Підвищення ефективності світлодіодних гетероструктур на основі нітриду галія
Показано, що через використання сапфірової підложки зі сформованими на ній елементами дифракційної оптики можливе підвищення світлового виходу світлодіодних гетероструктур до 75%.. Пропонується розширити спектр випромінювання гетероструктур до білого за рахунок використання при їх формуванні низькое...
Gespeichert in:
| Datum: | 2003 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2003
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6391 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Підвищення ефективності світлодіодних гетероструктур на основі нітриду галія / І.О. Яворський, В.Г Вербицький., В.І. Осінський // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2003. — № 2. — С.130-133. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859745639592624128 |
|---|---|
| author | Яворський, І.О. Вербицький, В.Г. Осінський, В.І. |
| author_facet | Яворський, І.О. Вербицький, В.Г. Осінський, В.І. |
| citation_txt | Підвищення ефективності світлодіодних гетероструктур на основі нітриду галія / І.О. Яворський, В.Г Вербицький., В.І. Осінський // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2003. — № 2. — С.130-133. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | Показано, що через використання сапфірової підложки зі сформованими на ній елементами дифракційної оптики можливе підвищення світлового виходу світлодіодних гетероструктур до 75%.. Пропонується розширити спектр випромінювання гетероструктур до білого за рахунок використання при їх формуванні низькоенергетичних іонів індію.
|
| first_indexed | 2025-12-01T21:13:31Z |
| format | Article |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2003, №2 130
Показано, що через використання
сапфірової підложки зі сформова-
ними на ній елементами диф-
ракційної оптики можливе під-
вищення світлового виходу сві-
тлодіодних гетероструктур до
75%.. Пропонується розширити
спектр випромінювання гетеро-
структур до білого за рахунок
використання при їх формуванні
низькоенергетичних іонів індію.
І.О. Яворський, В.Г. Вербиць-
кий, В.І. Осінський, 2003
ÓÄÊ 621.382
².Î. ßÂÎÐÑÜÊÈÉ, Â.Ã. ÂÅÐÁÈÖÜÊÈÉ,
Â.². ÎѲÍÑÜÊÈÉ
ϲÄÂÈÙÅÍÍß ÅÔÅÊÒÈÂÍÎÑÒ²
ѲÒËÎIJÎÄÍÈÕ ÃÅÒÅÐÎÑÒÐÓÊÒÓÐ
ÍÀ ÎÑÍβ ͲÒÐÈÄÓ ÃÀ˲ß
В світлодіоді при майже 100% перетворенні
електричної енергії в світлове випроміню-
вання назовні виводиться близько 30-40%
світлового потоку, а решта затримується за
рахунок повного внутрішнього відбиття та
оптичного поглинання в елементах конст-
рукції [1]. Тому проблема виводу випромі-
нювання і підвищення світлової ефектив-
ності є однією з основних при розробці світ-
лових діодів.
Вирішення зазначеної проблеми можливе
за рахунок формування світловипроміню-
ючих напівпровідникових гетероструктур на
підложках з високим оптичним відбиттям
[2], або високою прозорістю і низьким по-
казником заломлення, використання для ви-
воду випромінювання шарів фотонних крис-
талів, створених із багатокомпонентних твер-
дих розчинів змінного складу [3], а також
формування елементів дифракційної оптики
та оптимізації конструкції світлодіодів.
Як приклад розглянемо гетероструктуру
на основі нітриду галія [4], важливою особ-
ливістю якої є можливість створення на її
основі світлодіодів з білим спектром ви-
промінювання (рис. 1). Тут активний випро-
мінюючий прошарок площею 500х500 мкм2
розміщений на прозорій для білого спектра
сапфіровій (Al2O3) підложці з показником
заломлення no=1,78. Товщина підложки
400 мкм. Хід променів у такій конструкції
розраховується на основі відомих законо-
мірностей проходження світла через границю
двох середовищ. Так званий “конус виходу”
випромінювання [1], що характеризує світ-
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ СВІТЛОДІОДНИХ ГЕТЕРОСТРУКТУР …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2003, №2 131
лову ефективність, при низьких показниках заломлення більш коректно визна-
чається кутом Брюстера
0
1
n
arctg=ϕ , (1)
і становить близько 30о.
Необхідно врахувати, що в зазначеній конструкції більша частина ви-
промінювання буде виходити через бокові грані. Це справедливо для будь-якої
точки випромінюючої поверхні.
РИС. 1. Розповсюдження світла в мікрочіпах світлодіодів GaN/InGaN на сапфірових
підложках; φ = 300 ; траєкторії випромінювання для центральної
випромінюючої точки
Світлова ефективність конструкції з урахуванням ізотропності ви-
промінювання і відсутності його поглинання визначається виразом
−−= ϕπη
4
sin415,11 , (2)
що для 030=ϕ дає значення 6,0=η . З поправкою на коефіцієнт пропускання
( ) 2
00 14 −+= nnT [1], що становить 0,92, маємо величину 55,092,06,0 =⋅=η .
Таким чином, світлова ефективність у даному випадку не перевищує 55%.
З метою збільшення світлового виходу пропонується вдосконалити вищена-
ведену конструкцію шляхом нанесення на бокові та нижню сторони сапфірової
підложки полімерного прошарку (n1 = 1,5) зі сформованими на ньому дифрак-
ційними оптичними елементами (рис. 2). При цьому кут Брюстера на границі
GaN/InGaN
Al2O3
І.О. ЯВОРСЬКИЙ, В.Г. ВЕРБИЦЬКИЙ, В.І. ОСІНСЬКИЙ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2003, №2 132
сапфір-полімер складає 40,10
= 0
0
1 1,40
n
narctg , а кут повного внутрішнього
відбиття – 57,40
= 0
0
1 4,57arcsin
n
n
. Так як відсутній різкий перехід від прохо-
дження до відбиття світла (різниця в кутах складає 17,30), то конус виходу ви-
промінювання в даному випадку доцільно визначати кутом 045=ϕ . Оскільки
при цьому коефіцієнт пропускання Т = 0,99, то це означає, що в полімер перехо-
дить майже все випромінювання, що інжектується гетероструктурою в сапфіро-
ву підложку.
РИС. 2. Геометрія мікрочіпа світлодіода з полімерною мікролінзою з гратчастою стру-
ктурою поверхні; φ = 450; траєкторії випромінювання для центральної
випромінюючої точки; траєкторії випромінювання для довільної пери-
ферійної випромінюючої точки
У наведеній конструкції товщина сапфірової підложки залишається сталою
(400 мкм), а розміри випромінюючої гетероструктури дещо збільшуються
(800х800 мкм2). Полімерну оболонку доцільно формувати у вигляді напівсфери,
в яку вмонтовано світлодіодну структуру. Це дасть змогу використати техноло-
гію лиття або штамповки при виготовленні оболонки і розміщених у ній елемен-
тів дифракційної оптики.
Дифракційні елементи формуються в полімері у вигляді гратчастої структу-
ри з синусоїдальним або трикутним рел’єфом [5]. Маючи дифракційну ефектив-
ність ~ 75%, вони дозволяють виводити назовні випромінювання при ковзаючо-
GaN/InGaN Al2O3
Полімер
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ СВІТЛОДІОДНИХ ГЕТЕРОСТРУКТУР …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2003, №2 133
му (до 800) його падінні. Оскільки розсіяне у полімерну оболонку випроміню-
вання складає майже 100%, то це означає, що вихід світла, або ефективність сві-
тлодіода, загалом може зрости до 75%, що є на рівні сучасних світових досяг-
нень.
Підвищити ефективність і функціональні можливості світлодіодів на основі
нітриду галія можливо також шляхом вдосконалення технології отримання гете-
роструктур. Відомо, що такі світлодіоди випромінюють блакитне або зелене сві-
тло залежно від концентрації індію в твердому розчині InGaN. Просування в жо-
вту та червону частини спектра для одержання всієї гами кольорів стри-мується
поганою розчинністю InN у GaN для концентрації індію більше 12% при темпе-
ратурах до 1000 0С. Підвищення температури формування гетерошарів з вели-
кою концентрацією індію вимагає ускладнення технологічного устат-кування,
призводить до забруднення структур неконтрольованими домішками та великим
механічним напругам при охолодженні структур до кімнатних тем-ператур.
Більш технологічним є локальне введення іонів індію у кристалічну гратку
нітриду галію. При енергіях іонів ~ 100 еВ локальна температура досягає
80·103 0С [6]. У цьому випадку інтегральна температура росту гетероструктури
може знизитись до 200 – 300 0С, а розчинність буде повною зі створенням ста-
більних або метастабільних фаз у мікро- та нанообластях. При інжекції в дані
області електронів і дірок можливо одержати білий спектр випромінювання в
діапазоні довжин хвиль від 450 нм до 750 нм.
Берг А., Дин П. Светодиоды. – М.: Мир, 1979. – С. 550 – 563.
Schnitzer I., Yablonovitch E., Caneau C., Gmitter T.J. Ultrahigh spontaneous emission quan-tum
efficency, 99,7% internally and 72% externally, from AlGaAs/GaAs/AlGaAs double
heterostractures // Applied Physic Letters. – 1993. – 62, №2. – P. 131 – 133.
Осинский В.И., Привалов В.И., Тихоненко О.Я. Оптоелектронные структуры на много-
компонентных полупроводниках. – Минск: Наука и техника, 1981. – С. 208.
Shuji Nacamura et al. Candela-Class high brightness InGaN/AlGaN double-heterostracture blue
light emiting diodes // Applied Physic Letters. – 1994. – 64, №13. – Р. 1687 – 1689.
Савицкий Г.И., Герке Р.Р. Спектральные характеристики голограммных дифракционных ре-
шеток в режиме скользящего падения. – В кн.: Голографические оптические элементы и
системы. – Санкт-Петербург: Наука, 1994. – С. 76 – 81.
Verbitsky. Ion technologies in micro- and optoelectronics // Proceedings of SPIE “Optoelectronic
Information Technologies”. – N-Y.: – 2001. – Vol. 4425. – P. 384 – 390.
Одержано 01. 07. 2002
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-6391 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1817-9908 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-01T21:13:31Z |
| publishDate | 2003 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Яворський, І.О. Вербицький, В.Г. Осінський, В.І. 2010-03-02T10:14:12Z 2010-03-02T10:14:12Z 2003 Підвищення ефективності світлодіодних гетероструктур на основі нітриду галія / І.О. Яворський, В.Г Вербицький., В.І. Осінський // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2003. — № 2. — С.130-133. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6391 621.382 Показано, що через використання сапфірової підложки зі сформованими на ній елементами дифракційної оптики можливе підвищення світлового виходу світлодіодних гетероструктур до 75%.. Пропонується розширити спектр випромінювання гетероструктур до білого за рахунок використання при їх формуванні низькоенергетичних іонів індію. uk Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Підвищення ефективності світлодіодних гетероструктур на основі нітриду галія Article published earlier |
| spellingShingle | Підвищення ефективності світлодіодних гетероструктур на основі нітриду галія Яворський, І.О. Вербицький, В.Г. Осінський, В.І. |
| title | Підвищення ефективності світлодіодних гетероструктур на основі нітриду галія |
| title_full | Підвищення ефективності світлодіодних гетероструктур на основі нітриду галія |
| title_fullStr | Підвищення ефективності світлодіодних гетероструктур на основі нітриду галія |
| title_full_unstemmed | Підвищення ефективності світлодіодних гетероструктур на основі нітриду галія |
| title_short | Підвищення ефективності світлодіодних гетероструктур на основі нітриду галія |
| title_sort | підвищення ефективності світлодіодних гетероструктур на основі нітриду галія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6391 |
| work_keys_str_mv | AT âvorsʹkiiío pídviŝennâefektivnostísvítlodíodnihgeterostrukturnaosnovínítridugalíâ AT verbicʹkiivg pídviŝennâefektivnostísvítlodíodnihgeterostrukturnaosnovínítridugalíâ AT osínsʹkiiví pídviŝennâefektivnostísvítlodíodnihgeterostrukturnaosnovínítridugalíâ |