ницу раздела между полупроводником и просветляющим покрытием составляет

(5.1)

где Пт , Пт , Пт - соответственно коэффициенты преломления полупроводника, промежуточной среды (в качестве которой может использоваться компаунд) и воздуха. Анализ выражения (5.1) показывает, что при использовании промежуточной оптической среды с Пг = 1,84 можно добиться дополнительного (до 18,5%) увеличения коэффициента пропускания [103].

В том случае, когда генерируемое излучение слабо поглощается в объеме кристалла, появляется возможность за счет оптимизации топологии контактов добиться дополнительного увеличения коэффициента вывода за счет эффекта многопроходности люминесценции [58, 104]. В соответствии с данными работы [104] возрастание коэффициента вывода определяется в этом случае коэффициентом

I - AV \ 1-Ь Р„-Ьа

(5.2)

где / - доля поверхности кристалла, прозрачной для света; - вероятность поглощения на контакте прн однократном прохождении; а - средний объемный коэффициент поглощения в кристалле; F и Л - объем и площадь поверхности кристалла. Из анализа выражения (5.2) видно, что при прочих одинаковых условиях Кпр возрастает прн уменьшении а (что реализуется по мере удаления длины волны люминесценции в длинноволновую сторону от края фундаментальной полосы поглощения), уменьшении VjA (длины оптического пути прн однократном прохождении) и увеличении доли пове1рхности, не замятой контактами.

Оптимизация кристалла с точки зрения эффекта многопроходности в первую очередь необходима при использовании структур с оптически прозрачными подложками, например, структур GaP, легированного N или примесями Zn и О, а также структур GaAsi-xPnc: N на подложках GaP, где поглощение в объеме материала и диапазоне от желто-зеленой до красной области спектра составляет 5... Ю см.

Оптимальная топология контактов выбирается исходя из учета двух противоположных факторов: с одной стороны, желательно уменьшение площади контактов, непрозрачных для генерируемого излучения; с другой стороны, минимальная площадь контактов определяется необходимостью обеспечения малого контактного сопротивления и хорошего растекания тока, уменьшения теплового сопротивления прибора, согласования по размерам со сборочным инструментом. Компромисс между указанными противоположными факторами достигается при использовании отражающего тыльного контакта и распределенного верхнего контакта (как правило, крестообразной формы). При формировании нижнего отражающего контакта принципиальным является нанесение металлической ком-112

позиции в топологически определенные области, занимающие не более 10... 15% тыльной поверхности кристалла.

Как показывают данные работы [105], использование тыльного отражающего контакта в кристаллах на основе GaP позволяет увеличить коэффициент вывода .излучения в желто-зеленой (Я= = 560 нм) и красной (Я=700 нм) областях спектра соответственно в 1,4... 2,1 и 1,7 ...2,8 раза.

Вопросы влияния конкретной модификации корпуса на формирование диаграммы направленности СИД детально рассмотрены в монографии [103].

Следует остановиться подробнее лишь на одном аспекте, имеющем общее значение как для дискретных СИД, так и монолитных индикаторов, а именно на оптимизации конструкции с использованием иммерсионных корпусных линз. По-видимому, наиболее жесткие требования по конструированию приборов с корпусными линзами накладываются именно в случае монолитных индикаторов. Это обусловлено тем, что в отличие от дискретных СИД, где использование линзы, в основном, позволяет только сформировать диаграмму направленности прибора, в многоэлементных индикаторах оптическая система должна приводить к увеличению линейных размеров изображения и к сохранению его четкости, а также обеспечивать неизменную конфигурацию. Накладываются жесткие требования на стигматическое формирование изображения, т. е. оптическая система должна быть близкой к идеальной.

Испсльзование основных положений геометрической оптики позволяет в случае иммерсионной линзы сферической формы с радиусом кривизны г установить связь между положением светящейся точки и ее изображением О [102]:

S S г +"•2 rs

COS [(а -f е)/2] - cos [(о -f е)/2] cos [(аЧ-е)/2]

<смысл обозначений приведен на рис. 5.5).

где Л =

(5.3)

Рис. 5.5. Преломление действительного луча сферической поверхностью: гА - положения светящегося объекта и его изображения, удаленные от границы Сферической поверхности соответственно на расстояния s и s; а, а - соответственно углы гглы "Дющим и преломленным лучами и оптической осью; е и е - соответственно у лы между падающим и преломленным лучами и нормалью к сферической поверхности в точке преломления y v i

Система со сферической преломляющей поверхностью является анаберра-ционной в трех парах сопряженных (апланатических) точек. В плоскостях, проведенных через эти точки, линейное увеличение р постоянно. Очевидно, что положение этих точек определяется из условия инвариантности А в формуле (5.3). Каждой паре сопряженных точек соответствует определенное расположение объекта и его изображения. В первом случае объект и изображение располагаются на границе сферической поверхности, при этом Р=1. Во втором случае объект и изображение располагаются в центре сферы, при этом р=. - Пт \Пт . В третьем случае, представляющем наибольший практический интерес, расстояния, определяющие положение объекта и изображения, даются соотношениями

S = - , s = - .

при этом достигается линейное увеличение изображения р=(Пг/Пг).

Выражение для коэффициента увеличения в явном виде для произвольного расположения объекта относительно сферической поверхности может быть получено в приближении параксиальных лучей. Предполагается, что углы, фигурирующие в выражении для А, малы, так что sin о» о, coos а» 1; прн этом Л==0. Из условия (5.3) находим

*тг «Г2 «7 3 -

S S т

При этом с учетом t=s, t=s для коэффициента линейного увеличения окончательно находим

(5.4>

Из соотношения (5.4) следует, что линейное увеличение возрастает при увеличении коэффициента преломления используемого материала иммерсионной линзы.

ОПТИМИЗАЦИЯ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ СТРУКТУР ДЛЯ ПРИБОРОВ С МАЛЫМИ ТОПОЛОГИЧЕСКИМИ РАЗМЕРАМИ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

В широких пределах изменения прямого тока зависимости внешнего квантового выхода т]внеш и силы света /„ элемента индикатора линейны. При этом основной вклад в ток дают точки над-барьерной инжекции электронов и дырок. С уменьшением прямого напряжения увеличивается вклад токовых компонент, соответствующих зависимости ехр (еУ/гйГ). Присутствие этой компоненты приводит к суперлинейной зависимости т)внеш и /„ от тока и к потере работоспособности индикатора при малых плотностях тока.

В работе [106] было обнаружено, что относительный вклад в полный ток светоизлучающих элементов на основе системы GaAsi 3cPa; зависит от отношения периметра р-п перехода / к его площади А. Подобная зависимость может иметь место только в 114