RU2386193C1 - Светоизлучающий диод (варианты) - Google Patents
Светоизлучающий диод (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2386193C1 RU2386193C1 RU2008142108/28A RU2008142108A RU2386193C1 RU 2386193 C1 RU2386193 C1 RU 2386193C1 RU 2008142108/28 A RU2008142108/28 A RU 2008142108/28A RU 2008142108 A RU2008142108 A RU 2008142108A RU 2386193 C1 RU2386193 C1 RU 2386193C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diamond
- type
- regions
- conductivity
- heavily doped
- Prior art date
Links
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims abstract description 81
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims abstract description 81
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000019194 Sorbus aucuparia Species 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- -1 phosphorus ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 235000006414 serbal de cazadores Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/34—Materials of the light emitting region containing only elements of Group IV of the Periodic Table
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в оптоэлектронике, автоматике, микросистемной технике и других областях. Светоизлучающий диод (СИД) содержит подложку из монокристаллического диэлектрического алмаза с расположенным на ее поверхности слоем монокристаллического алмаза р-типа проводимости, при этом в слое алмаза р-типа проводимости может быть либо сформирован прямоугольный элемент, содержащий две сильнолегированные области одинакового типа проводимости у противолежащих сторон элемента, и расположенную между ними и отделенную от них равными по длине областями алмаза р-типа сильнолегированную область противоположного типа проводимости, причем на поверхности сильнолегированных областей обоих типов проводимости сформированы металлические контактные электроды; либо сформирована линейка чередующихся областей сильнолегированного алмаза первого и второго типа проводимости, разделенных областями алмаза р-типа, все области алмаза р-типа проводимости имеют одинаковую длину, а первая и последняя сильнолегированные области имеют одинаковый тип проводимости; либо сформирована кольцевая система с осевой симметрией чередующихся областей сильнолегированного алмаза первого и второго типа проводимости, разделенных областями алмаза р-типа, причем радиус каждой последующей кольцевой пары, состоящей из области алмаза р-типа и сильнолегированной области первого или второго типа проводимости, отличается от радиуса предыдущей кольцевой пары на величину, кратную квадратному корню из заданной длины волны. Светодиоды конструкций согласно изобретению обладают высокой интенсивностью излучаемого света. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.
Description
Изобретение относится к области микроэлектронных источников света, более конкретно к светоизлучающим диодам ультрафиолетовой и видимой области спектра, и может быть использовано в оптоэлектронике, автоматике, микросистемной технике и других областях.
Известны светоизлучающие диоды (СИД), выполненные на основе алмаза [Wang W.L., Liao K.I., Cai C.Z. Ultraviolet electroluminiscence at room temperature from pn junction of heteroepitaxial diamond film by CVD. Diamond and Rel. Mat., 2003, №12, p.1385]. СИД представляют собой подложку из кремния p-типа проводимости, на которой сформированы последовательные слои алмаза p-типа и n-типа проводимости, а также металлические контактные электроды к слоям алмаза. При приложении напряжения к контактным электродам слой алмаза p-типа проводимости излучал свет в области длин волн 200-600 нм, причем в отличие от СИД на основе других полупроводниковых материалов наблюдается явно выраженная интенсивная линия 235 нм, соответствующая глубокому ультрафиолету (УФ).
Недостатком такой конструкции является низкая интенсивность излучения, поскольку выращенный на кремниевой положке алмаз с неизбежностью имеет поликристаллическую структуру, содержащую высокую плотность дефектов (прежде всего, границ кристаллитов) и характеризующуюся повышенной безизлучательной рекомбинацией. Другой недостаток данной конструкции состоит в том, что значительная доля излучения поглощается металлическими контактными электродами. Кроме того, принципиальная возможность увеличения интенсивности излучения данного СИД путем увеличения тока через диод с практической точки зрения во многих случаях ограничена диапазоном значений напряжения питания, используемым в микроэлектронных устройствах (как правило, 3-12В).
Эти недостатки частично преодолены в принятой за прототип работе [Koizumi S., Watanabe К., Hasagava M., Kanda H. Ultraviolet Emission from Diamond pn Junction. Science, 2001, v.292, p.1899, http://www.sciencemag.org]. В этой работе в качестве подложки использован монокристаллический алмаз, на поверхности которого последовательно сформированы эпитаксиальные слои алмаза p-типа и n-типа проводимости. Такие эпитаксиальные слои алмаза имеют монокристаллическую структуру, что обеспечивает заметное увеличение интенсивности излучаемого света, в т.ч. в УФ области.
Однако в данной работе не преодолены потери излучения, связанные с влиянием контактных электродов, а также упомянутые выше токовые ограничения.
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения интенсивности излучаемого СИД света.
Поставленная задача достигается созданием светоизлучающего диода, содержащего подложку из монокристаллического диэлектрического алмаза с расположенным на ее поверхности слоем монокристаллического алмаза p-типа проводимости, новизна которого заключается в том, что в слое алмаза p-типа проводимости сформирован прямоугольный элемент, содержащий две сильнолегированные области одинакового типа проводимости у противолежащих сторон элемента и расположенную между ними и отделенную от них равными по длине областями алмаза p-типа сильнолегированную область противоположного типа проводимости, причем на поверхности сильнолегированных областей обоих типов проводимости сформированы металлические контактные электроды.
Следующим из вариантов изобретения является создание светоизлучающего диода, содержащего подложку из монокристаллического диэлектрического алмаза с расположенным на ее поверхности слоем монокристаллического алмаза p-типа проводимости, новизна которого заключается в том, что в слое алмаза p-типа проводимости сформирована линейка чередующихся областей сильнолегированного алмаза первого и второго типа проводимости, разделенных областями алмаза p-типа, причем все области алмаза p-типа проводимости имеют одинаковую длину, а первая и последняя сильнолегированные области имеют одинаковый тип проводимости.
При этом для удобства работы сильнолегированные области первого типа проводимости подключены к одному полюсу источника питания, а сильнолегированные области второго типа проводимости подключены к другому полюсу источника питания, например, с помощью металлических токоподводящих шин.
Технический результат достигается за счет интерференции выбранной длины волны излучения отдельными p-областями, причем рост интенсивности излучения пропорционален квадрату количества излучающих областей в линейке.
Увеличение интенсивности излучения света СИД по сравнению с предыдущим вариантом в такой конструкции достигается за счет того, что при равных значениях напряжении питания, длины излучающей свет области алмаза p-типа, сумме длин областей алмаза p-типа и равном поперечном сечении областей алмаза p-типа в обеих конструкциях СИД ток, протекающий в областях алмаза p-типа, сформированных в СИД, содержащем линейку чередующихся областей, будет больше во столько раз, во сколько длина отдельной области алмаза p-типа в таком СИД меньше, чем в СИД с прямоугольным элементом.
Дополнительное увеличение интенсивности излучения линейной конструкции СИД достигается тогда, когда длина области алмаза p-типа кратна половине заданной длины волны.
Еще одним вариантом изобретения является создание светоизлучающего диода, содержащего подложку из монокристаллического диэлектрического алмаза с расположенным на ее поверхности слоем монокристаллического алмаза p-типа проводимости, новизна которого заключается в том, что в слое алмаза p-типа проводимости сформирована кольцевая система с осевой симметрией чередующихся областей сильнолегированного алмаза первого и второго типа проводимости, разделенных областями алмаза p-типа, причем радиус каждой последующей кольцевой пары, состоящей из области алмаза p-типа и сильнолегированной области первого или второго типа проводимости, отличается от радиуса предыдущей кольцевой пары на величину, кратную квадратному корню из длины волны излучаемого света.
Техническим результатом решения этой задачи является СИД на основе алмаза, обладающий повышенной интенсивностью излучения во всем излучаемом диапазоне спектра.
Предложенные варианты выполнения изобретения основаны на едином изобретательском замысле - планарном расположении светоизлучающих областей по отношению к поверхности СИД.
Глубина сильнолегированных областей может как совпадать с толщиной алмаза p-типа проводимости, так и отличаться от нее в меньшую сторону.
На Фиг.1 представлено поперечное сечение прямоугольного элемента, сформированного в слое алмаза p-типа проводимости в соответствии с п.1 формулы изобретения.
На Фиг.2 представлено выполнение линейки чередующихся областей в соответствии с п.2 формулы изобретения, где Фиг.2А - поперечное сечение, а Фиг.2Б - вид сверху.
На Фиг.3 представлено выполнение кольцевой системы чередующихся областей с осевой симметрией в соответствии с п.4 формулы изобретения, где Фиг.3А поперечное сечение, Фиг.3Б - вид сверху.
В таблице приведены данные, характеризующие интенсивность излучения, измеренную в отн. ед. в зависимости от варианта исполнения СИД.
Светоизлучающий диод в соответствии с изобретением содержит подложку из монокристаллического диэлектрического алмаза 1 с расположенным на ее поверхности слоем монокристаллического алмаза p-типа проводимости 2, в слое которого сформированы в соответствии с вариантами выполнения СИД: прямоугольный элемент (Фиг.1), линейка чередующихся областей (Фиг.2) или кольцевая система чередующихся областей с осевой симметрией (Фиг.3), содержащие сильнолегированные области первого типа проводимости 3, сильнолегированные области второго типа проводимости 4. На поверхности сильнолегированных областей 3 и 4 сформированы металлические контактные электроды 5, соединенные с расположенными на поверхности слоя монокристаллического алмаза p-типа проводимости 2 токоподводящими шинами 6 и 7.
При выполнении СИД в соответствии с первым вариантом изобретения прямоугольный элемент содержит две сильнолегированные области одинакового типа проводимости 3 или 4, например 3 (Фиг.1), у противолежащих сторон элемента и расположенную между ними и отделенную от них равными по длине областями алмаза p-типа 2 сильнолегированную область противоположного типа проводимости (4 или 3, например 4 (Фиг.1)).
При выполнении СИД в соответствии со вторым вариантом изобретения (Фиг.2) в слое алмаза p-типа проводимости 2 сформирована линейка чередующихся областей сильнолегированного алмаза первого 3 и второго 4 типа проводимости, разделенных областями алмаза p-типа 2, причем все области алмаза p-типа проводимости 2 имеют одинаковую длину, а первая и последняя сильнолегированные области 3 или 4 имеют одинаковый тип проводимости, например 3 (Фиг.2).
При выполнении СИД в соответствии с третьим вариантом изобретения в слое алмаза p-типа проводимости 2 сформирована кольцевая система с осевой симметрией чередующихся областей сильнолегированного алмаза первого 3 и второго 4 типа проводимости, разделенных областями алмаза p-типа 2, причем радиус каждой последующей кольцевой пары, состоящей из области алмаза p-типа 2 и сильнолегированной области первого 3 или второго 4 типа проводимости, отличается от радиуса предыдущей кольцевой пары на величину, кратную квадратному корню из длины волны излучаемого света.
Таким образом, СИД состоит из последовательности кольцевых зон, включающих светоизлучающую область алмаза p-типа 2 и непрозрачную для света сильнолегированную область первого или второго типа проводимости, покрытую полностью или частично металлическим контактным электродом.
СИД работают следующим образом. Металлические контактные электроды, расположенные на поверхности сильнолегированных областей p+ типа проводимости, присоединены к «плюсу» источника питания, а металлические контактные электроды, расположенные на поверхности сильнолегированных областей n+ типа проводимости, присоединены к «минусу» источника питания. При включении источника питания СИД начинает излучать с интенсивностью, пропорциональной напряжению, подаваемого на металлические контактные электроды.
Приводимые ниже примеры подтверждает, но не ограничивает использование изобретения.
Пример 1. Были изготовлены СИД различных конструкций на подложке из диэлектрического алмаза (удельное сопротивление 1012 Ом·см, размер 3×3 мм, толщина 0,3 мм) с размещенной на ее поверхности слоем полупроводникового алмаза p-типа (удельное сопротивление 100 Ом·см, толщина 2 мкм). Сильнолегированные области двух типов проводимости формировались путем имплантации ионов бора и фосфора и последующего отжига (1000°С, 1 час, вакуум). Глубина сильнолегированных областей совпадала с толщиной алмаза p-типа проводимости. Металлические контактные электроды и токопроводящие шины формировались на основе пленок золота. Во всех СИД ширина сильнолегированных p- и n-областей составляла 100 мкм.
Первая группа СИД содержала один элемент типа p+-p-n+ с длиной излучающей p-области 50 мкм.
Вторая группа СИД представляла собой четырехэлементную линейную конструкцию вида p+-p-n+-p-p+-p-n+-p-p+ с p-областями одинаковой длины (30 мкм) и геометрией сильнолегированных областей, идентичной первой группе СИД.
Третья группа СИД имела подобную второй группе линейную конструкцию с тем же размером сильнолегированных областей. Для усиления света с длиной волны 0,6 мкм (красно-оранжевая область спектра) длина p-области составила 0,3 мкм, что соответствует половине длины волны света в красно-оранжевой области. Количество излучающих p-областей в линейке составляло 30 элементов.
В четвертой группе СИД содержал две кольцевые области алмаза p-типа, причем радиус внешнего кольца составлял 30 мкм, а внутреннего 12 мкм, т.е. отношение длины крайней и средней p-областей пропорционально корню из заданной длины волны (0,6 мкм) красно-оранжевого света.
Были также изготовлены СИД, конструкция которых полностью соответствовала прототипу.
Измерения интенсивности излучения изготовленных СИД проводились в спектральной полосе 590-610 нм с помощью спектрофотометра.
Приведенные в таблице усредненные данные по 5 группам образцов каждого типа подтверждают эффективность предложенных решений.
| Таблица | |
| Образцы | Интенсивность излучения, отн.ед. |
| Группа 1 | 1 |
| Группа 2 | 2,4 |
| Группа 3 | 5,3 |
| Группа 4 | 6,1 |
| прототип | 0,8 |
Claims (4)
1. Светоизлучающий диод, содержащий подложку из монокристаллического диэлектрического алмаза с расположенным на ее поверхности слоем монокристаллического алмаза p-типа проводимости, отличающийся тем, что в слое алмаза p-типа проводимости сформирован прямоугольный элемент, содержащий две сильнолегированные области одинакового типа проводимости у противолежащих сторон элемента и расположенную между ними и отделенную от них равными по длине областями алмаза p-типа сильнолегированную область противоположного типа проводимости, причем на поверхности сильнолегированных областей обоих типов проводимости сформированы металлические контактные электроды.
2. Светоизлучающий диод, содержащий подложку из монокристаллического диэлектрического алмаза с расположенным на ее поверхности слоем монокристаллического алмаза p-типа проводимости, отличающийся тем, что в слое алмаза p-типа проводимости сформирована линейка чередующихся областей сильнолегированного алмаза первого и второго типа проводимости, разделенных областями алмаза p-типа, причем все области алмаза p-типа проводимости имеют одинаковую длину, а первая и последняя сильнолегированные области имеют одинаковый тип проводимости.
3. Светоизлучающий диод по п.2, отличающийся тем, что длина области алмаза p-типа кратна половине заданной длины волны.
4. Светоизлучающий диод, содержащий подложку из монокристаллического диэлектрического алмаза с расположенным на ее поверхности слоем монокристаллического алмаза p-типа проводимости, отличающийся тем, что в слое алмаза p-типа проводимости сформирована кольцевая система с осевой симметрией чередующихся областей сильнолегированного алмаза первого и второго типа проводимости, разделенных областями алмаза p-типа, причем радиус каждой последующей кольцевой пары, состоящей из области алмаза p-типа и сильнолегированной области первого или второго типа проводимости, отличается от радиуса предыдущей кольцевой пары на величину, кратную квадратному корню из заданной длины волны.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008142108/28A RU2386193C1 (ru) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | Светоизлучающий диод (варианты) |
| PCT/RU2009/000568 WO2010047623A1 (ru) | 2008-10-24 | 2009-10-23 | Светоизлучающий диод (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008142108/28A RU2386193C1 (ru) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | Светоизлучающий диод (варианты) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2386193C1 true RU2386193C1 (ru) | 2010-04-10 |
Family
ID=42119500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008142108/28A RU2386193C1 (ru) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | Светоизлучающий диод (варианты) |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2386193C1 (ru) |
| WO (1) | WO2010047623A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110931612A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-03-27 | 华南师范大学 | 一种多环正方形单元结构的可见光通信发光器件及其制备方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000277798A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンド電子素子 |
| JP3411989B2 (ja) * | 2000-03-28 | 2003-06-03 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | ダイヤモンド半導体発光素子 |
| JP4019136B2 (ja) * | 2000-12-01 | 2007-12-12 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | ダイヤモンド紫外光発光素子 |
| JP3986432B2 (ja) * | 2002-12-20 | 2007-10-03 | 株式会社神戸製鋼所 | ダイヤモンド電子素子 |
| RU2267188C2 (ru) * | 2003-06-23 | 2005-12-27 | Федорова Галина Владимировна | Светодиодное полупроводниковое устройство в корпусе для поверхностного монтажа |
| JP2005116794A (ja) * | 2003-10-08 | 2005-04-28 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| JP4592439B2 (ja) * | 2005-02-14 | 2010-12-01 | 株式会社神戸製鋼所 | ダイヤモンド紫外線発光素子 |
-
2008
- 2008-10-24 RU RU2008142108/28A patent/RU2386193C1/ru active
-
2009
- 2009-10-23 WO PCT/RU2009/000568 patent/WO2010047623A1/ru active Application Filing
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110931612A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-03-27 | 华南师范大学 | 一种多环正方形单元结构的可见光通信发光器件及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010047623A1 (ru) | 2010-04-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10593838B2 (en) | Semiconductor device | |
| CN105355733B (zh) | 微型发光二极管 | |
| JP6140742B2 (ja) | 調節可能な色温度を備えた白色光エレクトロルミネセンスデバイス | |
| KR101141285B1 (ko) | 다공성 발광층을 포함하는 발광 소자 | |
| US7759623B2 (en) | Silicon photoelectric multiplier (variants) and a cell for silicon photoelectric multiplier | |
| KR102116359B1 (ko) | 발광소자 | |
| US20230260974A1 (en) | Lighting systems with high color rendering index and uniform planar illumination | |
| US8941111B2 (en) | Non-crystalline inorganic light emitting diode | |
| RU2008126318A (ru) | Термоэлектрический элемент | |
| US9863588B2 (en) | Serially-connected light emitting diodes, methods of forming same, and luminaires containing same | |
| US20120012865A1 (en) | Led array package with a high thermally conductive plate | |
| US20110121329A1 (en) | AC LED Structure | |
| TW201607077A (zh) | 光電半導體組件 | |
| US8722451B2 (en) | Solid state energy photovoltaic device | |
| JP2012227249A (ja) | Ｌｅｄパッケージ | |
| TWI593039B (zh) | Ｌｅｄ陣列之線性高裝塡密度 | |
| KR20120055540A (ko) | 전류 집중에 기초한 색 조정을 갖는 전계발광 디바이스 | |
| TW201032363A (en) | Illumination device | |
| RU2386193C1 (ru) | Светоизлучающий диод (варианты) | |
| KR20130024052A (ko) | 반도체 발광소자 | |
| KR20100088273A (ko) | ｐｎ 구조를 지닌 Ｚｎ 산화물 나노 와이어 및 그 제조 방법 | |
| CN111048494B (zh) | 一种正装集成单元二极管芯片 | |
| KR20110136619A (ko) | 이종 열전소자를 구비한 열전모듈 | |
| KR20140062414A (ko) | 발광 다이오드의 발광 장치 및 구동 방법 | |
| CN104638079B (zh) | 基于一维微纳结构/氮化镓薄膜肖特基结的紫外led |