводниковой структуры, из широкозонного полупроводника, включающего -слой 1, размещенный на металлическом основании 2, являющегося омическим контактом к -слою 1, -слой 3 собственной проводимости и-слой 4, по периметру которого нанесен омический контакт 5 с внешним выводом 6.-слой 3 полупроводниковой структуры, который с -слоем 1 создает первый переход и с -слоем 4 создает второй - переход, изготавливается как и -слой 1 и слой 4 из широкозонного полупроводника, обладающего большой подвижностью носителей, большой диффузионной длиной, низкой концентрацией собственных носителей заряда и возможностью создавать в его объеме сильнолегированные слои, это, например,арсенид галлия. Толщина -слоя 3 определяется стопроцентной рекомбинацией инжектированных в его область через прямосмещенные - первый переход дырок и - второй прямосмещенный переход электронов и составляет (1,11,6), где- диффузионная длина носителей заряда. Сильнолегированный -слой 1 широкозонного полупроводника сформирован на металлическом основании 2 путем введения акцепторной примеси с высокой концентрацией(10201021) см 3, обладает малым электросопротивлением и обеспечивает омический контакт с металлическим основанием 2. Его толщина определяется максимальным переносом инжектированных в него от внешнего источника питания потоком дырок и, как показали результаты эксперимента, составляет (0,70,9) . Аналогичной концентрацией легирующей донорной примеси(10201021 см-3) обладает слой 4, размещенный на -слое 3. Его толщина также определяется максимальным переносом инжектированным в него от внешнего источника питания потоком электронов и составляет (0,70,9). Омическим контактом к сильнолегированному -слою 4 является проводящий слой 5 толщиной 1,05 мкм, на котором размещен внешний металлический вывод 6. К внешним выводам 1 и 6 прикладывается напряжение питания. Полупроводниковый светодиод работает следующим образом. При подаче напряжения питанияпрямой полярности через внешние выводы 1 и 6 на полупроводниковый светодиод потенциальные барьеры - и - переходов о 1 и о 2 снижаются соответственно на величину 1 и 2, то есть 1 о 11 и 2022. 2 71842011.04.30 Поскольку ток в структуре неизменный, то соответственно 12. Потоки инжектированных электронов из -слоя 4 и дырок из -слоя 1 в -слой 3 собственной проводимости составят 1,(1)где- ток насыщения перехода. При этом концентрации инжектированных в -слой 3 электронов и дырок составят 1,(2)1.В -слое 3 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 3. Яркость светового излучения светодиода пропорциональна проходящему через него току 0, где ,- соответственно прямой ток светодиода и его пороговый ток, 0 постоянная светодиода, 00,12,5 мА. Поскольку сильнолегированные -слой 1 и слой 4 обладают высокой проводимостью и падения напряжения на этих слоях минимальны, то ток через светодиод, а следовательно, и яркость его светового излучения экспоненциально возрастают с ростом приложенного напряжения питания. Создано экспериментальное устройство - полупроводниковый светодиод, выполненный на цинковом основании со структурой на основе арсенида галлия. -слой 4 выполнен из , легированного Те с концентрацией примеси 51020 см-3 и толщиной 0,8 мкм -слой 4 собственной проводимости сформирован изс собственной концентрацией 1010 см-3 и толщиной 1,6 мкм -слой 1 выполнен из , легированногос концентрацией 51020 см-3, обладает толщиной 0,9 мкм. Верхний омический контакт выполнен из олова шириной 20 мкм и толщиной 5 мкм, к которому подключен внешний вывод из никеля. Экспериментальный полупроводниковый светодиод размером полезной площади 10 мм 2 при величине протекающего прямого тока в интервале 50-100 мА обеспечивает оптическое излучение в видимой области яркостью 150200 кэ/см 2. КПД полупроводникового светодиода достигает 24 , а КПД аналогов не превышает 15 . Технико-экономические преимущества предлагаемого полупроводникового светодиода в сравнении с прототипом и аналогами 1. Более чем в два раза возрастает яркость выходного светового излучения. 2. Более чем в 1,5 раза возрастает КПД. Промышленное освоение предлагаемого полупроводникового светодиода возможно на предприятиях электронной промышленности. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.