ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЕДИОДЫ

СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД С УПРАВЛЯЕМЫМ ЦВЕТОМ СВЕЧЕНИЯ

Светоизлучающие диоды — одни из немногих источ­ников света, которые позволяют реализовать управляе­мое изменение цвета свечения. В настоящее время рас­смотрено несколько путей создания светоизлучающих диодов с управляемым - цветом свечения: двухпереходный однокристальный GaP диод [83]; однопереходный двух - лолосный однокристальный GaP диод [17, 84]; двухкри­стальный биполярный диод с параллельным соединени­ем кристаллов; двухкристальный диод с независимым е ключей ием кристаллов; двух переходный однокристаль­ный диод, один из р—«-переходов которого излучает красный свет, а другой — инфракрасное излучение, пре­образуемое с помощью антистоксового люминофора в зеленое свечение.

Анализ оптических и электрических характеристик, технологичности и применения вышеуказанных видов светоизлучающих диодов с управляемым цветом свече­ния показал, что наибольший интерес в настоящее вре­мя представляет двухпереходный однокристальный GaP диод. Основные преимущества этого вида светоизлучаю­

щих диодов следующие: 1) позволяет получить более широкий, чем у однопереходного двухполосного GaP дио­да, диапазон изменения цвета свечения; 2) рабочий ток во всем спектральном диапазоне не более 20 мА в отли­чие от однопереходного GaP диода, у которого диапазон изменения тока существенно шире; 3) сила света при­мерно одинакова во всем спектральном диапазоне в от­личие от однопереходного GaP диода, у которого сила света существенно различна для разных цветов свече­ния; 4) обеспечивает эффективное смешивание излуче­ний двух полос, благодаря чему желтый и оранжевый цвета свечения имеют значительно лучшее качество, чем у двухкристальных диодов (последние фактически явля­ются только двухцветными диодами); 5) позволяет ото­бражать до пяти состояний объекта с помощью цветов: красный —оранжевый —желтый —зеленый — выклю­чено (число отображаемых состояний может быть по крайней мере удвоено за счет использования мигающего свечения); 6) позволяет осуществить аналоговое отобра­жение информации путем непрерывного изменения цвета свечения от красного до зеленого (через все оттенки);

7) имеет симметричную диаграмму направленности из­лучения в отличие от двухкристального диода, у которо­го кристаллы смещены относительно центра прибора, благодаря чему оси диаграмм направленности излуче­ния расположены под углом к оптической оси прибора;

8) двухпереходный диод значительно эффективнее свето­излучающего диода, использующего преобразование ин­фракрасного излучения в видимое, так как эффектив­ность процесса антистоксового преобразования весьма низка.

Однако двухпереходный однокристальный GaP диод HMee*r и недостатки, а именно— более сложную техноло­гию эпитаксиального выращивания структуры и изго­товления кристаллов с тремя контактными областями.

Двухпереходный светоизлучающий диод с управляе­мым цветом свечения описан в работе [117]. Устройство кристалла диода приведено на рис. 4.26. Максимальная плотность тока через р—«-переход с зеленым свечени­ем составляет 5,5 А/см2, через р—«-переход с красным свечением—9,0 А/см2. Омический контакт к верхней p-области занимает примерно 20 % ее площади, а кон­такт к нижней р-области — примерно 40 % площади ниж­ней грани. Омический контакт к базовой «-области вы­полнен сплошным и непрозрачным, как для улучшения

цветовой характеристики прибора, так и для повышения надежности получения низкоомного омического контак­та к n-GaP.

Конструктивно диод выполнен в полимерной гермети­зации (рис. 4.27) на основе металлостеклянной ножки [117], содержащей отражающую свет коническую по­верхность, что позволяет использовать боковое излуче­ние и увеличить в 2—3 раза силу света. Наличие заглуб­ленного посадочного места облегчает центровку кристал­ла относительно оптической оси прибора. Высота поли­мерной линзы определена исходя из необходимости обеспечения заданной диаграммы направленности излу­чения (угол излучения 35°). Отношение высоты поли­мерной линзы S к радиусу сферы R выбрано равным 1,7.

В табл. 4.6 приведены параметры светоизлучающего диода.

Зависимость силы света от тока для зеленого цвета свечения сверхлинейна, для красного—сублинейна (рис. 4.28). Зависимость силы света от температуры для обо­их р—я-переходов примерно одинакова. Температурный коэффициент составляет минус (5—8)-10~3 К-1.

Изменение цвета свечения в зависимости от тока через оба р—«-перехода представлено на рис. 4.28 [117]. Как видим, диод позволяет управляемо изменять цвет

Рис. 4.28. Типичная завис*, мость цвета свечения и силы света светоизлучающего дид. да с управляемым цветом све­чения от тока через р—п-:у.. реходы f 1171

свечения от красного до зеленого с получением промежуточных цветов; оранжевого, желтого и др.

В последнее время по­явились сообщения [118 и др.] о создании двухпе реходных однокристаль­ных uaF диодов повышенной эффективности, содер­жащих оба р—и-перехода с одной стороны подложки. Структура диода выращивается жидкостной эпитаксией на подложке п-GaP, ориентированной в плоскости (111)В, двумя раздельными процессами. Устройство структуры следующее: слой п. (примыкающий к подлож­ке) толщиной 40 мкм, легированный Те до 8- 10i7cm~j; слой pi толщиной 50 мкм, легированный Zn до р* «2-Ю17 см-3 и кислородом; слой р2 толщиной 40 мкм, легированный Zn до р»6-Ю17 см~3 и азотом; слой п: толщиной 25 мкм, легированный S до пт 1-1017 см-3 и азотом.

Первый р — «-переход («і—pi) излучает красный свет, второй («2—рг) —зеленый. В отличие от диода типа AJIC331A, описанного выше, данный диод имеет общий анод. Верхний р — /г-переход часто. изготавлива­ется планарным благодаря применению разделительной диффузии цинка.

Для восстановления эффективности р — п-перехода с красным свечением, снизившейся в результате прове-

Таблица 4.6. Фотометрические и электрические параметры светоизлучающего диодаеция второй эпитаксии по выращиванию р — п-перехо - с зеленым свечением, применяется длительная термо - Дйоаботка структуры (400—600 °С на воздхе в течение 20^70 ч).

Полученные диоды в полимерной герметизации ха­рактеризуются высокими значениями внешнего кванто­вого выхода излучения: для красного света —4 % при то - ке3 мА (плотность тока 2 А/см2), для зеленого света — 0,4% ПРИ токе 20 мА (12,5 А/см2). Такие значения при­мерно соответствуют эффективности одноцветных свето­излучающих диодов.