СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД Советский патент 1995 года по МПК H01L33/00 

Изобретение относится к оптоэлектронике, а именно к полупроводниковым приборам, преобразующим электрическую энергию в когерентное излучение, и может использоваться в газоаналитическом приборостроении.

Целью изобретения является повышение квантового выхода в области длин волн, больших 3,9 мкм, за счет стимулированного режима работы светодиода.

На чертеже изображено сечение светоизлучающего диода.

Светоизлучающий диод имеет область 1 варизонной пленки InAsSb с p-типом проводимости, область 2 варизонной пленки InAsSb с n-типом проводимости, p-n-переход 3, область 4 варизонной пленки InAsSbP n-типа проводимости толщиной 60-90 мкм с узкозонной и широкозонной поверхностями 5 и 6 соответственно, торцовые грани 7, сколотые по плоскостям, сходящимся в центре под углом α, и омические контакты 8, причем пленки InAsSb и InAsSbP выполнены в виде шаровых слоев с совмещенными центрами кривизны, прилегающая к InAsSbP n-область InAsSb имеет толщину 2-4 мкм, периоды решеток в обеих пленках линейно возрастают в направлении от центра кривизны с градиентом grad a, связанный с диффузионной длиной электронов L в p-InAsSb соотношением
2·10^-8≅ grad ≅ + где α угол между сколотыми гранями удовлетворяет условию
b ≅ α ≅ b + где с 7,1 ^. 10^-6 мкм; b длина p-n-перехода, заключенного между гранями структуры.

Светоизлучающий диод работает следующим образом. При смещении p-n-перехода в прямом направлении по структуре через контакты 8 течет ток. При этом электроны из n-области 2 инжектируются в активную область 1, где при рекомбинации с дырками возникает спонтанное излучение с максимумом вблизи 3,9 мкм. Это излучение протекает через слой n-InAsSb 2 и через узкозонную поверхность InAsSbP 5 в варизонный n-InAsSbP 4. Благодаря меньшему, чем у InAsSb, показателю преломления излучения в InAsSbP излучение каналируется. Возникшая в результате этого направленность излучения и ограничение излучения от торцовых граней 7, плоскости которых развернуты незначительно (угол мал), приводят к появлению стоячей волны и усилению света, выводимого из структуры через торцовые грани 7. Возникает стимулированный режим работы светодиода. При работе светодиод помещают в термостат с охлаждающей средой.

Все измерения проводили при охлаждении светодиодов до 4,2К. При малых токах (I < 200 А/см²) полуширина спонтанного излучения составляла 10 мэВ, коротковолновый и длинноволновый спады спектров были практически экспоненциальны. При превышении пороговой плотности тока возникало когерентное излучение в максимуме спонтанной полосы с длиной волны 3,91 мкм. Квантовая эффективность составляла 6% при токе 600 А/см².

Светодиод был реализован следующим образом.

Монокристаллические слитки n-InAs с концентрацией носителей n ≈ 3^.10^-16 см^-3 и плотностью дислокаций ≈ 10⁴ см^-2 разрезали на ориентированные оптическим методом шайбы, имеющие толщину ≈ 600 мкм и ориентацию поверхности (III).

Шайбы шлифовали на порошках М28 и М10 до толщин 400 мкм, после чего разрезали на пластины 10^.12 мм². Пластины травили в кипящей смеси H₂SO₄ + H₂O₂ + H₂O (1:1:1) в течение 40 с, после чего блестящую поверхность пластин маркировали химически стойким лаком ХСЛ и производили травление в смеси NHO₃ + HF + HAc (5:3:3) в течение 10 с. Лак механически удаляли и немаркированную поверхность (А сторона пластины) приводили в контакт с расплавом In-As-Sb-P (56,89: 6,6: 36,5: 0,010 ат.) при температуре 720^оС, после чего осуществляли снижение температуры со скоростью 0,4^оС/мин в течение 50 мин. В результате этого подложка изгибалась и вырастал шаровой слой InAsSbP. Расплав удаляли и осуществляли новый контакт с расплавом In-As-Sb (66:3:31 ат.) при температуре 700^оС. Вновь температуру системы снижали со скоростью 0,24^оС/мин в течение 15 мин. При этом вырастал шаровой слой InAs_1-xSb_x (x ≈ 0,13), сопряженный с InAsSbP. Через 11 мин после начала этого снижения с помощью манипулятора в расплав вводили легирующую добавку весом 5 мг, содержащую 95% In и 5% Zn. Расплав In-As-Sb удаляли сдвигом с поверхности структуры и производили снижение температуры до комнатной.

После выращивания структуры подложку удаляли в смеси H₂SO₄ + H₂O₂ + H₂O (1: 1:1), к n-InAsSbP и p-InAsSb припаивали омические контакты из индия, после чего структуру расклалывали на диоды с резонатором Фабри-Перро площадью 250 х 300 мкм².

Изобретение относится к оптоэлектронике, а именно к полупроводниковым приборам, преобразующим электрическую энергию в когерентное излучение. Цель изобретения - повышение квантового выхода в области длин волн, больших 3,9 мкм, за счет стимулированного режима работы светодиода. Светоизлучающий диод содержит варизонную пленку InAsSbP n-типа проводимости и p-n-переход. Диод дополнительно содержит варизонную пленку InAsSb с расположенным в ней p-n-переходом, сопряженную с узкозонной поверхностью пленки InAsSbP толщиной 60 - 90 мкм, торцовые грани диода сколоты по плоскостям, сходящимся в центре под углом α, причем пленки InAsSb и InAsSbP выполнены в виде шаровых слоев с совмещенными центрами кривизны, прилегающая к InAsSbP n-область InAsSb имеет толщину 2 - 4 мкм, периоды решеток в обеих пленках линейно возрастают в направлении от центра кривизны с градиентом grad связанным с диффузионной длиной L электронов в p-InAsSb соотношением угол α между сколотыми гранями удовлетворяет условиям где c = 7,10·10^-6 мкм; b - длина p-n-перехода, заключенного между гранями структуры. Светодиод имеет квантовый выход на λ = 3,9 мкм, в несколько раз превышающий квантовый выход известных светодиодов. 1 ил.

СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД, содержащий варизонную структуру на основе InAsSbP с p-n-переходом и омические контакты, отличающийся тем, что, с целью повышения квантового выхода в области длин волн, больших 3,9 мкм, за счет обеспечения стимулированного режима работы светодиода, вариозная структура с p-n-переходом выполнена в виде пленки InAsSb, расположенной на варизонной пленке InAsSbP толщиной 60-90 мкм, торцовые грани диода сколоты по плоскостям, сходящимся в центре под углом α, причем пленки InAsSb и InAsSbP выполнены в виде концентрических шаровых слоев, прилегающих к InAsSbP, n-область InAsSb имеет толщину 2-4 мкм, периоды решеток в обеих пленках линейно возрастают в направлении от центра шаровых слоев с градиентом grad связанным с диффузионной длиной электронов L в p-InAsSb соотношением

а угол α между сколотыми гранями удовлетворяет условию

где c 7,1·10^-6 мкм;
b длина p n-перехода, заключенного между гранями структуры.