Opublikowano: 15.XI.1968 56307 KI. 21 f, 89/03 MKP H 05 b 3^ UH CZMEU^ FlMiB) Rzraiw*.Twórca wynalazku: dr inz. Bohdan Mroziewicz Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Technologii Ele¬ ktronowej), Warszawa (Polska) Dioda luminescencyjna Przedmiotem wynalazku jest dioda luminescen¬ cyjna odznaczajaca sie wysoka sprawnoscia prze¬ miany energii elektrycznej na promienista, defi¬ niowana jako stosunek mocy promienistej opusz¬ czajacej diode, do mocy elektrycznej dostarczanej do diody.Wielkosc zdefiniowanej wyzej sprawnosci jest ogólnie biorac ograniczona przez reabsorpcje pro¬ mieniowania W obszarze pólprzewodnika, straty mocy elektrycznej w szeregowej opornosci diody oraz rekombinacje niepromienista w zlaczu p—n.Z wymienionych skladników najwiekszy udzial stanowia straty na reabsorpcje, przy czym sto¬ sunek mocy promienistej Pw opuszczajacej pól¬ przewodnik do mocy Pg generowanej w zlaczu p—n jest rzedu ulamka procenta, i dla stosowa¬ nych powszechnie konstrukcji diody moze byc wy¬ razony w przyblizeniu za pomoca wzoru: l arc sin - —^ = 2tc 1 — cos I arc sin — I I sin y* exp I —a 1 P* L \ n/J J 71 y\ cosTl/ o [l-R(Ti)]dTi gdzie a — jest wspólczynnikiem absorpcji pól¬ przewodnika, przez który przechodzi promieniowa¬ nie, d — jest gruboscia warstwy tego pólprzewod¬ nika, Yi — Jest katem padania promieni genero¬ wanych w zlaczu p—n na powierzchnie graniczna pólprzewodnik — powietrze, Y2 — kat zalamania tych promieni, zas Rin — sa odpowiednie wspól¬ czynnikiem zalamania i odbicia na granicy pól¬ przewodnik — powietrze.Mozna wykazac, ze: 1 P R 2L sin2(Tl-T2) tg2(Tl-v2) sui*(yi-T2) tg2(Tl+Y2)J sinTl 2 n oraz z definicji: siny2 10 Jak wynika z tych wzorów moc promieniowania wyjsciowego jest wskutek odbic wewnetrznych zlozona funkcja wspólczynnika zalamania „n" i jest tym mniejsza im wiekszy jest ten wspólczyn¬ nik. Wartosc tego wspólczynnika jest jednak stala 15 fizyczna materialu, z którego wykonana jest dioda i w zasadzie nie podlega naszej kontroli jesli sie przyjmie, ze dioda jest wykonana z materialu o wlasnosciach optymalnych z punktu widzenia wy¬ dajnosci zjawiska rekombinacji. 20 Odbicia wewnetrzne mozna zmniejszyc nadajac diodzie ksztalt pólkulistej czaszy, dzieki czemu znaczna czesc promieniowania generowanego w zlaczu p—n pada na powierzchnie graniczna pól¬ przewodnik — powietrze pod katem mniejszym od 25 granicznego. Przy takim uksztaltowaniu diody rosnie jednak dlugosc drogi w osrodku silnie ab¬ sorpcyjnym jakim jest pólprzewodnik co zmniej¬ sza wzrost sprawnosci spowodowany przez zmniej¬ szenie liczby calkowitych odbic wewnetrznych. 30 Wykonanie diody wedlug tego sposobu nastrecza 5630756307 3 ponadto znaczne trudnosci techniczne oraz pociaga za soba duze straty materialu pólprzewodniko¬ wego.Celem wynalazku jest unikniecie tych niedogod¬ nosci.W diodzie luminescencyjnej wedlug wynalazku uzyskuje sie zmniejszenie odbic wewnetrznych po¬ przez zastapienie powietrza stykajacego sie z pól¬ przewodnikiem przez osrodek, którego wspólczyn¬ nik zalamania jest znacznie wiekszy od jednosci zas wspólczynnik absorpcji jest znacznie mniejszy V $!$ wspólczynnika absorpcji pólprzewodnika. Dio- ¦'*'jd£L-wykonana w oparciu o te koncepcje cechuje sie kilkakrotnie wieksza sprawnoscia w porówna¬ niu z diodami o stosowanych dotychczas konstuk- cjach, przy niewielkim wzroscie kosztów jej wy¬ twarzania. Sposób rozwiazania konstrukcji diody wedlug wynalazku odznacza sie ponadto prostota montazu oraz zapewnia dobre odprowadzenie cie¬ pla od plytki pólprzewodnikowej przy jednoczes¬ nym zachowaniu malych wymiarów zewnetrznych diody.Konstrukcja diody wedlug wynalazku przedsta¬ wiona jest w przekroju poprzecznym na rysunku.Sklada sie ona z pólprzewodnikowej plytki a, w której wytworzone jest zlacze p—n, z elektrycz¬ nych kontaktów b dla obydwu obszarów zlacza oraz z oprawki c z wieczkiem d, doprowadzenia e, radiatora f i soczewki g. W celu odpowiednie¬ go usytuowania plytki pólprzewodnikowej w oprawce q w dnie tej oprawki wykonane jest za¬ glebienie. Radiator f ma ksztalt cylindra, którego zewnetrzna scianka zostala nagwintowana w celu umozliwienia latwego umocowania diody w ukla¬ dzie optycznym.W dnie tego cylindra wykonano zaglebienie, którego celem jest ochrona soczewki przed uszko¬ dzeniem oraz zwiekszenie powierzchni chlodzacej radiatora. Jeden biegun napiecia przyklada sie bezposrednio do radiatora, drugi do przewodu e wlutowanego w zaglebienie wieczka d. Sama so¬ czewka umieszczona jest w obszarze wykonanym w dnie radiatora i jest przyklejona do dna opraw¬ ki c. Przestrzen pomiedzy soczewka i powierzen-2 nia plytki pólprzewodnikowej wypelniona jest substancja h o specjalnie dobranych wlasnosciach.Mianowicie wspólczynik zalamania tej substancji jest bliski wartosci wspólczynnika zalamania pól¬ przewodnika.Substancja ta idealnie przylega do powierzchni pólprzewodnika, a jej wspólczynnik absorpcji dla 5 promieniowania generowanego w zlaczu jest bar¬ dzo maly. Podobnie soczewka jest wykonana z ma¬ terialu o wspólczynniku zalamania bardzo bliskim wspólczynnikowi zalamania substancji wypelnia¬ jacej i o malym wspólczynniku absorpcji. Mate- 10 rialami, które dobrze spelniaja wiekszosc tych wy¬ magan sa np. balsam kanadyjski jako substancja wypelniajaca oraz szklo jako material soczewki.Promieniowanie generowane w zlaczu p-n w wyniku przeplywu przez zlacze pradu elektrycz¬ nego, przechodzi przez obszar z pólprzewodnika, wchodzi do balsamu, a nastepnie prawie nie za¬ lamujac -sie wchodzi do soczewki, której wielkosc jest dobrana w ten sposób, ze przewazajaca czesc promieniowania pada na granice szklo — powie- 20 trze pod katem mniejszym od granicznego. PL