Способ преобразования инфракрасного излучения Советский патент 1993 года по МПК H01L31/10 

(чб) 07.05.93, Бюл. Г 17

(21)4370826/25

(22)01,02,88

(72) ЯоЛ.Оксман, И.Я .Мармур, С.П.Агамонтас и Г.Р.Трейдерис

(56)Любченко А„В. и др. Преобразование ЯК-излучения в видимое электро- люмннесцентными p-n-пруктурами на ОСНОВР Фосфида галпия.Полупроводниковая техника и микроэлектроника, Киез: Наукова Думка, 1981, вып.33,

с. 73-77.

W.Eisfeld. et al. Infrared to visible uDConversion using Cap light Emitting dioclps, AppD.Phys. Lett. 1983 v.4, N 3, 776-278. (54) СПОСОБ ПРЕОЬРЛЗОВАНИЯ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУ1ПНИЯ

(57)Изобретение относится к полупро- водникогои оптоэлектронике, конкретно к способам преобразования ПК-излучения в излучение другого спектрального состава. Целью изобретения является повышение рабочей температуры и расширение спектрального диапазона преобразуемого излучения, Способ включае охлаждение полупронод- никового светодиодл до рабочей ТРЧ- пературн Г, vдг)влpтnopяюп pй условию T , где Л Г. - гия ионизатши легирующей примеси опе- тодиода, К - посюянная Бопьимана, h J - энергия кванта преобразут мо1 о излучения. На светодиод подчкп напря- жрни прямого смещения U из условия

I/- h V ЈqU 0,5 h, где (/- контактная разность потенциапч р-п-пере- хода светодиода, q - заряд зпектро- на, Нг светоднод подают ИК-нзлучгнне и регистрируют излучение светодиода, Рабочий TesTiepaTypHbra дни1аюн и диапазон напряжении смешения обеси ччи- вают поглощение из пучения на свободных носителях в светодиодном структуре и переброс этих носителей через потенциальный барьер в светодноде с последующей их излучательнон рекомбинацией. Преимуществом споссРя является простота, умеренное пчп мде- ние, широкий спектральный диапазон преобразуемого излучения, малая инерционность .

О УЗ

ел

СлЭ

Изобретенне ошосится к полупроводниковой оптозлектронике, конкретно к способам преобразования инфракрасного (ИК) изучения другого спектрального .огтява,

Цетью июбретргия является повышение рабочей температуры и расширение спектрально- о дитпазона преобразуемого излучения.

00

со

Способ осуществляют следующим образом.

Преобразуемое иза чение rranpai ля- ют на структуру гнрюдиод, где оно поглощтется свободнпми зле « чи или Дпрктми, Гели энергия HOCH-IJ A достаточна для пргодопр нм noTitp - ального барьера, чп тч rf) регулируется t ,t L.THM

ОвиЛв

д.шдл, то пни перебрасываются через f 1ръе{ с последующей излучагельной рркомОинацирй. Таким образом, нэпу- чепие средне- или длинноволнового ПК-диапазона может преобразовываться и излучение ближней ИК (светодио- ДЫ из арсеиида галлия) ипи видимой (светодиоды из фосфида галлия или тройных соединений А В) области спектра. Наибольшая эффективность процесса преобразования имеет место в снльнолегированиых структурах све- тодиодов с мелкими примесями. Охлаждение способствует подавлению инер- ционного сигнала, обусловленного ростом инжекции светодиода при разогреве решетки. Темповой ток инжекции определяет контраст - отношение яркости люминесценции при фотостиму- ояции к темповой. Условие для нижней рабочей температуры Т ЙЕ261™

вытекает из того, что активное поглощение происходит на свободных носи- телях, поставляемых ионизованными примесями. Поэтому условие является обратным условию, необходимому для вымораживания примесей.

Верхний предел рабочей температу- ры вытекает из условия малости тока, создаваемого тепловыми носителями в прямом- смещенном светодиоде.

Пределы для прямого смешения связаны с тем, что требуемое преобразо- вание излучения обусловлено квантовым процессом переброса, который имеет место в области спектра, для которой справедлив закон Фаулера.Пределы для величины прямого смещения соответствуют высоте барьера Lf, отвечающей условию 0,5h V С . При большой высоте барьера не будут возникать фототок и стимулированная ИК-нзлучением люминесценция. При меньшей высоте барьера снижается контраст и возрастает инерционность сигнала за счет участил в фотоинжекции носителей с температурой, близкой к решеточной.

Расширение спектрального диапазона связано с возможностью его управления прямым смещением светодиода, Пример, Использовали малоинерционный арсенид-галлиевый свето- днод АЛ 106, легированный цинком в интервале 10 п - ) см3 . В качестве источника преобразуемого излучения использовали непрерывный 00i ла

ЗРР ИГ-/2 с длиной волны 10,6 мкм. Модуляция лазерного изпучения осуществлялась с помощью электрооптичрс кого модулятора ЦП7. В качестве при- емников преобразованного излучения были использованы фотоумножитель ФЭУ-83 и быстродействующие германиевые и кремниевые фотодиоды. Измерения проводили при температуре жидкого азота, которая наиболее удобна для работы и выше предельной нижней температуры 20 К. В диапазоне прямых смещений 1,37-1,44 R наблюдалось малоинерционное увеличение свечения светодиодных структур под действием ИК-излучРния. При выходе напряжения смещения за указанные пределы наблюдался как рост инерционного сигнала, так и ослабление стимулированного свечения. Измерено отношение приращения светового сигнала под действием ИК-излучен ия к яркости свечения структуры при электрическом возбуждении при этом же смещении. Это отношение доходило до 10 при лазерной мощности на уровне Вт. Измерения в специальном криостате с регулируемой температурой показали, что при выходе рабочей температуры за упомянутые выше верхнюю и нижнюю границы наблюдался как рост инерционного сигнала, так и ослабление стимулированного свечения.

Сопротивление R источника питания выбирали из условия , где С - емкость светодиода при рабочих смещениях,

требуемое быстродейст

вие, чтобы инерционность цепи питания не ограничивала скорости преобразования.

Преимуществом предлагаемого способа является простота, малая инерционность, умеренное охлаждение и широкий спектральный диапазон преобразуемого излучения. Формула изобретения

Способ преобразования инфракрасного излучения, включающий охлаждение полупроводникового светодиода, подачу напряжения смещения ни светодиод в прямом направлении, подачу инфракрасного излучения на светодиод,регистрацию излучения светодиода, отличающийся тем, что, с цепью повышения рабочей температуры и расширения спектрального диапазона

r 1538834л

преобразуемого излучения, рабочуюЧ - рлПочзч томт-р.-п ) т.

тенперлтуоу выбирают из условияа иапрчтснне и смещение л прямом

/JE/20K Т Ј h V/15Kнапрянгюшш удовлетворяют утопию

5ij- J ( qi t( - O.Sh, .где ДЕ - энергия ионизации легирующей примеси светодиода; Др ( контактняч ратипсть ПОТРИ- К - постоянная Вольцмана;пилпа р-п-персходт спето- h ) - энергия кванта преобразуе-диода;

мого излучения; 10Ч аряд электрона,