Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра

Классы МПК:H01L33/00 Полупроводниковые приборы по меньшей мере с одним потенциальным барьером или с поверхностным барьером, специально предназначенные для светового излучения, например инфракрасного; специальные способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы таких приборов
H01L31/12 связанные с одним или несколькими электрическими, например электролюминесцентными, источниками света конструктивным путем, например путем формирования на общей подложке или внутри нее, и кроме того электрически или оптически связанные с этими источниками света
Патентообладатель(и):Матвеев Борис Анатольевич (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2002-07-16
публикация патента:

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, конкретно к диодным источникам и приемникам, излучающим и принимающим излучение с поверхности в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра, и может найти применение в приборах газового анализа, спектрометрах, в системах обнаружения и связи. Технический результат изобретения: повышение удельной спектральной мощности и расширение функциональных возможностей диода. Сущность: в полупроводниковом диоде для инфракрасного диапазона спектра, включающем р- и n-области с токоподводящими контактами, разделенные р-n переходом, активную область, электрически связанную с р-n переходом, и, по меньшей мере, один оптический модуль, оптически связанный с активной областью через оптический компаунд, вышеупомянутый модуль выполнен с оптической толщиной, не превышающей значения обратной величины среднего коэффициента поглощения модуля в рабочем диапазоне энергий квантов, а упомянутая активная область выполнена с величиной ширины запрещенной зоны, соразмерной с энергией квантов рабочего диапазона спектра. 7 з.п. ф-лы, 3 ил. полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618

Рисунки к патенту РФ 2286618

полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, конкретно к диодным источникам и приемникам, излучающим и принимающим излучение с поверхности в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра, и может найти применение в приборах газового анализа, спектрометрах, в системах обнаружения и связи.

Известен светодиод, состоящий из подложки p-InAs и последовательно выращенных на ней слоев p-InGaAs и n-InGaAs [1]. Светодиод имеет мезу диаметром 500 мкм, электрический контакт на излучающей поверхности и монтируется подложкой вниз на корпус, при этом из-за большой толщины подложки, необходимой для сохранения целостности светодиодного чипа при его монтаже на корпус, p-n переход в этой структуре располагается на достаточном удалении (50-100 мкм) от теплоотвода-корпуса. Длина волны излучения такого устройства 3,3 мкм.

Его основной недостаток - ограниченная мощность из-за высокого последовательного сопротивления p-области, плохого теплоотвода, совокупно приводящих к сильному тепловому разогреву p-n перехода (области рекомбинации).

Прототипом предлагаемого устройства выбран полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, включающий p- и n-области с токоподводящими контактами, разделенные p-n переходом, активную область, электрически связанную с p-n переходом, и, по меньшей мере один оптический модуль, оптически связанный с активной областью с помощью оптического компаунда (например, в виде халькогенидного стекла) [2]. В известном диоде получают инфракрасное излучение за счет вторичного преобразования излучения (поглощение с последующей излучательной рекомбинацией) в оптическом модуле, выполненном, например, в виде варизонного материала А3B5 с увеличивающейся к излучающей поверхности шириной запрещенной зоны n-типа проводимости, или гетероструктур, или тонких пластин полупроводников А3B5.

Недостатком известного источника является малая удельная спектральная мощность излучения, что вызвано большими внутренними потерями на переизлучение (преобразование hv1полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 hv2, причем hv1>hv2 ), а также невозможность использования диода для приема излучения. Последнее связано с тем, что модуль выполнен непрозрачным для излучения, активного в области p-n перехода.

Задачей изобретения является повышение удельной спектральной мощности и расширение функциональных возможностей диода.

Задача решается тем, что в полупроводниковом диоде для инфракрасного диапазона спектра, включающем p- и n-области с токоподводящими контактами, разделенные p-n переходом, активную область, электрически связанную с p-n переходом, и, по меньшей мере один оптический модуль, оптически связанный с активной областью через оптический компаунд, вышеупомянутый модуль выполнен с оптической толщиной, не превышающей значения обратной величины среднего коэффициента поглощения модуля в рабочем диапазоне энергий квантов, а упомянутая активная область выполнена с величиной ширины запрещенной зоны, соразмерной с энергией квантов рабочего диапазона спектра.

По п.2 решается задача дополнительного повышения удельной спектральной мощности и/или чувствительности полупроводникового диода.

Задача решается тем, что в диоде по п.1 по меньшей мере один упомянутый оптический модуль выполнен в виде фокусирующей линзы.

По п.3 решается задача дополнительного повышения удельной спектральной мощности полупроводникового диода.

Для этого в полупроводниковым диоде по п.1 по меньшей мере один оптический модуль выполнен в виде плоской пластины с напыленным на ней четверть-волновым Брэгговским отражателем, и по крайней мере один из контактов выполнен отражающим.

По п.4 решается задача дополнительного повышения удельной спектральной мощности полупроводникового диода.

Для этого полупроводниковый диод по п.3 дополнительно содержит полуволновый Брэгговский отражатель, напыленный на поверхность одной из областей p- или n-типа, оптически связанный с упомянутой активной областью.

По п.3 решается задача дополнительного повышения удельной спектральной мощности и/или чувствительности полупроводникового диода.

Для этого в полупроводниковом диоде по любому из пп.1-3 по меньшей мере один модуль выполнен в виде плоской пластины с напыленным на ней полуволновым Брэгговским отражателем.

По п.6 решается задача дополнительного повышения удельной спектральной мощности и/или чувствительности полупроводникового диода.

Для этого полупроводниковый диод по любому из пп.1-5 дополнительно содержит теплоотвод, к которому присоединен по меньшей мере один упомянутый оптический модуль.

По п.7 решается задача дополнительного повышения удельной спектральной мощности и/или чувствительности полупроводникового диода.

Задача решается тем, что в полупроводниковом диоде по любому из пп.1, 2, 5 или 6 по меньшей мере один из контактов выполнен отражающим.

По п.8 решается задача обеспечения возможности наблюдения сигналов со значительного расстояния.

Задача решается тем, в полупроводниковом диоде по любому из пп.1-7 по меньшей мере один из модулей выполнен в виде оптического волокна.

Авторы изменили функцию модуля, заявленную в известном решении [2], а именно вместо Стоксовского преобразования частоты (преобразование hv1полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 hv2, причем hv1>hv2 ) предложили использовать модуль в качестве покрытия, пропускающего первичное излучение, образованное в области p-n перехода и имеющее энергию, соответствующую рабочему (инфракрасному) диапазону. При этом в отличие от мнения, высказанного в [2] о малой эффективности инжекции в узкозонных материалах и о преимуществах широкозонного эмиттера (первая активная область) для создания возбуждения в материале с узкой шириной запрещенной зоны (т.е. активного в рабочем диапазоне длин волн), особенно при повышенных температурах, авторами экспериментально показано, что в диоде с оптимизированными параметрами (т.е. при создании диода с низким последовательным сопротивлением, низкой концентрацией носителей и дефектов в структуре) выпрямляющие/инжектирующие свойства p-n перехода сохраняются даже в приборах с малыми значениями ширины запрещенной зоны (0,2 эВ) и при повышенных температурах (t>100÷200°C). Показано, например, что в диодах на основе арсенида индия и его твердых растворов обратный ток имеет ярко выраженное насыщение при t>100÷200°С. Более того, было показано, что при повышенных температурах коэффициент преобразования электрического тока в световую мощность (Вт/А) может быть существенно повышен, если к диоду приложить обратное смещение. При этом возникает эффект отрицательной люминесценции, т.е. понижение "эффективной температуры" или излучательной способности диода ниже фонового значения. Этот режим работы не был возможен в известном диоде, поскольку экстракция носителей и понижение излучательной способности имели место в широкозонной активной области, т.е. области, не соответствующей рабочей (инфракрасной) спектральной области. Все перечисленные и выявленные авторами новые свойства узкозонных p-n переходов использованы для повышения удельной спектральной мощности, поскольку комбинация оптически тонкого модуля с оптической толщиной, не превышающей обратной величины среднего коэффициента поглощения модуля в рабочем диапазоне длин волн, и прямого использования излучения от p-n перехода создали новый эффект - повышение спектральной яркости источника - удельной спектральной мощности. Кроме того, создание модуля прозрачным позволило осуществлять регистрацию излучения (режим фотодетектирования). В известном диоде эта функция отсутствовала, поскольку вторая активная область представляла собой "узкозонный обрезающий фильтр". Таким образом, в заявляемом решении расширяются функциональные возможности диода. В известном решении ширина запрещенной зоны активной области, электрически соединенной с активной областью, намного превышала энергию квантов рабочего диапазона, т.е. была несоразмерна этому диапазону. В заявляемом решении выполнение активной области, электрически связанной с активной областью, с шириной запрещенной зоны, соразмерной рабочему диапазону, обеспечивает максимально эффективное преобразование электрической энергии в световую, что непосредственно влияет на достижение цели изобретения.

Отметим, что наличие оптически прозрачного модуля, который в заявляемом решении уже не является необходимо узкозонным полупроводником, выполняет другую важную функцию - он защищает поверхности оптического компаунда (например, халькогенидного стекла, содержащего йод, бром, серу и др.) от термического разложения, поскольку может быть изготовлен из тугоплавкого и химически стойкого материала, например сапфира.

Покажем существенность признаков изобретения по п.1.

Выполнение активной области с величиной ширины запрещенной зоны, соразмерной с энергией квантов рабочего диапазона, необходимо для активизации прибора в нужном спектральном диапазоне, например для создания экстракции носителей вблизи p-n перехода. Экстракция носителей подавляет интенсивность межзонных переходов, что создает отрицательный тепловой контраст (или отрицательную люминесценцию) в рабочем диапазоне энергий квантов, соразмерной энергии межзонных переходов, т.е. ширине запрещенной зоны.

Создание оптического модуля с оптической толщиной, не превышающей обратной величины среднего коэффициента поглощения модуля в рабочем диапазоне длин волн (энергий квантов), обеспечивает устойчивую оптическую связь активной области с внешним источником/приемником излучения, т.е. обеспечивает прохождение излучения без заметных для работоспособности диода световых потерь (под оптической толщиной понимают суммарный ход лучей в материале(ах) оптического устройства или его детали, где потенциально может возникнуть поглощение. См, например, [3]). Дополнительно появляется возможность возбуждения и разделения неосновных носителей заряда в области p-n перехода излучением, проникающим в диод извне, т.е. расширяются возможности диода за счет появления функции детектирования. Из экспериментальных оценок, проведенных авторами, следует, что при толщине, большей обратной величины среднего коэффициента поглощения модуля, потери света превышают выигрыш, получаемый от прямого преобразования электрической мощности в световую, и не позволяют повысить удельную спектральную мощность. При этом также не расширяются функциональные возможности из-за сильного (1/е раз) поглощения света. Невыполнение соразмерности ширины запрещенной зоны и энергии квантов рабочего диапазона ведет с значительному снижению мощности и чувствительности. Так, например, превышение ширины запрещенной зоны над энергией квантов в рабочем диапазоне на величину кТ, где к - постоянная Больцмана, а Т - температура (К), приводит к падению спектральной мощности в максимуме в ˜2 раза. Это вызвано тем, что полуширина излучения полупроводниковых источников не превышает обычно величины 2кТ, и использование квантов за пределами полуширины спектра нецелесообразно. То же относится и к приему излучения: из-за резкого падения чувствительности большинства фотоприемников в коротковолновой области использование "коротких" по отношению к максимуму спектральной кривой квантов нецелесообразно, т.к. не позволяет достичь возможности регистрации излучения.

По п.2 создание полупроводникового диода по п.1 в виде фокусирующей линзы позволяет решить задачу дополнительного повышения удельной спектральной мощности и/или чувствительности полупроводникового диода за счет пространственной концентрации излучения, что достигается изготовлением внешней (излучающей/принимающей) поверхности модуля в виде части сферы или более сложной поверхности. Одновременно с этим, в силу обратимости оптических схем, повышается и удельная чувствительность диода. Отсутствие линзы приводит к существенному снижению удельных спектральных характеристик из-за того, что излучение диода без линзы не имеет направленности.

По п.3 создание полупроводникового диода позволяет решить задачу дополнительного повышения удельной спектральной мощности полупроводникового диода. Положительный эффект достигается за счет направленности, обусловленной возникновением мод в резонаторе, образованном Брэгговским отражателем и отражающим контактом. Увеличение удельной спектральной мощности достигается в описываемой в п.3 конструкции также за счет возникновения обратной связи и суперлюминесценции (генерации).

По п.4 решается задача дополнительного повышения удельной спектральной мощности полупроводникового диода. При такой конструкции обеспечивается создание обратной связи в узком диапазоне длин волн, совпадающем с максимумом пропускания дополнительного полуволнового Брегговского отражателя. Сужение полосы излучения (генерации, например, концентрации излучения в одной излучающей моде) приводит к возрастанию удельной спектральной мощности.

По п.5 решается задача дополнительного повышения удельной спектральной мощности и/или чувствительности полупроводникового диода. Введение полуволнового отражателя, оптически связанного с активной областью, например, с помощью халькогенидного стекла, сужает спектральную кривую, например спектр излучения отрицательной люминесценции, и одновременно с этим увеличивает выход излучения в максимуме кривой, т.е. приводит к увеличению удельной спектральной мощности/чувствительности.

По п.6 решается задача дополнительного повышения удельной спектральной мощности полупроводникового диода. Создание теплоотвода и теплового контакта между модулем и теплоотводом способствует оттоку тепла от работающего в режиме инжекции диода и повышает его рабочую мощность. Теплоотвод может быть выполнен в виде корпуса (упаковки) диода. Например, при выполнении модуля из сапфировой пластины последняя может быть приклеена (приварена или припаяна) к крышке корпуса, выполняя также функцию герметизирующего окна. Сапфир обладает хорошей теплопроводностью, поэтому он обеспечивает сток тепла на корпус, что препятствует повышению джоулевского разогрева диода.

По п.7 решается задача увеличения удельной спектральной мощности и/или чувствительности полупроводникового диода. Создание отражающего контакта увеличивает выход света из диода, поскольку контакт отражает свет, распространяющийся в сторону, противоположную излучающей поверхности, и направляет его в сторону оптического модуля. При работе диода в режиме фотоприемника отражающий контакт отражает излучение, прошедшее при первом прохождении через активную область, и увеличивает таким образом коэффициент использования излучения, т.е. увеличивает чувствительность.

По п.8 решается задача дополнительного повышения удельной спектральной мощности и/или чувствительности полупроводникового диода. Повышение мощности и чувствительности диода, особенно заметное при больших расстояниях от диода, достигается в данном варианте диода за счет каналирования излучения в волокне. Волокно может быть изготовлено из разных материалов, например кварца или халькогенидного стекла As2S3.

Схема предлагаемого устройства изображена на Фиг.1, где:

1 - n- (или р-) область полупроводникового диода;

2 - р- (или n-) область полупроводникового диода;

3 - токоподводящие контакты;

4 - р-n переход;

5 - активная область;

6 - оптический модуль;

7 - оптический компаунд.

Работа устройства.

Внешний источник энергии, например источник тока, подключают к контактным областям через токоподводящие проводники 3 и подают смещение, инициирующее инжекцию носителей в р-n переходе 4. Инжектированные носители рекомбинируют вблизи р-n перехода 4, т.е. в активной области 5, ограниченной диффузией носителей или потенциальной ямой, с выделением излучения в ИК области спектра. Сформированные таким образом кванты покидают области вблизи p-n перехода, попадают в компаунд 7, а затем в оптический модуль 6. Кванты покидают модуль 6, как показано стрелками на Фиг.1, и создают вне диода полезный сигнал - электролюминесценцию.

Покажем работу источника для получения отрицательной люминесценции (ОЛ) (или негативного теплового контраста) для применений при повышенных температурах и/или больших длинах волн. На омические контакты подается напряжение отрицательной полярности через подводящие электроды 3. При этом p-n переход 4 смещается в обратном направлении, и неосновные носители вытягиваются из областей, прилегающих к p-n переходу на расстоянии порядка диффузионной длины носителей. Из-за истощения носителями указанных областей нарушается термодинамическое равновесие, т.е. n·p<(ni)2 , и истощенные области 5 начинают поглощать излучение из внешней среды в большей степени, чем испускать его. Возникает отрицательная люминесценция, т.е. понижение излучательной способности источника - излучающей поверхности модуля 6 [4], регистрируемое как падение оптического сигнала в узком спектральном диапазоне за время импульса обратного тока. Диод с истощенными областями (т.е. включенный в обратном направлении) представляет собой также устройство с улучшенными характеристиками применительно к регистрации внешнего излучения, т.е. он работает как эффективный приемник излучения [5]. При этом источник излучает вовне отрицательное излучение, показанное на Фиг.1 стрелками, и принимает положительное излучение от объекта. Для выделения полезного сигнала (сигнала от внешнего источника) необходимо подключить помимо источника смещения еще и схему регистрации изменений фототока/напряжения.

Предлагаемый диод (пример оптимального для коллимации излучения варианта) схематически изображен также на Фиг.2, где:

1 - n-область полупроводникового диода выполненная, например, из прозрачного материала;

2 - p-область полупроводникового диода;

3 - токоподводящие контакты, например, из сплава Pb-Sn;

4 - p-n переход;

5 - активная область, ограниченная круглой мезой;

6 - модуль - фокусирующая линза, например, из кремния;

7 - компаунд - халькогенидное стекло;

8 - отражающие контактные области, например, из золота (жирные линии на p- и n-областях);

9 - держатель для диода, например, из полуизолирующего кремния.

Предлагаемый диод (пример оптимального для газоанализаторов варианта) схематически изображен также на Фиг.3, где:

1 - n-область полупроводникового диода, выполненная, например, из прозрачного арсенида индия;

2 - p-область полупроводникового диода, например, из InAsSb;

3 - токоподводящие контакты в виде золотых проволок;

4 - p-n переход;

5 - активная область, ограниченная круглой мезой;

6 - модуль - фокусирующая линза, например, из CdSb;

7 - компаунд 1 (первое халькогенидное стекло);

8 - отражающие контакты из золота (показаны жирными линиями, в том числе на аноде (активной области));

9 - держатель диода, например, из меди;

10 - кремниевая или сапфировая пластина с напыленным на ней полуволновым Брэгговским отражателем 11 (часть модуля);

11 - полуволновый Брэгговский отражатель, нанесенный на пластину 10 (часть модуля);

12 - компаунд 2 (второе халькогенидное стекло).

Пример 1. Полупроводниковый диод был создан в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН, для чего методом жидкофазной эпитаксии на подложке n+-InP (Sn), ориентированной по плоскости (100), были выращены следующие слои: n-область из нелегированного InGaAsP с шириной запрещенной зоны Eg=1,19 эВ и толщиной d˜1,0 полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 m, n-область из нелегированного InGaAsP (Eg=1,01 эВ, d˜0,4 мкм), р+-область из легированного Zn InGaAsP (Eg=1,01 эВ, d˜4,7 мкм). Состав и ширина запрещенной зоны активного слоя n - InGaAsP были оптимизированы для получения излучения в области 1,22-1,24 мкм при комнатной температуре, при этом энергия квантов излучения (hv˜1 эВ) была близка (соразмерна) к ширине запрещенной зоны активного слоя. Эпитаксиальная структура раскалывалась на чипы размерами 1×1×0,35 мм3, которые монтировались (припаивались индием) на стандартный держатель ТО-18 p-слоем вниз (токопроводящий контакт - анод), n-контакт (токопроводящий катод) формировался на поверхности InP индием так, что свободная поверхность InP имела размеры 1×0,9 мм2. Катод соединялся с изолированным выводом корпуса ТО-18 с помощью золотой проволоки диаметром 50 мкм. На поверхность n+-InP (Sn) с помощью халькогенидного стекла As-S-Te-Sb устанавливался оптический модуль - пластина сапфира толщиной 350 мкм, много меньшей обратной величины коэффициента поглощения сапфира на длине волны 1,2 мкм.

Для сравнения изготавливался также источник по прототипу. Для этого описанная выше структура устанавливалась на поверхности диода из арсенида галлия с помощью халькогенидного стекла. Свободная (выводящая свет) поверхность при этом представляла собой n+-InP (Sn). Полученные источники запитывались импульсным током I=50 мА, длительностью 10 мкс и частотой повторения 500 Гц и излучали на длине волны 1,2 мкм. Удельная спектральная мощность излучения предлагаемого источника (мощность, приходящаяся на единичный спектральный диапазон (1 мкм) и единичную площадь (см2 ) при питании единичным током (1 А)), измеренная на расстоянии 10 см от диода, составляла ˜0,64 мВт·мкм-1 ·А-1·см-2 и превосходила мощность излучения известного источника, составлявшего для тех же условий ˜0,15 мВт·мкм-1·А-1·см -2.

Полученный в примере 1 диод имел возможность регистрировать внешнее излучение, например в режиме фототока. При этом его чувствительность в максимуме спектральной кривой составила 0,3 А·Вт-1.

Пример 2. Диод изготавливался на основе p-n перехода, сформированного в процессе роста и расположенного в средней части двойной гетероструктуры n-InAsSbP/n-InGaAs-p/p-InAsSbP с толщинами слоев 4, 3, 5 мкм соответственно, выращенных на подложке n+-InAs, обозначенной цифрой 1 на Фиг.2, прозрачной для излучения с длиной волны 3,3 мкм. Омические контакты 8 создавались напылением золота с вжиганием. Слой p-InAsSbP являлся широкозонным эмиттером, слой n-InAsSbP служил для ограничения носителей. Кристалл, содержащий вышеуказанные слои 1 с размером активной области 5 D=300 мкм, припаивался на контактные площадки 3 кремниевого носителя (подложки) 9. На n+-InAs с помощью халькогенидного стекла 7 "приклеивалась" кремниевая линза 6 диаметром 3,5 мм, выполненная в виде гиперполусферы. Удельная спектральная мощность излучения предлагаемого диода в области 3.4 мкм, измеренная на расстоянии 10 см от диода, составляла 0,024 мВт·мкм -1·А-1·см-2 и превосходила мощность диода в прототипе более чем в 5 раз. При этом у диода появлялась новая функция - возможность регистрации ИК излучения. Величина произведения R0A составляла 2 Ом·см 2, чувствительность S=1 А·Вт-1. Расширение функциональных возможностей проявлялось также в том, что диод мог создавать отрицательный тепловой контраст при подаче на него обратного смещения. При протекании тока I=-2 ÷ -50 мА изменение "эффективной температуры" согласно измерениям с помощью инфракрасного микроскопа, оборудованного тепловизором, составила полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 t=-1,5 К, что соответствует режиму излучения отрицательной люминесценции.

Пример 3. Диод изготавливался так же, как описано в примере 2, однако оптический модуль был выполнен из плоской кремниевой пластины и содержал напыленный на его поверхность Брегговский четвертьволновый отражатель, а омические контакты создавались без вжигания и обладали высоким коэффициентом отражения (0,9-0,95). Удельная спектральная мощность излучения такого диода, измеренная на расстоянии 10 см от его поверхности, была на 50% выше, чем в примере 1.

Пример 4. Диод изготавливался так же, как описано в примере 3, однако на поверхности n+ -InAs был напылен Брегговский полуволновый отражатель на основе халькогенидных стекол и оптимизированный для пропускания длины волны 3,4 мкм. Удельная спектральная мощность излучения диода, измеренная на расстоянии 10 см, была выше, чем в примере 3 на 30%.

Пример 5. Диод изготавливался на основе двойных гетероструктур, которые выращивались методом ЖФЭ и состояли из нелегированной подложки n-InAs (111)А (n=1÷2×1016 см -3) и трех эпитаксиальных слоев: прилегающего к подложке широкозонного ограничивающего слоя n-InAs1-x-уSb xPy (0,05полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 хполупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 0,09, 0,09полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 уполупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 0,18), активной области лазера n-In1-vGa vAs1-wSbw (vполупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 0,07, wполупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 0,07) и широкозонного эмиттера p-(Zn)-InAs1-x-у SbxPy (0,05полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 хполупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 0,09, 0,09полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 уполупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 0,18). При выращивании активной области использовался расплав, содержащий гадолиний в количестве X1 Gd =0.004÷0,005% (ат.), что согласно [6] приводит к наименьшему содержанию остаточных примесей и дефектов в твердом растворе n-In1-vGavAs1-wSbw и максимальной подвижности свободных носителей. Толщины широкозонных слоев составляли 3÷5 мкм, активной области: 1 мкм; подложка, исходно имевшая толщину 350 мкм, утонялась до толщины 100 мкм. Оптический модуль в виде кремниевой пластины с напыленным на ней полуволновым Брегговским отражателем оптически связывался с активной областью с помощью низкотемпературного халькогенидного стекла, для чего он устанавливался на поверхности подложки InAs. Брегговский отражатель имел полуширину пропускания 0,1 мкм с максимумом 3,9 мкм, совпадающим с максимумом спектральной кривой излучения и фоточувствительности активной области диода. Удельная спектральная мощность излучения (при прямом и обратном смещениях) и чувствительность диода в максимуме спектральной кривой была на 10% выше, чем в аналогичном диоде без Брегговского отражателя.

Пример 6. Диод изготавливался так же, как описано в примере 5, однако оптический модуль был выполнен из пластины сапфира толщиной 350 мкм, припаянной к крышке корпуса ТО-39, служившей теплоотводом. На поверхность сапфировой пластины с помощью халькогенидного стекла устанавливалась кремниевая линза. При питании током 1 А, 5 мкс и частотой 1000 Гц мощность диода превышала мощность диода в примере 2 на 30% за счет более эффективного теплосъема с диода.

Пример 7. Полупроводниковый диод изготавливался, как показано в примере 2, однако анод был изготовлен без вжигания, что обеспечивало хорошие отражающие свойства (R=0,9-0,95). Чувствительность такого диода в максимуме спектральной кривой была в 1.5 раза выше, чем в примере 2.

Пример 8. Диод изготавливался так же, как в примере 1, однако оптический модуль выполнялся в виде кварцевого волокна. Для этого на поверхность InP халькогенидным стеклом приклеивался торец волокна длиной 5 м. Удельная мощность излучения такого диода, измеренная с торца, была несоизмеримо выше мощности диода в примере 1, измеренная на расстоянии 5 м.

ЛИТЕРАТУРА

1. М.Айдаралиев, Н.В.Зотова, С.А.Карандашев, Б.А.Матвеев, М.А.Ременный, Н.М.Стусь, Г.Н.Талалакин, "Электролюминесценция светодиодов полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, патент № 2286618 =3.3-4.3 мкм на основе твердых растворов InGaAs и InAsSbP в интервале температур 20-180°С", ФТП, т.34 (2000), №1, стр.99-102.

2. Б.А.Матвеев, Н.В.Зотова, Н.Д.Ильинская, С.А.Карандашев, М.А.Ременный, Н.М.Стусь, Г.Н.Талалакин, Патент РФ на "Источник ИК-излучения" No. 2154324 с приоритетом от 27.04.1999, БИ №22 от 10.08.2000 (прототип).

3. Тихонравов А.В., Трубецков М.К., Кокарев М.А, Амочкина Т.В. "О роли полной оптической толщины в задачах синтеза многослойных покрытий" http://www.srcc.msu.su/nivc/sci/conf/annot_02/annot1.htm

или http://www.astro.spbu.ru/staff/resh/Book/node25.html.

4. М.Айдаралиев, Н.В.Зотова, С.А.Карандашев, Б.А.Матвеев, М.А.Ременный, Н.М.Стусь, Г.Н.Талалакин, "Отрицательная люминесценция в диодах на основе р-InAsSbP/n-InAs", ФТП, 2001, том.35, вып.3, стр.335-338.

5. А.М.White, "Generation-recombination processes and Auger suppression in small-bandgap detectors". Journal of Crystal Growth 86 (1988), pp.840-848.

6. H.B.Зотова, С.А.Карандашев, Б.А.Матвеев, М.А.Ременный, Н.М.Стусь, Г.Н.Талалакин, ФТП, т.33, в.8 (1999), стр.1010-1014.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Полупроводниковый диод для инфракрасного диапазона спектра, включающий р- и n-области с токоподводящими контактами, разделенные р-n переходом, активную область, электрически связанную с р-n переходом, и, по меньшей мере, один оптический модуль, оптически связанный с активной областью через оптический компаунд, при этом вышеупомянутый модуль выполнен с оптической толщиной, не превышающей значения обратной величины среднего коэффициента поглощения модуля в рабочем диапазоне энергий квантов, а упомянутая активная область выполнена с величиной ширины запрещенной зоны, соразмерной с энергией квантов рабочего диапазона спектра.

2. Полупроводниковый диод по п.1, в котором, по меньшей мере, один упомянутый оптический модуль выполнен в виде фокусирующей линзы.

3. Полупроводниковый диод по п.1, в котором, по меньшей мере, один оптический модуль выполнен в виде плоской пластины с напыленным на ней четвертьволновым Брэгговским отражателем и, по крайней мере, один из контактов выполнен отражающим.

4. Полупроводниковый диод по п.3, в котором дополнительно содержится полуволновый Брэгговский отражатель, напыленный на поверхность одной из областей р- или n-типа, оптически связанный с активной областью.

5. Полупроводниковый диод по п.1, или по 2, или по 3, в котором, по меньшей мере, один оптический модуль выполнен в виде плоской пластины с напыленным на ней полуволновым Брэгговским отражателем.

6. Полупроводниковый диод по любому из пп.1-5, который дополнительно содержит теплоотвод, к которому присоединен, по меньшей мере, один упомянутый оптический модуль.

7. Полупроводниковый диод по любому из пп.1, 2, 5 и 6, в котором, по меньшей мере, один из контактов выполнен отражающим.

8. Полупроводниковый диод по любому из пп.1-7, в котором, по меньшей мере, один из модулей выполнен в виде оптического волокна.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2286618

patent-2286618.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс H01L33/00 Полупроводниковые приборы по меньшей мере с одним потенциальным барьером или с поверхностным барьером, специально предназначенные для светового излучения, например инфракрасного; специальные способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы таких приборов

Патенты РФ в классе H01L33/00:
способ изготовления стекловидной композиции -  патент 2529443 (27.09.2014)
светоизлучающий прибор и способ его изготовления -  патент 2528604 (20.09.2014)
светодиодный модуль с пассивным светодиодом -  патент 2528559 (20.09.2014)
способ изготовления органического светоизлучающего диода -  патент 2528128 (10.09.2014)
ультрафиолетовый светодиод на нитридных гетероструктурах -  патент 2528112 (10.09.2014)
люминесцентный преобразователь для усиленного люминофором источника света, содержащий органические и неорганические люминофоры -  патент 2526809 (27.08.2014)
конвертер вакуумного ультрафиолетового излучения в излучение видимого диапазона в виде аморфной пленки оксида кремния siox на кремниевой подложке -  патент 2526344 (20.08.2014)
осветительное устройство с сид и передающим основанием, включающим люминесцентный материал -  патент 2525834 (20.08.2014)
эффективное светоизлучающее устройство и способ изготовления такого устройства -  патент 2525620 (20.08.2014)
светоизлучающее устройство и способ изготовления светоизлучающего устройства -  патент 2525325 (10.08.2014)

Класс H01L31/12 связанные с одним или несколькими электрическими, например электролюминесцентными, источниками света конструктивным путем, например путем формирования на общей подложке или внутри нее, и кроме того электрически или оптически связанные с этими источниками света


Наверх