Pierwszenstwo: Opublikowano: 13.IV.1968 (P 126 440) 30.XII.1969 58835 KI. 21 f, 89/03 MKP H 05 b UKD 32//£ Twórca wynalazku: dr inz. Bohdan Mroziewicz Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Technologii tronowej), Warszawa (Polska) Pólprzewodnikowa dioda luminescencyjna emitujaca prawie równolegla wiazke promieniowania Przedmiotem patentu jest pólprzewodnikowa dioda luminescencyjna emitujaca prawie równo¬ legla wiazke promieniowania niekoherentnego.Promieniowanie generowane w diodzie pólprze¬ wodnikowej jest wynikiem spontanicznej rekom¬ binacji nosników ladunku w tzw. obszarze czyn¬ nym obejmujacym zlacze p — n i przylegajace do niego obszary pólprzewodnika typu p i typu n. Proces ten zachodzi izotropowo, jednak wsku¬ tek silnej absorpcji promieniowania w obszarze p, na zewnatrz moga sie praktycznie wydostac tylko te promienie, które rozchodza sie w plasz¬ czyznie obszaru czynnego lub wchodza do ob¬ szaru typu n. Z uwagi na koniecznosc wykonania odpowiedniego kontaktu elektrycznego do obsza¬ ru n oraz koniecznosc odprowadzania ciepla wy¬ twarzanego w diodzie, w praktyce wykonuje sie diody, w których wykorzystuje sie albo czesc pro¬ mieniowania przechodzacego przez obszar n, albo te czesc, która rozchodzi sie w plaszczyznie zla¬ cza. Stwierdzono doswiadczalnie, ze moc obydwu tych skladowych jest porównywalna, przy czym rozklad promieniowania w przestrzeni odpowiada prawu Lamberta.Wytwarzane obecnie diody luminescecyjne ma¬ ja zwykle konstrukcje wykorzystujaca czesc pro¬ mieniowania przechodzaca przez obszar n, gdyz ich promieniowanie moze byc latwo skupione za pomoca soczewki. Wada takiej konstrukcji jest znaczne zuzycie materialu pólprzewodnikowego 2 wynikajace stad, ze powierzchnia plytki pólprze¬ wodnikowej musi byc duzo wieksza od powierzen-' ni obszaru czynnego z uwagi na koniecznosc wy¬ konania kontaktu do strony n. Konstrukcja ta 5 cechuje sie ponadto duza opornoscia szeregowa diody oraz stosunkowo mala przewodnoscia ciepl¬ na. Powyzszych wad nie posiada konstrukcja wy¬ korzystujaca czesc promieniowania rozchodzaca sie w plaszczyznie zlacza. io Celem wynalazku jest dioda luminescencyjna o konstrukcji pozwalajacej na eliminowanie wad jakie maja obecnie wytwarzane diody.Cel ten zrealizowano budujac diode luminescen¬ cyjna, w której wykorzystuje sie te czesc promie- 15 niowania generowanego w zlaczu p — n, które roz¬ chodzi sie bezposrednio w plaszczyznie zlacza.Istota wynalazku polega na tym, ze promienio¬ wanie generowane w zlaczu p — n diody lumi- nescencyjnej, które rozchodzi sie w kacie 2 U — 20 liczonym w plaszczyznie zlacza — zostalo skupio¬ ne za pomoca zwierciadla parabolicznego, przy czym dioda luminescencyjna znajduje sie w og¬ nisku zwierciadla, a samo zwierciadlo wykonane zostalo z tworzywa bedacego izolatorem elek- 25 trycznym i powierzchnia paraboloidy zostala po¬ kryta powloka metaliczna.Przyklad wykonania diody luminescencyjnej emitujacej prawie równolegla wiazke promienio¬ wania zostanie omówiony w oparciu o rysunek, 30 gdzie fig. 1 obrazuje jakie kierunki moze przy- 5883558835 jac promieniowanie generowane w zlaczu p — n, cpl oznacza kierunek promieniowania emitowane¬ go prostopadle do plaszczyzny zlacza, a cp2 kie¬ runek promieniowania emitowanego w plaszczyz¬ nie zlacza.Fig. 2 pokazuje omówiona zasade konstrukcji diod, gdzie I oznacza natezenie promieniowania.Fig. 2a obazuje zasade diody wykorzystujacej te czesc promieniowania, która przechodzi przez obszar n, zas fig. 2b obrazuje zasade diody wy- korzystajacej te czesc promieniowania, która roz¬ chodzi sie w plaszczyznie zlacza.Fig. 3 przedstawia w przekroju poprzecznym konstrukcje diody luminescencyjnej wedlug wy¬ nalazku. Sklada sie ona z pólprzewodnikowej plytki 1, w której wytworzone jest zlacze p — n, z elektrycznych doprowadzen 2 i 3 do obydwu obszarów zlacza p — n oraz obudowy 4, ze zwier¬ ciadlem 5 i elektrycznego przewodu 6 odizolowa¬ nego od obudowy za pomoca tulejki 7. Zwier¬ ciadlo jest hermetycznie zamkniete od góry za pomoca okienka 8.Obudowa 4 jest z metalu i ma ksztalt walca z wykonanym w srodku otworem o zmiennej srednicy tak dobranej, ze od strony wiekszej srednicy miesci sie w niej zwierciadlo 5 a od strony mniejszej srednicy mozna wsunac trzpien 2 stanowiacy jedno z doprowadzen diody. Na zewnetrznej stronie scianki obudowy wykonany jest od strony mniejszej srednicy gwint umozli¬ wiajacy latwe umocowanie diody w ukladzie op¬ tycznym, zas od strony wiekszej srednicy wyko¬ nane sa naciecia („molet") ulatwiajace wkrecanie diody. W sciance obudowy znajduje sie otwór, przez który przechodzi przewód 6 oraz koszulka izolacyjna 7. Zwierciadlo 5 ma ksztalt pafaboloidy i jest wykonane przez wlanie cieklego tworzywa o wlasciwosciach izolatora elektrycznego^ np. zy¬ wicy epoksydowej, do obudowy 4, w której uprzednio umieszczono szablon o odpowiednim ksztalcie. Zwierciadlo moze tez byc wykonane przez wytloczenie ksztaltu paraboloidalnego w two¬ rzywie umieszczonym uprzednio w obudowie. Pa- raboloidalna powierzchnia zwierciadla jest nastep¬ nie pokryta cienka powloka metaliczna np. zlo¬ tem. Material, z którego wykonuje sie zwier¬ ciadlo wplywa do otworów w obudowie miesz¬ czacego przewód, dzieki czemu uzyskuje sie trwa¬ le polaczenie mechaniczne przewodów 6 z obu¬ dowa. Doprowadzenie diody 2 wykonane jest z metalu i ma ksztalt walca zakonczonego stoz¬ kiem. W czasie montazu walec ten umieszczony jest w roztworze obudowy w taki sposób, aby plytka znalazla sie w ognisku paraboloidy, nastep¬ nie jest on mechanicznie polaczony z obudowa za pomoca odpowiedniego kleju. Jego dlugosc jest tak dobrana, ze miesci sie calkowicie w obu¬ dowie, co zabezpiecza przed mechanicznym uszko¬ dzeniem diody. Drugie doprowadzenie diody 3 wykonane jest z drutu lub tasmy i jest polaczone z przewodem 6. Boczne scianki plytki pólprze¬ wodnikowej 1, przez które przechodzi promienio¬ wanie sa pokryte substancja zmniejszajaca odbi¬ cie promieniowania na granicy pólprzewodnik — 5 powietrze. Substancja ta moze byc np. warstwa dwutlenku krzemu Si02 o odpowiednio dobranej grubosci. Okienkcr 8 wykonane jest z materialu przepuszczajacego promieniowanie emitowane przez diode. Moze ono miec ksztalt np. plytki l0 plaskorównoleglej lub soczewki przymocowanej do obudowy za pomoca odpowiedniego kleju.Dzialanie diody luminescencyjnej wedlug wy¬ nalazku polega na tym, ze po przylozeniu napie¬ cia elektrycznego pomiedzy obudowe 4 i prze- 15 wód 6, przez plytke pólprzewodnikowa 1 prze¬ plywa prad elektryczny, w wyniku czego w obsza¬ rze czynnym wytwarzane jest promieniowanie wychodzace przez boczne scianki plytki. Promie¬ niowanie to odbija sie od scian zwierciadla i w 20 formie prawie równoleglej wiazki wychodzi z diody. W przypadku zastosowania soczewki mo¬ ze ono byc skupione poza dioda w wymaganej od¬ leglosci. Cieplo wytwarzane w diodzie odplywa do obudowy pelniacej jednoczesnie funkcje radia- 25 tora. PL