WO2016105229A1 - Light-emitting diode emitter - Google Patents

Light-emitting diode emitter Download PDF

Info

Publication number
WO2016105229A1
WO2016105229A1 PCT/RU2014/000979 RU2014000979W WO2016105229A1 WO 2016105229 A1 WO2016105229 A1 WO 2016105229A1 RU 2014000979 W RU2014000979 W RU 2014000979W WO 2016105229 A1 WO2016105229 A1 WO 2016105229A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
led
heterostructures
substrate
contact
layer
Prior art date
Application number
PCT/RU2014/000979
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Бижигит Ержигитович ЖУРТАНОВ
Сергей Сергеевич КИЖАЕВ
Анастасия Павловна АСТАХОВА
Николай Деев СТОЯНОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи"
Priority to PCT/RU2014/000979 priority Critical patent/WO2016105229A1/en
Publication of WO2016105229A1 publication Critical patent/WO2016105229A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system

Definitions

  • the present invention generally relates to the field of semiconductor devices.
  • the present invention relates to an LED emitter for emitting in the mid-infrared region of 1600-5000 nm and comprising LED chips.
  • the known technology for creating LED emitters according to which the LEDs are mounted on a common substrate.
  • the emitting element is formed by applying up to three LEDs on a ceramic substrate and then coating them with a phosphor layer, and with the CIP (Chip-On-Board) technology to create the emitter, the LEDs are placed directly on the board, often in the form metal substrate, without the use of a housing and ceramic substrates and cover them with a phosphor.
  • these technologies are applicable to create exclusively sources of visible radiation, as a rule, white light sources.
  • LED emitters used for analysis of substances for example, from patent application EA 201 101563 a light source is known consisting of LEDs used in a spectrometer to measure the concentration of at least one analyte in a sample of a fluid. These LEDs are used to create radiation of monochromatic light with a wavelength in the visible region of the spectrum. Thus, the specified light source, consisting of LEDs, can generate radiation only in a small region of the spectrum and therefore has limited use. In addition, the used LEDs have several disadvantages.
  • the LEDs used in this device emit in a limited infrared region and have a large size, which, together with their arrangement, according to which the LEDs are located at a relatively large distance from each other, also makes it impossible to use this device for various tasks in a wide spectral region.
  • the LED emitter contains three LED chips: a measuring LED chip for oil, a measuring LED chip for water, and a reference LED chip.
  • the LED emitter according to the patent RU 87544U1 contains a limited number of LED chips and provides a solution to only one narrow problem.
  • the used LED chips are located on separate substrates, which leads to an increase in the length of the conductive elements in the LED emitter, as a result of which the amount of noise and unwanted signals in these conductive elements can increase. As a result, this may lead to additional errors during operation of this LED emitter, leading to a decrease in its reliability and accuracy.
  • these LED chips can experience significant heating, as a result of which the design of the LED emitter is complicated by the presence of additional devices in the form of a thermistor and a thermo refrigerator.
  • the objective of the present invention is to provide an LED emitter that provides operation in a wide region of the mid-infrared range with sufficient optical power, experiences slight heating and provides reliable and accurate operation, in particular when used for analysis of substances.
  • a mid-infrared LED emitter of 1600-5000 nm comprising a housing with at least four LED chips based on the first heterostructures and / or second heterostructures.
  • the first heterostructures have a substrate containing GaSb, an active layer located above the substrate, containing a GalnAsSb solid solution located above the active layer a boundary layer for localization of the main carriers containing AIGaAsSb solid solution; a contact layer containing GaSb located above the boundary layer; and a buffer layer containing GalnAsSb solid solution.
  • the second heterostructures have a substrate containing InAs, a barrier layer containing InSbP, and an active layer containing InAsSb (P) and located or below the barrier layer, said at least four LED chips being directly mounted on one common substrate.
  • Achievable technical result consists in the possibility of creating an LED emitter in the entire mid-infrared range 1600-5000 nm, characterized by the necessary optical power and slight heating, due to the use of the first heterostructures and / or second heterostructures of these types.
  • the installation of LED chips on one common substrate which leads to a decrease in the length of the conductive elements, noise and unwanted signals of the LED emitter are reduced, which, in particular, provides advantages when using the LED emitter to determine the chemicals in the medium, that is, to determine the content (concentration) of chemicals in the analyzed medium and / or the presence of chemicals in the analyzed medium.
  • the installation of LED chips on one common substrate can simplify their installation and reduce its time, reduce the size of the LED emitter and the distance between the individual chips and increase the reliability of its operation.
  • the buffer layer of the first heterostructures is located between the substrate and the active layer and contains less indium than the active layer.
  • each LED chip based on the second heterostructures comprises a first contact made on the substrate side and a second contact made on the active layer side.
  • the first contact is solid, and the second contact is partially coated on the surface of the LED chip.
  • each LED chip based on the second heterostructures contains a first contact made on the side of the barrier layer and a second contact made on the side of the substrate, and in some In cases, the first contact is solid, and the second contact is partially coated on the surface of the LED chip.
  • each LED chip based on the second heterostructures contains at least two contacts made on the side of the LED opposite the radiating side of the LED.
  • each LED chip based on the first heterostructures comprises a first contact made on the side of the active layer and a second contact made on the side of the substrate.
  • each LED chip based on the first heterostructures comprises a first contact on the active layer side connected to the contact layer and a second contact on the active layer side connected to the substrate.
  • the first contact is solid, and the second contact is partially coated on the surface of the LED chip.
  • LED chips have emission spectrum maxima at the same wavelength.
  • LED chips have emission spectrum maxima at different wavelengths.
  • At least two LED chips have emission spectrum maxima at the same wavelength, and at least two LED chips have emission spectrum maxima different from said same wavelength.
  • At least three LED chips have emission spectrum maxima at the same wavelength, and at least one LED chip has emission spectrum maximums different from said same wavelength.
  • FIG. 1 shows an example of a common substrate for four LED chips of an LED emitter according to the present invention.
  • FIG. 2 shows the arrangement of LED chips in an LED emitter according to various embodiments of the present invention.
  • the LED emitter according to the present invention is used as a radiation source for scanning the entire spectral range of 1600-5000 nm or its individual sections where there are absorption lines of the desired or target chemicals, and contains an LED matrix, which is a collection of at least four LED chips with the same or various maxima of the radiation spectrum installed in a single housing and driven jointly or independently from each other. Due to the small size of the LED chips of about 0.35 x 0.35 mm, the LED emitter according to the present invention can be used as a radiation source for miniature optical analyzers.
  • the LED chips used in the present invention are characterized by a small size, narrow emission spectrum, sufficient power, high response speed, low temperature deviation of the parameters, which allows the creation of compact multi-element LED arrays having emission spectrum maxima at one or several wavelengths.
  • the proposed LED emitter can be used to solve a wide range of problems, for example, for optical methods of gas analysis, chemical analysis and for various spectroscopy methods.
  • LED chips based on the first heterostructures and second heterostructures are used.
  • LED chips based on the first heterostructures are disclosed in the patent of EA 01830 of the same applicant, entitled "GalnAsSb solid solution heterostructure, method for its manufacture and LED based on this heterostructure" and are characterized by the following features.
  • LED chips based on the first heterostructures have a substrate containing GaSb, an active layer containing GalnAsSb solid solution and located above the substrate, a boundary layer for localization of the main carriers, containing AIGaAsSb solid solution and located above the active layer, a contact layer containing GaSb and located above the boundary a layer, and a buffer layer containing a solid solution of GalnAsSb.
  • the buffer layer of the first heterostructure is a low-alloy buffer layer p ° with a composition close to GaSb, due to which the p-GalnAsSb / n-GalnAsSb reverse-coupled pn junction provides hole localization in the active region near the heterointerface between the buffer layer and the active layer.
  • growing a structurally perfect p ° -GalnAsSb layer with a minimum concentration of impurities and defects allows minimizing the influence of defects growing from the substrate into the active region, which leads to a decrease in deep acceptor levels and, accordingly, the fraction of Shockley-Reed Hall nonradiative recombination.
  • the heterostructure is grown with a low level of doping of the buffer layer p °, i.e. By a level close to their own concentration, they receive a significant increase in quantum efficiency, and the direct operating voltage of such a heterostructure increases slightly, i.e. not several times, as is the case in thyristor-type structures.
  • lead is not used as a neutral solvent. LED chips made on the basis of the first heterostructures emit in the mid-infrared range 1800-2400 nm.
  • the buffer layer of the first heterostructures can be located between the substrate and the active layer and contains less indium than the active layer.
  • LED chips based on the first heterostructures can have a first contact made on the substrate side and a second contact made on the active layer side. It is also possible that the LED chip based on the first heterostructures has a first contact on the active layer side connected to the contact layer and a second contact on the active layer side connected to the substrate. In some cases, the first contact is solid, and the second contact is partially coated on the surface of the LED chip.
  • LED chips based on second heterostructures are disclosed in patent EA 018435 of the same applicant, entitled "Method for manufacturing heterostructures (options) for the mid-IR range, heterostructure (options) and LED and photodiode based on this heterostructure".
  • the second heterostructures having a substrate containing InAs, a barrier layer containing InSbP, and an active layer containing InAsSb (P) and located on or below the barrier layer.
  • LED chips made on the basis of second heterostructures emit in the mid-infrared range 2600-4700 nm.
  • the barrier layer is located on the substrate, and the active layer is located on the barrier layer.
  • the LED chips based on the second heterostructures contain a first contact made from the substrate side and a second contact made from the side active layer, or a variant is possible in which the LED chips based on the second heterostructures contain at least two contacts made on the side of the LED opposite the radiating side of the LED.
  • the active region in the second heterostructures is located on the substrate, and the barrier layer is located on the active region, and in this case it is possible that the LED chips based on the second heterostructures have a first contact made on the side of the barrier layer and a second contact made on the substrate side, and when the LED chips based on the second heterostructures contain at least two contacts made on the side of the LED opposite the radiating side of the LED.
  • the first contact of the LED chips based on the second heterostructures is solid, and the second contact is partially coated on the surface of the LED chip.
  • the LED chips in the LED matrix according to the present invention having maxima of the emission spectrum at the same wavelength, are usually connected in parallel or in series and are driven together, which provides an increase in optical power at the specified wavelength.
  • they are independently activated, which, for example, when activated alternately, allows you to scan a wide spectral range.
  • the number of LED chips having the maximums of the emission spectrum at the same wavelength can be increased.
  • LED chips can be installed in any known housing, for example, TO-5, TO-8, TO-18, TO-39, both with and without a built-in thermoelectric module.
  • LED chips can be installed on a common substrate in the housing or, alternatively, they can also be pre-mounted on separate substrates of silicon, aluminum nitride (AIN) or ceramic, for the convenience of wiring electrical contacts and for the possibility of mounting on one housing of chips with different polarity.
  • the common substrate on which the LED chips are mounted can be made of a wide variety of materials, including silicon, aluminum nitride (AIN), or ceramic.
  • AIN aluminum nitride
  • for controlling the chips individually at least one contact from each chip is output to a separate housing leg, while the second contacts of each chip can be connected together and output to one common housing leg.
  • the installation of LED chips on a common substrate can reduce the assembly time of LED chips on a substrate compared to the case when each LED chip is pre-mounted on a separate substrate.
  • the installation of LED chips on one common substrate provides the opportunity to reduce the distance between the individual LED chips to reduce the size of the LED emitter, and also provides the ability to reduce the length of the connectors between the LED chips and the control elements, which reduces the likelihood of additional errors during operation of the LED chips, and also reduce the resistance of the elements of the LED emitter and, accordingly, reduce its heating.
  • reducing the likelihood of additional errors during operation of LED chips by reducing the length of the connectors between the LED chips is achieved by reducing the likelihood of noise and unwanted signals in these connectors when using an LED emitter for analysis of substances, for example, for spectral analysis.
  • FIG. 1 An example of a common substrate for four LED chips is shown in FIG. 1.
  • the specified substrate has a size of 4 * 4 mm and contains in its Central part of the area for installing LED chips.
  • One of the contacts from each LED chip can be brought to the isolated contact areas on the edges of the substrate with further welding on the legs of the housing.
  • the remaining contacts from the LED chips can be interconnected to form a connection between the LED chips, and removed from one of the LED chips to a separate isolated area, shown in FIG. 1 in the lower right of the substrate. With this configuration, the LED chips can be controlled individually.
  • the LED chips on said substrate may be connected in series or in parallel.
  • Installation of an LED emitter using a common substrate takes less time compared to using LED chips on separate substrates, since it includes only two sequential technological processes: installation of LED chips on a common substrate and pinching of the LED chip contacts. In turn, when mounting LED chips on separate substrates, it is necessary to assemble each substrate individually with the repetition of all technological processes, which can significantly increase the installation time of the LED emitter.
  • the production of LED chips may be in demand, in which more than one chip is chipped off with a single array from a blank in the form of an LED plate. In this case, all the electrical contacts and etched grooves between the individual LED chips are stored on the indicated array.
  • Such an array of LED chips can be more easily centered in the housing of the LED emitter and can reduce the used space in the housing and reduce the assembly time of the LED emitter.
  • the LED chips in the LED matrix according to the present invention may have various layouts, some of which are shown in FIG.
  • Diagrams 10 and 15 show LED arrays of 6 and 9 LED chips, respectively, having emission spectrum maxima at one wavelength, which, as indicated above, provides an increase in optical power at this wavelength.
  • These LED matrices form rectangular regions of several rows in the central part of the substrate in the housing, and the distance between the LED chips is the same.
  • Figure 20 shows a matrix of 10 LED chips arranged in series in a line and also having maxima of the emission spectrum at the same wavelength.
  • Schemes 25 and 30 illustrate the configuration of LED arrays of 4 and 12 LED chips, respectively, having emission spectrum maxima at different wavelengths and arranged in the form of rectangular regions of several rows, similar to schemes 10 and 15.
  • circuit 25 two LED chips have emission spectrum maxima at one wavelength, and the other two LED chips have emission spectrum maxima at another wavelength.
  • all LED chips are characterized by maxima of the emission spectrum at different wavelengths.
  • Circuits 35 and 40 depict examples of the arrangement of LED chips, according to which LED chips, in contrast to the above schemes, do not form rectangular areas.
  • the LED chips can be at different distances from each other and have different angular orientations with respect to each other. It should be noted that any configuration options and arrangement of LED chips are possible relative to each other, as well as any necessary combinations of LED chips with different and / or identical maxima of the emission spectrum.

Abstract

The present invention relates, in general, to the field of semiconductor devices and, in particular, to a light-emitting diode emitter which is intended for radiation in a mid-infrared region of 1600-5000 nm and which contains light-emitting diode chips. A light-emitting diode emitter of a mid-infrared region of 1600-5000 nm is proposed, which contains a housing with at least four light-emitting diode chips based on primary heterostructures which have a substrate containing GaSb; an active layer, which is disposed above the substrate and which contains a solid solution of GaInAsSb; a restricting layer for localization of majority carriers, which is disposed above the active layer and which contains a solid solution of AlGaAsSb; a contact layer, which is disposed above the restricting layer and which contains GaSb; and a buffer layer, which contains a solid solution of GaInAsSb; and/or based on secondary heterostructures which have a substrate containing InAs; a barrier layer, which contains InSbP; and an active layer, which contains InAsSb(P) and which is disposed on the barrier layer or below same; wherein said at least four light-emitting diode chips are mounted directly on a single common substrate.

Description

СВЕТОДИОДНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ  LED RADIATOR
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ BACKGROUND OF THE INVENTION
Область техники, к которой относится изобретение FIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение в целом относится к области полупроводниковых устройств. В частности, настоящее изобретение относится к светодиодному излучателю, предназначенному для излучения в средней инфракрасной области 1600- 5000 нм и содержащему светодиодные чипы. The present invention generally relates to the field of semiconductor devices. In particular, the present invention relates to an LED emitter for emitting in the mid-infrared region of 1600-5000 nm and comprising LED chips.
Обзор уровня техники BACKGROUND OF THE PRIOR ART
В настоящее время находят широко используют устройства, основанные на использовании светодиодных чипов для создания излучения в различных областях спектра и для различных целей.  Currently, devices based on the use of LED chips are widely used to create radiation in various spectral regions and for various purposes.
В частности, известны технологии создания светодиодных излучателей, согласно которым светодиоды монтируются на общей подложке. Например, согласно технологии SMD (Surface Mounting Device) излучательный элемент образован нанесением до трех светодиодов на керамическую подложку с последующим их покрытием слоем люминофора, а при технологии СОВ (Chip-On-Board) для создания излучателя светодиоды размещают сразу на плату, зачастую в виде металлической подложки, без использования корпуса и керамических подложек и покрывают их люминофором. Однако указанные технологии применимы для создания исключительно источников видимого излучения, как привило, источников белого света.  In particular, the known technology for creating LED emitters, according to which the LEDs are mounted on a common substrate. For example, according to the SMD (Surface Mounting Device) technology, the emitting element is formed by applying up to three LEDs on a ceramic substrate and then coating them with a phosphor layer, and with the CIP (Chip-On-Board) technology to create the emitter, the LEDs are placed directly on the board, often in the form metal substrate, without the use of a housing and ceramic substrates and cover them with a phosphor. However, these technologies are applicable to create exclusively sources of visible radiation, as a rule, white light sources.
Если говорить о светодиодных излучателях, используемых для анализа веществ, например, из патентной заявки ЕА 201 101563 известен источник света, состоящий из светодиодов, используемых в спектрометре для измерения концентрации по меньшей мере одного анализируемого вещества в пробе текучей среды. Указанные светодиоды применяются для создания излучения монохроматического света с длиной волны в видимой области спектра. Таким образом, указанный источник света, состоящий из светодиодов, может создавать излучение только в небольшой области спектра и поэтому имеет ограниченное применение. Кроме того, применяемые светодиоды обладают рядом недостатков.  If we talk about LED emitters used for analysis of substances, for example, from patent application EA 201 101563 a light source is known consisting of LEDs used in a spectrometer to measure the concentration of at least one analyte in a sample of a fluid. These LEDs are used to create radiation of monochromatic light with a wavelength in the visible region of the spectrum. Thus, the specified light source, consisting of LEDs, can generate radiation only in a small region of the spectrum and therefore has limited use. In addition, the used LEDs have several disadvantages.
Также известна осветительная система для анализатора изображения, содержащая помимо ряда светодиодов видимого диапазона еще и светодиод для излучения в ультрафиолетовом диапазоне (патентная заявка US 2013135695). Данная осветительная система имеет более широкий диапазон использования, однако она также может использоваться только для решения ограниченного числа задач. Частично недостатки указанных известных устройств были решены в светодиодном излучателе, известном из международной заявки WO 2012169673. Этот светодиодный излучатель содержит множество светодиодов видимой и инфракрасной области, расположенных на нескольких подложках. Однако используемые в данном устройстве светодиоды излучают в ограниченной инфракрасной области и имеют большой размер, что вместе с их схемой расположения, согласно которой светодиоды расположены на сравнительно большом расстоянии друг от друга, также не дает возможность использовать указанное устройство для различных задач в широкой спектральной области. Also known is a lighting system for an image analyzer, which, in addition to a number of visible-light emitting diodes, also contains an ultraviolet emitting diode (patent application US 2013135695). This lighting system has a wider range of use, however, it can also be used only to solve a limited number of tasks. Partly the disadvantages of these known devices have been solved in an LED emitter known from international application WO 2012169673. This LED emitter contains a plurality of visible and infrared LEDs located on several substrates. However, the LEDs used in this device emit in a limited infrared region and have a large size, which, together with their arrangement, according to which the LEDs are located at a relatively large distance from each other, also makes it impossible to use this device for various tasks in a wide spectral region.
Большинство из приведенных выше недостатков было учтено в светодиодном излучателе средней инфракрасной области спектра, раскрытом в патенте RU 87544U1 , содержащем три светодиодных чипа: измерительный светодиодный чип для нефти, измерительный светодиодный чип для воды и опорный светодиодный чип. Однако светодиодный излучатель по патенту RU 87544U1 содержит ограниченное число светодиодных чипов и обеспечивает решение только одной узкой задачи. Кроме того, используемые светодиодные чипы расположены на отдельных подложках, что приводит к увеличению длины проводящих элементов в светодиодном излучателе, вследствие чего может увеличиться количество шума и нежелательных сигналов в этих проводящих элементах. В итоге, это может привести к возникновению дополнительных погрешностей при работе этого светодиодного излучателя, ведущих к уменьшению его надежности и точности. Также указанные светодиодные чипы могут испытывать значительный нагрев, вследствие чего конструкция светодиодного излучателя усложнена наличием дополнительных устройств в виде терморезистора и термохолодильника.  Most of the above disadvantages were addressed in the mid-infrared LED emitter disclosed in RU 87544U1, which contains three LED chips: a measuring LED chip for oil, a measuring LED chip for water, and a reference LED chip. However, the LED emitter according to the patent RU 87544U1 contains a limited number of LED chips and provides a solution to only one narrow problem. In addition, the used LED chips are located on separate substrates, which leads to an increase in the length of the conductive elements in the LED emitter, as a result of which the amount of noise and unwanted signals in these conductive elements can increase. As a result, this may lead to additional errors during operation of this LED emitter, leading to a decrease in its reliability and accuracy. Also, these LED chips can experience significant heating, as a result of which the design of the LED emitter is complicated by the presence of additional devices in the form of a thermistor and a thermo refrigerator.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ SUMMARY OF THE INVENTION
Задачей настоящего изобретения является создание светодиодного излучателя, который обеспечивает работу в широкой области среднего инфракрасного диапазона с достаточной оптической мощностью, испытывает незначительные нагрев и обеспечивает надежную и точную работу, в частности, при его использовании для анализа веществ. The objective of the present invention is to provide an LED emitter that provides operation in a wide region of the mid-infrared range with sufficient optical power, experiences slight heating and provides reliable and accurate operation, in particular when used for analysis of substances.
Предложен светодиодный излучатель средней инфракрасной области 1600- 5000 нм, содержащий корпус по меньшей мере с четырьмя светодиодными чипами на основе первых гетероструктур и/или вторых гетероструктур. Первые гете ростру ктуры имеют подложку, содержащую GaSb, расположенный над подложкой активный слой, содержащий твердый раствор GalnAsSb, расположенный над активным слоем ограничительный слой для локализации основных носителей, содержащий твердый раствор AIGaAsSb, расположенный над ограничительным слоем контактный слой, содержащий GaSb, и буферный слой, содержащий твердый раствор GalnAsSb. Вторые гетероструктуры имеют подложку, содержащую InAs, барьерный слой, содержащий InSbP, и активный слой, содержащий InAsSb(P) и расположенный барьерном слое или под ним, причем указанные по меньшей мере четыре светодиодных чипа непосредственно смонтированы на одной общей подложке. A mid-infrared LED emitter of 1600-5000 nm is proposed, comprising a housing with at least four LED chips based on the first heterostructures and / or second heterostructures. The first heterostructures have a substrate containing GaSb, an active layer located above the substrate, containing a GalnAsSb solid solution located above the active layer a boundary layer for localization of the main carriers containing AIGaAsSb solid solution; a contact layer containing GaSb located above the boundary layer; and a buffer layer containing GalnAsSb solid solution. The second heterostructures have a substrate containing InAs, a barrier layer containing InSbP, and an active layer containing InAsSb (P) and located or below the barrier layer, said at least four LED chips being directly mounted on one common substrate.
Достигаемый технический результат состоит в возможности создания светодиодного излучателя во всем среднем инфракрасном диапазоне 1600-5000 нм, характеризующегося необходимой оптической мощностью и незначительным нагревом, благодаря использованию первых гете ростру ктур и/или вторых гетероструктур указанных типов. Кроме того, благодаря монтажу светодиодных чипов на одной общей подложке, приводящему к уменьшению длины проводящих элементов, уменьшены шумы и нежелательные сигналы светодиодного излучателя, что, в частности, обеспечивает преимущества при использовании светодиодного излучателя для определения химических веществ в среде, то есть для определения содержания (концентрации) химических веществ в анализируемой среде и/или наличия химических веществ в анализируемой среде. Дополнительно, монтаж светодиодных чипов на одной общей подложке позволяет упростить их монтаж и уменьшить его время, уменьшить размеры светодиодного излучателя и расстояние между отдельными чипами и увеличить надежность его работы.  Achievable technical result consists in the possibility of creating an LED emitter in the entire mid-infrared range 1600-5000 nm, characterized by the necessary optical power and slight heating, due to the use of the first heterostructures and / or second heterostructures of these types. In addition, thanks to the installation of LED chips on one common substrate, which leads to a decrease in the length of the conductive elements, noise and unwanted signals of the LED emitter are reduced, which, in particular, provides advantages when using the LED emitter to determine the chemicals in the medium, that is, to determine the content (concentration) of chemicals in the analyzed medium and / or the presence of chemicals in the analyzed medium. Additionally, the installation of LED chips on one common substrate can simplify their installation and reduce its time, reduce the size of the LED emitter and the distance between the individual chips and increase the reliability of its operation.
Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения буферный слой первых гетероструктур расположен между подложкой и активным слоем и содержит индия меньше, чем активный слой.  According to one embodiment of the present invention, the buffer layer of the first heterostructures is located between the substrate and the active layer and contains less indium than the active layer.
Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения во вторых гетероструктурах барьерный слой расположен на подложке, а активный слой расположен на барьерном слое. Предпочтительно каждый светодиодный чип на основе вторых гетероструктур содержит первый контакт, выполненный со стороны подложки, и второй контакт, выполненный со стороны активного слоя. Также в некоторых случаях первый контакт выполнен сплошным, а второй контакт выполнен с частичным покрытием поверхности светодиодного чипа.  According to another embodiment of the present invention, in the second heterostructures, the barrier layer is located on the substrate, and the active layer is located on the barrier layer. Preferably, each LED chip based on the second heterostructures comprises a first contact made on the substrate side and a second contact made on the active layer side. Also, in some cases, the first contact is solid, and the second contact is partially coated on the surface of the LED chip.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения во вторых гетероструктурах активная область расположена на подложке, а барьерный слой расположен на активной области. Предпочтительно каждый светодиодный чип на основе вторых гетероструктур содержит первый контакт, выполненный со стороны барьерного слоя, и второй контакт, выполненный со стороны подложки, и в некоторых случаях первый контакт выполнен сплошным, а второй контакт выполнен с частичным покрытием поверхности светодиодного чипа. According to another embodiment of the present invention in the second heterostructures, the active region is located on the substrate, and the barrier layer is located on the active region. Preferably, each LED chip based on the second heterostructures contains a first contact made on the side of the barrier layer and a second contact made on the side of the substrate, and in some In cases, the first contact is solid, and the second contact is partially coated on the surface of the LED chip.
В качестве альтернативы каждый светодиодный чип на основе вторых гетероструктур содержит по меньшей мере два контакта, выполненных со стороны светодиода, противоположной излучающей стороне светодиода.  Alternatively, each LED chip based on the second heterostructures contains at least two contacts made on the side of the LED opposite the radiating side of the LED.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения каждый светодиодный чип на основе первых гетероструктур содержит первый контакт, выполненный со стороны активного слоя и второй контакт, выполненный со стороны подложки.  According to another embodiment of the present invention, each LED chip based on the first heterostructures comprises a first contact made on the side of the active layer and a second contact made on the side of the substrate.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения каждый светодиодный чип на основе первых гетероструктур содержит первый контакт со стороны активного слоя, соединённый с контактным слоем, и второй контакт со стороны активного слоя, соединенный с подложкой.  According to another embodiment of the present invention, each LED chip based on the first heterostructures comprises a first contact on the active layer side connected to the contact layer and a second contact on the active layer side connected to the substrate.
В качестве альтернативы первый контакт выполнен сплошным, а второй контакт выполнен с частичным покрытием поверхности светодиодного чипа.  Alternatively, the first contact is solid, and the second contact is partially coated on the surface of the LED chip.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения светодиодные чипы имеют максимумы спектра излучения на одинаковой длине волны.  According to another embodiment of the present invention, LED chips have emission spectrum maxima at the same wavelength.
Благодаря указанной конфигурации светодиодного излучателя, имеющего светодиодные чипы с максимумами спектра излучения на одинаковой длине волны, может быть обеспечена необходимая оптическая мощность создаваемого излучения.  Due to this configuration of the LED emitter having LED chips with maxima of the emission spectrum at the same wavelength, the necessary optical power of the generated radiation can be provided.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения светодиодные чипы имеют максимумы спектра излучения на разной длине волны.  According to another embodiment of the present invention, LED chips have emission spectrum maxima at different wavelengths.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения по меньшей мере два светодиодных чипа имеют максимумы спектра излучения на одинаковой длине волны, а по меньшей мере два светодиодных чипа имеют максимумы спектра излучения, отличные от указанной одинаковой длины волны.  According to another embodiment of the present invention, at least two LED chips have emission spectrum maxima at the same wavelength, and at least two LED chips have emission spectrum maxima different from said same wavelength.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения по меньшей мере три светодиодных чипа имеют максимумы спектра излучения на одинаковой длине волны, а по меньшей мере один светодиодный чип имеет максимум спектра излучения, отличный от указанной одинаковой длины волны.  According to another embodiment of the present invention, at least three LED chips have emission spectrum maxima at the same wavelength, and at least one LED chip has emission spectrum maximums different from said same wavelength.
Другие аспекты настоящего изобретения могут быть понятны из последующего описания предпочтительных вариантов реализации и чертежей.  Other aspects of the present invention may be apparent from the following description of preferred embodiments and drawings.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
На фиг. 1 показан пример общей подложки для четырех светодиодных чипов светодиодного излучателя согласно настоящему изобретению. На фиг. 2 представлены схемы расположения светодиодных чипов в светодиодном излучателе согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения. In FIG. 1 shows an example of a common substrate for four LED chips of an LED emitter according to the present invention. In FIG. 2 shows the arrangement of LED chips in an LED emitter according to various embodiments of the present invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Светодиодный излучатель согласно настоящему изобретению используется в качестве источника излучения для сканирования всего спектрального диапазона 1600- 5000 нм или его отдельных участков, где находятся линии поглощения искомых или целевых химических веществ, и содержит светодиодную матрицу, представляющую собой совокупность по меньшей мере четырех светодиодных чипов с одинаковыми или различными максимумами спектра излучения, установленных в едином корпусе и приводимых в действие совместно или независимо друг от друга. Благодаря небольшим размерам светодиодных чипов примерно порядка 0,35x0,35 мм светодиодный излучатель согласно настоящему изобретению может быть использован как источник излучения для миниатюрных оптических анализаторов. The LED emitter according to the present invention is used as a radiation source for scanning the entire spectral range of 1600-5000 nm or its individual sections where there are absorption lines of the desired or target chemicals, and contains an LED matrix, which is a collection of at least four LED chips with the same or various maxima of the radiation spectrum installed in a single housing and driven jointly or independently from each other. Due to the small size of the LED chips of about 0.35 x 0.35 mm, the LED emitter according to the present invention can be used as a radiation source for miniature optical analyzers.
Используемые в настоящем изобретении светодиодные чипы характеризуются небольшим размером, узким спектром излучения, достаточной мощностью, высокой скоростью отклика, малым температурным отклонением параметров, что позволяет создавать компактные многоэлементные светодиодные матрицы, имеющие максимумы спектра излучения на одной или нескольких длинах волн.  The LED chips used in the present invention are characterized by a small size, narrow emission spectrum, sufficient power, high response speed, low temperature deviation of the parameters, which allows the creation of compact multi-element LED arrays having emission spectrum maxima at one or several wavelengths.
Предлагаемый светодиодный излучатель может использоваться для решения широкого ряда задач, например, для оптических методов газоанализа, анализа химических веществ и для различных методов спектроскопии.  The proposed LED emitter can be used to solve a wide range of problems, for example, for optical methods of gas analysis, chemical analysis and for various spectroscopy methods.
В светодиодном излучателе согласно настоящему изобретению используются светодиодные чипы на основе первых гетероструктур и вторых гетероструктур.  In the LED emitter according to the present invention, LED chips based on the first heterostructures and second heterostructures are used.
Светодиодные чипы на основе первых гетероструктур раскрыты в патенте ЕА 01830 того же заявителя, озаглавленном "Гетероструктура на основе твердого раствора GalnAsSb, способ ее изготовления и светодиод на основе этой гетероструктуры" и характеризуются следующими особенностями. Светодиодные чипы на основе первых гетероструктур имеют подложку, содержащую GaSb, активный слой, содержащий твердый раствор GalnAsSb и расположенный над подложкой, ограничительный слой для локализации основных носителей, содержащий твердый раствор AIGaAsSb и расположенный над активным слоем, контактный слой, содержащий GaSb и расположенный над ограничительным слоем, и буферный слой, содержащий твердый раствор GalnAsSb. Буферный слой первой гетероструктуры представляет собой низколегированный буферный слой р° с составом, близким к GaSb, благодаря которому обратно-включенный р-п переход p°-GalnAsSb/n-GalnAsSb обеспечивает локализацию дырок в активной области вблизи гетерограницы между буферным слоем и активным слоем. Кроме того, выращивание структурно- совершенного с минимальной концентрацией примесей и дефектов слоя p°-GalnAsSb позволяет минимизировать влияние дефектов, прорастающих из подложки в активную область, что приводит к уменьшению глубоких акцепторных уровней и, соответственно, доли безызлучательной рекомбинации Шоккли-Рид-Холла. Кроме того, благодаря тому, что гетероструктуру выращивают с низким уровнем легирования буферного слоя р°, т.е. уровнем, близким к собственной концентрации, получают существенное увеличение квантовой эффективности, причём прямое рабочее напряжение такой гетероструктуры увеличивается незначительно, т.е. не в несколько раз, как это имеет место в структурах тиристорного типа. При этом в процессе выращивания буферного слоя согласно настоящему изобретению не используют свинец в качестве нейтрального растворителя. Светодиодные чипы, изготовленные на основе первых гетероструктур, излучают в среднем инфракрасном диапазоне 1800-2400 нм. LED chips based on the first heterostructures are disclosed in the patent of EA 01830 of the same applicant, entitled "GalnAsSb solid solution heterostructure, method for its manufacture and LED based on this heterostructure" and are characterized by the following features. LED chips based on the first heterostructures have a substrate containing GaSb, an active layer containing GalnAsSb solid solution and located above the substrate, a boundary layer for localization of the main carriers, containing AIGaAsSb solid solution and located above the active layer, a contact layer containing GaSb and located above the boundary a layer, and a buffer layer containing a solid solution of GalnAsSb. The buffer layer of the first heterostructure is a low-alloy buffer layer p ° with a composition close to GaSb, due to which the p-GalnAsSb / n-GalnAsSb reverse-coupled pn junction provides hole localization in the active region near the heterointerface between the buffer layer and the active layer. In addition, growing a structurally perfect p ° -GalnAsSb layer with a minimum concentration of impurities and defects allows minimizing the influence of defects growing from the substrate into the active region, which leads to a decrease in deep acceptor levels and, accordingly, the fraction of Shockley-Reed Hall nonradiative recombination. In addition, due to the fact that the heterostructure is grown with a low level of doping of the buffer layer p °, i.e. By a level close to their own concentration, they receive a significant increase in quantum efficiency, and the direct operating voltage of such a heterostructure increases slightly, i.e. not several times, as is the case in thyristor-type structures. However, in the process of growing the buffer layer according to the present invention, lead is not used as a neutral solvent. LED chips made on the basis of the first heterostructures emit in the mid-infrared range 1800-2400 nm.
Согласно одному из вариантов реализации, буферный слой первых гетероструктур может быть расположен между подложкой и активным слоем и содержит индия меньше, чем активный слой. Светодиодные чипы на основе первых гетероструктур могут иметь первый контакт, выполненный со стороны подложки, и второй контакт, выполненный со стороны активного слоя. Также возможны варианты, при которых светодиодный чип на основе первых гетероструктур имеет первый контакт со стороны активного слоя, соединённый с контактным слоем, и второй контакт со стороны активного слоя, соединенный с подложкой. В некоторых случаях первый контакт выполняют сплошным, а второй контакт выполняют с частичным покрытием поверхности светодиодного чипа.  According to one embodiment, the buffer layer of the first heterostructures can be located between the substrate and the active layer and contains less indium than the active layer. LED chips based on the first heterostructures can have a first contact made on the substrate side and a second contact made on the active layer side. It is also possible that the LED chip based on the first heterostructures has a first contact on the active layer side connected to the contact layer and a second contact on the active layer side connected to the substrate. In some cases, the first contact is solid, and the second contact is partially coated on the surface of the LED chip.
Светодиодные чипы на основе вторых гетероструктур раскрыты в патенте ЕА 018435 того же заявителя, озаглавленном "Способ изготовления гетероструктур (варианты) для среднего ИК-диапазона, гетероструктура (варианты) и светодиод и фотодиод на основе этой гетероструктуры". Вторые гетероструктуры, имеющих подложку, содержащую InAs, барьерный слой, содержащий InSbP, и активный слой, содержащий InAsSb(P) и расположенный на барьерном слое или под ним. Светодиодные чипы, изготовленные на основе вторых гетероструктур, излучают в среднем инфракрасном диапазоне 2600-4700 нм.  LED chips based on second heterostructures are disclosed in patent EA 018435 of the same applicant, entitled "Method for manufacturing heterostructures (options) for the mid-IR range, heterostructure (options) and LED and photodiode based on this heterostructure". The second heterostructures having a substrate containing InAs, a barrier layer containing InSbP, and an active layer containing InAsSb (P) and located on or below the barrier layer. LED chips made on the basis of second heterostructures emit in the mid-infrared range 2600-4700 nm.
В одном из вариантов реализации барьерный слой расположен на подложке, а активный слой расположен на барьерном слое. В этом случае возможно, что светодиодные чипы на основе вторых гетероструктур содержат первый контакт, выполненный со стороны подложки, и второй контакт, выполненный со стороны активного слоя, или возможен вариант, при котором светодиодные чипы на основе вторых гетероструктур содержат по меньшей мере два контакта, выполненных со стороны светодиода, противоположной излучающей стороне светодиода. В другом варианте реализации активная область во вторых гетероструктурах расположена на подложке, а барьерный слой расположен на активной области, причем для данного случая возможны варианты, когда светодиодные чипы на основе вторых гетероструктур имеют первый контакт, выполненный со стороны барьерного слоя, и второй контакт, выполненный со стороны подложки, и когда светодиодные чипы на основе вторых гетероструктур содержат по меньшей мере два контакта, выполненных со стороны светодиода, противоположной излучающей стороне светодиода. В некоторых вариантах реализации первый контакт светодиодных чипов на основе вторых гетероструктур выполняют сплошным, а второй контакт выполняют с частичным покрытием поверхности светодиодного чипа. In one embodiment, the barrier layer is located on the substrate, and the active layer is located on the barrier layer. In this case, it is possible that the LED chips based on the second heterostructures contain a first contact made from the substrate side and a second contact made from the side active layer, or a variant is possible in which the LED chips based on the second heterostructures contain at least two contacts made on the side of the LED opposite the radiating side of the LED. In another embodiment, the active region in the second heterostructures is located on the substrate, and the barrier layer is located on the active region, and in this case it is possible that the LED chips based on the second heterostructures have a first contact made on the side of the barrier layer and a second contact made on the substrate side, and when the LED chips based on the second heterostructures contain at least two contacts made on the side of the LED opposite the radiating side of the LED. In some embodiments, the first contact of the LED chips based on the second heterostructures is solid, and the second contact is partially coated on the surface of the LED chip.
Светодиодные чипы в светодиодной матрице согласно настоящему изобретению, имеющие максимумы спектра излучения на одинаковой длине волны, обычно соединяют параллельно или последовательно и приводят в действие совместно, что обеспечивает увеличение оптической мощности на указанной длине волны. В случае использования светодиодных чипов, имеющих максимумы спектра излучения на разных длинах волн, используют их независимое приведение в действие, что, например, при поочередном приведении в действие позволяет сканировать широкий спектральный диапазон.  The LED chips in the LED matrix according to the present invention, having maxima of the emission spectrum at the same wavelength, are usually connected in parallel or in series and are driven together, which provides an increase in optical power at the specified wavelength. In the case of using LED chips having maxima of the emission spectrum at different wavelengths, they are independently activated, which, for example, when activated alternately, allows you to scan a wide spectral range.
В некоторых случаях для увеличения оптической мощности на некоторых длинах волн в среднем инфракрасном диапазоне 1600-4700 нм в светодиодной матрице может быть увеличено количество светодиодных чипов, имеющих максимумы спектра излучения на одинаковой длине волны.  In some cases, to increase the optical power at certain wavelengths in the mid-infrared range 1600-4700 nm in the LED matrix, the number of LED chips having the maximums of the emission spectrum at the same wavelength can be increased.
Светодиодные чипы могут быть установлены в любом известном корпусе, например ТО-5, ТО-8, ТО-18, ТО-39, как имеющем встроенный термоэлектрический модуль, так и без него.  LED chips can be installed in any known housing, for example, TO-5, TO-8, TO-18, TO-39, both with and without a built-in thermoelectric module.
Светодиодные чипы могут быть установлены на общую подложку в корпусе или, в качестве альтернативы, они также могут быть предварительно смонтированы на отдельные подложки из кремния, нитрида алюминия (AIN) или керамики, для удобства разводки электрических контактов и для возможности монтажа на один корпус чипов с разной полярностью. Согласно различным вариантам реализации общая подложка, на которую устанавливаются светодиодные чипы, может быть выполнена из широкого ряда материалов, в том числе кремния, нитрида алюминия (AIN) или керамики. Согласно одному из вариантов реализации для управления чипами по отдельности по меньшей мере один контакт от каждого чипа выводят на отдельную ножку корпуса, при этом вторые контакты каждого чипа могут быть соединены вместе и выведены на одну общую ножку корпуса. LED chips can be installed on a common substrate in the housing or, alternatively, they can also be pre-mounted on separate substrates of silicon, aluminum nitride (AIN) or ceramic, for the convenience of wiring electrical contacts and for the possibility of mounting on one housing of chips with different polarity. According to various embodiments, the common substrate on which the LED chips are mounted can be made of a wide variety of materials, including silicon, aluminum nitride (AIN), or ceramic. According to one embodiment, for controlling the chips individually, at least one contact from each chip is output to a separate housing leg, while the second contacts of each chip can be connected together and output to one common housing leg.
В любом случае монтаж светодиодных чипов на общую подложку позволяет уменьшить время сборки светодиодных чипов на подложке по сравнению со случаем, когда каждый светодиодный чип предварительно монтируется на отдельную подложку. Более того, монтаж светодиодных чипов на одной общей подложке обеспечивает возможность сократить расстояния между отдельными светодиодными чипами для уменьшения размеров светодиодного излучателя, а также обеспечивает возможность сократить длину соединителей между светодиодными чипами и управляющими элементами, что позволяет уменьшить вероятность возникновения дополнительных погрешностей при работе светодиодных чипов, а также уменьшить сопротивления элементов светодиодного излучателя и, соответственно, уменьшить его нагрев. Следует отметить, что уменьшение вероятности возникновения дополнительных погрешностей при работе светодиодных чипов посредством сокращения длины соединителей между светодиодными чипами достигается благодаря уменьшению вероятности возникновения шумов и нежелательных сигналов в этих соединителях при использовании светодиодного излучателя для анализа веществ, например для целей спектрального анализа.  In any case, the installation of LED chips on a common substrate can reduce the assembly time of LED chips on a substrate compared to the case when each LED chip is pre-mounted on a separate substrate. Moreover, the installation of LED chips on one common substrate provides the opportunity to reduce the distance between the individual LED chips to reduce the size of the LED emitter, and also provides the ability to reduce the length of the connectors between the LED chips and the control elements, which reduces the likelihood of additional errors during operation of the LED chips, and also reduce the resistance of the elements of the LED emitter and, accordingly, reduce its heating. It should be noted that reducing the likelihood of additional errors during operation of LED chips by reducing the length of the connectors between the LED chips is achieved by reducing the likelihood of noise and unwanted signals in these connectors when using an LED emitter for analysis of substances, for example, for spectral analysis.
Пример общей подложки для четырех светодиодных чипов представлен на фиг. 1. Указанная подложка имеет размер 4*4 мм и содержит в своей центральной части области для установки светодиодных чипов. Один из контактов от каждого светодиодного чипа может быть выведен на изолированные контактные области на краях подложки с дальнейшей разваркой на ножках корпуса. Остальные контакты от светодиодных чипов могут быть связаны между собой с образованием соединения между светодиодными чипами, и выведены с одного из с втодиодных чипов на отдельную изолированную область, показанную на фиг. 1 в правой нижней части подложки. При указанной конфигурации светодиодные чипы могут управляться по отдельности. В различных вариантах реализации светодиодные чипы на указанной подложке могут быть соединены последовательно или параллельно.  An example of a common substrate for four LED chips is shown in FIG. 1. The specified substrate has a size of 4 * 4 mm and contains in its Central part of the area for installing LED chips. One of the contacts from each LED chip can be brought to the isolated contact areas on the edges of the substrate with further welding on the legs of the housing. The remaining contacts from the LED chips can be interconnected to form a connection between the LED chips, and removed from one of the LED chips to a separate isolated area, shown in FIG. 1 in the lower right of the substrate. With this configuration, the LED chips can be controlled individually. In various embodiments, the LED chips on said substrate may be connected in series or in parallel.
Монтаж светодиодного излучателя с использованием общей подложки занимает меньше времени по сравнению с использованием светодиодных чипов на отдельных подложках, поскольку включает в себя только два последовательных технологических процесса: монтаж светодиодных чипов на общей подложке и разварка контактов светодиодных чипов. В свою очередь, при монтировании светодиодных чипов на отдельных подложках необходимо выполнять сборку каждой подложки по отдельности с повторением всех технологических процессов, что может значительно увеличить время монтажа светодиодного излучателя. Installation of an LED emitter using a common substrate takes less time compared to using LED chips on separate substrates, since it includes only two sequential technological processes: installation of LED chips on a common substrate and pinching of the LED chip contacts. In turn, when mounting LED chips on separate substrates, it is necessary to assemble each substrate individually with the repetition of all technological processes, which can significantly increase the installation time of the LED emitter.
Для вариантов реализации светодиодного излучателя, содержащего светодиодные чипы с максимумами спектра излучения на одинаковой длине, может быть востребовано производство светодиодных чипов, при котором сразу более одного чипа скалывают одним массивом с заготовки в виде светодиодной пластины. В этом случае на указанном массиве сохраняются все электрически контакты и вытравленные канавки между отдельными светодиодными чипами. Такой массив светодиодных чипов может быть легче отцентрирован в корпусе светодиодного излучателя и позволяет уменьшить используемое место в корпусе и сократить время на сборку светодиодного излучателя.  For embodiments of an LED emitter containing LED chips with maximum emission spectra at the same length, the production of LED chips may be in demand, in which more than one chip is chipped off with a single array from a blank in the form of an LED plate. In this case, all the electrical contacts and etched grooves between the individual LED chips are stored on the indicated array. Such an array of LED chips can be more easily centered in the housing of the LED emitter and can reduce the used space in the housing and reduce the assembly time of the LED emitter.
Светодиодные чипы в светодиодной матрице согласно настоящему изобретению могут иметь различные схемы расположения, некоторые из которых показаны на фиг.2.  The LED chips in the LED matrix according to the present invention may have various layouts, some of which are shown in FIG.
На схемах 10 и 15 представлены светодиодные матрицы из 6 и 9 светодиодных чипов соответственно, имеющих максимумы спектра излучения на одной длине волны, что, как указано выше, обеспечивает увеличение оптической мощности на этой длине волны. Указанные светодиодные матрицы образуют прямоугольные области из нескольких рядов в центральной части подложки в корпусе, причем расстояние между светодиодными чипами выбрано одинаковым.  Diagrams 10 and 15 show LED arrays of 6 and 9 LED chips, respectively, having emission spectrum maxima at one wavelength, which, as indicated above, provides an increase in optical power at this wavelength. These LED matrices form rectangular regions of several rows in the central part of the substrate in the housing, and the distance between the LED chips is the same.
На схеме 20 показана матрица из 10 светодиодных чипов, расположенных последовательно в линию и также имеющих максимумы спектра излучения на одной длине волны.  Figure 20 shows a matrix of 10 LED chips arranged in series in a line and also having maxima of the emission spectrum at the same wavelength.
Схемы 25 и 30 иллюстрируют конфигурацию светодиодных матриц из 4 и 12 светодиодных чипов, соответственно, имеющих максимумы спектра излучения на разных длинах волн и расположенных в виде образующих прямоугольные области нескольких рядов аналогично схемам 10 и 15. В схеме 25 два светодиодных чипа имеют максимумы спектра излучения на одной длине волны, а два других светодиодных чипа имеют максимумы спектра излучения на другой длине волны. Напротив, в схеме 30 все светодиодные чипы характеризуются максимумами спектра излучения на разных длинах волн.  Schemes 25 and 30 illustrate the configuration of LED arrays of 4 and 12 LED chips, respectively, having emission spectrum maxima at different wavelengths and arranged in the form of rectangular regions of several rows, similar to schemes 10 and 15. In circuit 25, two LED chips have emission spectrum maxima at one wavelength, and the other two LED chips have emission spectrum maxima at another wavelength. In contrast, in circuit 30, all LED chips are characterized by maxima of the emission spectrum at different wavelengths.
Схемы 35 и 40 изображают примеры расположения светодиодных чипов, согласно которым светодиодные чипы, в отличие от вышеописанных схем, не образуют прямоугольные области. Кроме того при таких схемах расположения светодиодные чипы могут быть на различном расстоянии друг от друга и иметь разную угловую ориентацию по отношению друг к другу. Следует отметить, что возможны любые варианты конфигурации и расположения светодиодных чипов относительно друг друга, а также любые необходимые сочетания светодиодных чипов с разными и/или одинаковыми максимумами спектра излучения. Circuits 35 and 40 depict examples of the arrangement of LED chips, according to which LED chips, in contrast to the above schemes, do not form rectangular areas. In addition, with such layouts, the LED chips can be at different distances from each other and have different angular orientations with respect to each other. It should be noted that any configuration options and arrangement of LED chips are possible relative to each other, as well as any necessary combinations of LED chips with different and / or identical maxima of the emission spectrum.
Настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами реализации, раскрытыми в описании в иллюстративных целях, и охватывает все возможные модификации и альтернативы, входящие в объем настоящего изобретения, определенный формулой изобретения.  The present invention is not limited to the specific embodiments disclosed in the description for illustrative purposes, and covers all possible modifications and alternatives that fall within the scope of the present invention defined by the claims.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Светодиодный излучатель средней инфракрасной области спектра 1600-5000 нм, содержащий корпус по меньшей мере с четырьмя светодиодными чипами на основе первых гетероструктур и/или на основе вторых гетероструктур, причем первые гетероструктуры имеют подложку, содержащую GaSb, расположенный над подложкой активный слой, содержащий твердый раствор GalnAsSb, расположенный над активным слоем ограничительный слой для локализации основных носителей, содержащий твердый раствор AIGaAsSb, расположенный над ограничительным слоем контактный слой, содержащий GaSb, и буферный слой, содержащий твердый раствор GalnAsSb, а вторые гетероструктуры, имеют подложку, содержащую InAs, барьерный слой, содержащий InSbP, и активный слой, содержащий InAsSb(P) и расположенный на барьерном слое или под ним, 1. A mid-infrared LED emitter of 1600-5000 nm, comprising a housing with at least four LED chips based on the first heterostructures and / or based on the second heterostructures, the first heterostructures having a substrate containing GaSb, an active layer located above the substrate, containing GalnAsSb solid solution, located above the active layer, a boundary layer for localization of the main carriers, containing AIGaAsSb solid solution, located above the restrictive layer, a contact layer containing GaSb, and the buffer layer containing the GalnAsSb solid solution, and the second heterostructures, have a substrate containing InAs, a barrier layer containing InSbP, and an active layer containing InAsSb (P) and located on or below the barrier layer,
причем указанные по меньшей мере четыре светодиодных чипа смонтированы непосредственно на одной общей подложке.  wherein said at least four LED chips are mounted directly on one common substrate.
2. Светодиодный излучатель по п.1 , в котором буферный слой первых гетероструктур расположен между подложкой и активным слоем и содержит индия меньше, чем активный слой. 2. The LED emitter according to claim 1, in which the buffer layer of the first heterostructures is located between the substrate and the active layer and contains less indium than the active layer.
3. Светодиодный излучатель по п.1 , в котором во вторых гетероструктурах барьерный слой InSbP расположен на подложке, а активный слой InAsSbP расположен на барьерном слое. 3. The LED emitter according to claim 1, wherein in the second heterostructures the InSbP barrier layer is located on the substrate, and the InAsSbP active layer is located on the barrier layer.
4. Светодиодный излучатель по п. 3, в котором каждый светодиодный чип на основе вторых гетероструктур содержит первый контакт, выполненный со стороны подложки, и второй контакт, выполненный со стороны активного слоя. 4. The LED emitter according to claim 3, wherein each LED chip based on the second heterostructures contains a first contact made on the substrate side and a second contact made on the active layer side.
5. Светодиодный излучатель по п.1 , в котором во вторых гетероструктурах активная область InAsSb расположена на подложке, а барьерный слой InSbP расположен на активной области. 5. The LED emitter according to claim 1, in which the InAsSb active region is located on the substrate in the second heterostructures, and the InSbP barrier layer is located on the active region.
6. Светодиодный излучатель по п. 5, в котором каждый светодиодный чип на основе вторых гетероструктур содержит первый контакт, выполненный со стороны барьерного слоя, и второй контакт, выполненный со стороны подложки. 6. The LED emitter according to claim 5, in which each LED chip based on the second heterostructures contains a first contact made on the side of the barrier layer and a second contact made on the side of the substrate.
7. Светодиодный излучатель по п. 3 или 5, в котором каждый светодиодный чип на основе вторых гетероструктур содержит по меньшей мере два контакта, выполненных со стороны светодиода, противоположной излучающей стороне светодиода. 7. The LED emitter according to claim 3 or 5, in which each LED chip based on the second heterostructures contains at least two contacts made on the side of the LED opposite the radiating side of the LED.
8. Светодиодный излучатель по п. 4 или 6, в котором первый контакт выполнен сплошным, а второй контакт выполнен с частичным покрытием поверхности светодиодного чипа. 8. The LED emitter according to claim 4 or 6, wherein the first contact is solid and the second contact is partially coated on the surface of the LED chip.
9. Светодиодный излучатель по п.1 , в котором каждый светодиодный чип на основе первых гетероструктур содержит первый контакт, выполненный со стороны активного слоя, и второй контакт, выполненный со стороны подложки. 9. The LED emitter according to claim 1, wherein each LED chip based on the first heterostructures contains a first contact made on the side of the active layer and a second contact made on the side of the substrate.
10. Светодиодный излучатель по п.1 , в котором каждый светодиодный чип на основе первых гетероструктур содержит первый контакт со стороны активного слоя, соединённый с контактным слоем, и второй контакт со стороны активного слоя, соединенный с подложкой. 10. The LED emitter according to claim 1, wherein each LED chip based on the first heterostructures comprises a first contact on the active layer side connected to the contact layer and a second contact on the active layer side connected to the substrate.
1 1. Светодиодный излучатель по п. 9 или 10, в котором первый контакт выполнен сплошным, а второй контакт выполнен с частичным покрытием поверхности светодиодного чипа. 1 1. The LED emitter according to claim 9 or 10, wherein the first contact is solid and the second contact is partially coated on the surface of the LED chip.
12. Светодиодный излучатель по любому из пп.1-1 1 , в котором светодиодные чипы имеют максимумы спектра излучения на одинаковой длине волны. 12. The LED emitter according to any one of claims 1 to 1, wherein the LED chips have emission spectrum maxima at the same wavelength.
13. Светодиодный излучатель по любому из пп.1-1 1 , в котором светодиодные чипы имеют максимумы спектра излучения на разной длине волны. 13. The LED emitter according to any one of claims 1 to 1, wherein the LED chips have emission spectrum maxima at different wavelengths.
14. Светодиодный излучатель по любому из пп.1-11 , в котором по меньшей мере два светодиодных чипа имеют максимумы спектра излучения на одинаковой длине волны, а по меньшей мере два светодиодных чипа имеют максимумы спектра излучения, отличные от указанной одинаковой длины волны. 14. The LED emitter according to any one of claims 1 to 11, in which at least two LED chips have maximums of the emission spectrum at the same wavelength, and at least two LED chips have maximums of the emission spectrum other than the same wavelength.
15. Светодиодный излучатель по любому из пп,1-11 , в котором по меньшей мере три светодиодных чипа имеют максимумы спектра излучения на одинаковой длине волны, а по меньшей мере один светодиодный чип имеет максимум спектра излучения, отличный от указанной одинаковой длины волны. 15. The LED emitter according to any one of claims 1 to 11, wherein at least three LED chips have emission spectrum maxima at the same wavelength, and at least one LED chip has an emission spectrum maximum different from said same wavelength.
PCT/RU2014/000979 2014-12-24 2014-12-24 Light-emitting diode emitter WO2016105229A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2014/000979 WO2016105229A1 (en) 2014-12-24 2014-12-24 Light-emitting diode emitter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2014/000979 WO2016105229A1 (en) 2014-12-24 2014-12-24 Light-emitting diode emitter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016105229A1 true WO2016105229A1 (en) 2016-06-30

Family

ID=56151102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000979 WO2016105229A1 (en) 2014-12-24 2014-12-24 Light-emitting diode emitter

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2016105229A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2133068C1 (en) * 1997-07-30 1999-07-10 Абрамов Владимир Семенович Light-emitting diode unit
RU73126U1 (en) * 2007-05-22 2008-05-10 Общество с ограниченной ответственностью "АИБИ" TWO-COLOR LED WITH INTEGRATED THERMAL REFRIGERATOR FOR THE MIDDLE INFRARED SPECTRUM
RU87544U1 (en) * 2008-09-24 2009-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "АИБИ" THREE-COLOR LED RADIATOR OF THE MIDDLE INFRARED AREA OF THE SPECTRUM FOR MEASURING THE WATER CONTENT IN OIL AND OTHER INHOMOGENEOUS LIQUIDS
EA018300B1 (en) * 2012-09-07 2013-06-28 Ооо "Лед Микросенсор Нт" A GaInAsSb-ALLOY BASED PHOTODIODE HETEROSTRUCTURE, A METHOD OF PRODUCTION THEREOF AND A LIGHT-EMITTING DIODE BASED ON THE STRUCTURE
EA018435B1 (en) * 2012-09-14 2013-07-30 Ооо "Лед Микросенсор Нт" Method for manufacturing heterostructures (embodiments) for mid-ir range, heterostructure (embodiments) and led and photodiode based on this heterostructure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2133068C1 (en) * 1997-07-30 1999-07-10 Абрамов Владимир Семенович Light-emitting diode unit
RU73126U1 (en) * 2007-05-22 2008-05-10 Общество с ограниченной ответственностью "АИБИ" TWO-COLOR LED WITH INTEGRATED THERMAL REFRIGERATOR FOR THE MIDDLE INFRARED SPECTRUM
RU87544U1 (en) * 2008-09-24 2009-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "АИБИ" THREE-COLOR LED RADIATOR OF THE MIDDLE INFRARED AREA OF THE SPECTRUM FOR MEASURING THE WATER CONTENT IN OIL AND OTHER INHOMOGENEOUS LIQUIDS
EA018300B1 (en) * 2012-09-07 2013-06-28 Ооо "Лед Микросенсор Нт" A GaInAsSb-ALLOY BASED PHOTODIODE HETEROSTRUCTURE, A METHOD OF PRODUCTION THEREOF AND A LIGHT-EMITTING DIODE BASED ON THE STRUCTURE
EA018435B1 (en) * 2012-09-14 2013-07-30 Ооо "Лед Микросенсор Нт" Method for manufacturing heterostructures (embodiments) for mid-ir range, heterostructure (embodiments) and led and photodiode based on this heterostructure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9392666B2 (en) Monolithic LED chip in an integrated control module with active circuitry
CN109478533B (en) Light Emitting Diode (LED) with monolithically integrated photodetector for in situ real-time intensity monitoring
KR101207796B1 (en) Semiconductor color-tunable broadband light source and full-color microdisplays
US20180206411A1 (en) Led flip chip plant grow light
US9867544B2 (en) Spectrometer including vertical stack structure and non-invasive biometric sensor including the spectrometer
US20090108269A1 (en) Illumination device having one or more lumiphors, and methods of fabricating same
US9603214B2 (en) Light emitting device (LED) array unit and LED module comprising the same
JP2009509326A (en) Variable color light emitting device and control method thereof
US20090134309A1 (en) Chip for analyzing a medium comprising an integrated organic light emitter
JP2000505915A (en) Image display device that emits polychromatic light
KR20150103100A (en) Systems and methods for a light emitting diode chip
JP6707142B2 (en) Light emitting module and display device including light emitting module
US8653484B2 (en) Detection of emission radiation of UV light emitting diode by structurally identical UV light receiving diode
TWI414054B (en) Light-emitting diode (led) module with light sensor configurations for optical feedback
US20190386189A1 (en) Semiconductor device
KR20190098199A (en) Light Emitting Diodes with Sensor Segment for Operational Feedback
KR20150142110A (en) Manufacturing method of light emitting device package
US11011675B2 (en) Semiconductor device and semiconductor device package including same
US11143692B2 (en) LED wafer, LED wafer detection device, and LED wafer detection method
WO2016105229A1 (en) Light-emitting diode emitter
EP2238384B1 (en) Semiconductor package with incorporated light or temperature sensors and time multiplexing
EA030952B1 (en) Light-emitting diode emitter
NL2015596B1 (en) System in Package (SiP) with an integrated In-situ 3D wafer level monitoring and control unit.
KR101823930B1 (en) Light Emitting Diode Package Array and Method of Manufacturing Light Emitting Diode Package
KR20170033933A (en) Method of manufacturing light source module

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14909170

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14909170

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1