КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ, РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ, СПЕКТРОРАДИОМЕТРИЧЕСКИХ И ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРНЫХ ДИОДОВ И СВЕТОДИОДОВ В СПЕКТРАЛЬНОМ ДИАПАЗОНЕ ОТ 250 ДО 900 НМ

Information about principle of operation of the setup for measurement of the photometric, radiometric, spectral and spatial characteristics of radiation of laser diodes and LEDs in the spectral range from 250 to 900 nm constructed in the B.I. Stepanov Institute of Physics of NAS of Belarus and the results of its metrological certification are presented. New approaches to measure the averaged value of the luminance and spectral radiance LEDs and laser diodes, the spatial distribution of luminous intensity and power density of laser diodes radiation, the luminous intensity and radiant intensity LEDs and laser diodes. Представлена информация о принципе действия созданного комплекса для измерений фотометрических, радиометрических, спектрорадиометрических и пространственных характеристик твердотельных источников излучения в спектральной области от 250 до 900 нм и результатах его метрологической аттестации. Предложены новые подходы в измерении усредненного значения яркости и спектральной плотности энергетической яркости излучения светодиодов и лазерных диодов, пространственного распределения силы света и плотности мощности излучения лазерных диодов, силы света и энергетической силы излучения светодиодов и лазерных диодов.

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В МАТРИЦЕ InGaN СВЕТОДИОДОВ С ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТЬЮ МОЩНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ

The matrix consisting of 33 miniature LEDs of Rebel Z-series emitting in the blue-green region of the spectrum was created. The maximum emission power density of the matrix was ~ 18 W/cm2 at continuous injection current. A computer model describing the temperature distribution in the matrix of LEDs depending on the supplied electrical power was developed. The simulation results are consistent with the results of measurement of the matrix LEDs temperature by a thermal imager, as well as with the results of determination of the LED active region temperature by the optical method.Создана матрица, состоящая из 33 миниатюрных светодиодов Rebel Z-серии, излучающих в сине-зеленой области спектра. Максимальная плотность мощности излучения матрицы составила ~18 Вт/см2 при непрерывном токе инжекции. Выполнена компьютерная модель, описывающая распределение температуры в матрице светодиодов в зависимости от потребляемой электрической мощности. Результаты моделирования согласуются с результатами измерений температуры светодиодов матрицы при помощи тепловизора, а также определения температуры активной области светодиодов оптическим методом.

АММИАЧНАЯ МОЛЕКУЛЯРНО-ПУЧКОВАЯ ЭПИТАКСИЯ ГЕТЕРОСТРУКТУР AlGaN НА ПОДЛОЖКАХ САПФИРА

In order to develop a technology for the growth of Al(Ga)N-based heterostructures, the effect of different molecular beam epitaxy growth conditions on the properties of AlN and AlGaN layers was studied. The optimal conditions for the growth of AlN buffer layers were established, which made it possible to achieve a root mean square roughness as small as 0.7 nm. It was shown that an increase of AlN layer thickness leads to a decrease of density of edge dislocations, while no explicit dependence of the screw dislocation densityon the layer thickness was observed. The minimal obtained dislocations density values for 1.25μm-thick AlN layer were nedges = 5.9×109 cm-2 and nscrew = 2.2×107 cm-2 for edge and screw dislocations respectively. As a result of optimization of the AlGaN growth temperature, a series of 0.15μm-thick layers was grown, which showed stimulated emission at wavelengths λ = 330 nm, 323 nm, 303 nm, and 297 nm with threshold powerdensities of 0.7 MW/cm2, 1.1 MW/cm2, 1.4 MW/cm2 and 1.4 MW/cm2, respectively. The determined optimal epitaxy conditions for AlN and AlGaN layers were used to grow the AlGaN/GaN high electron mobility transistor structure on a sapphire substrate with two-dimensional electron gas, which had a mobility of 1950 cm2/(Vs) at a concentration of 1.15×1013 cm-2. The obtained results are important for creating of nitride-basedUV-emitting optoelectronic semiconductor devices, as well as high-power and high-frequency electronic devices.В работе с целью разработки технологии роста гетероструктур на основе Al(Ga)Nисследовалось влияние различных условий роста гетероструктур молекулярно-пучковой эпитаксией на свойства слоев AlN и AlGaN. Были установлены условия для роста буферных слоев AlN, которые позволили достигнуть среднеквадратичного значения величины шероховатостей 0,7 нм. Показано, что увеличение толщины слоя AlN приводит к уменьшению плотности краевых дислокаций, в то время как явной зависимости плотности винтовых дислокаций от толщины слоя не наблюдалось. Минимальные полученные значения плотности проникающих дислокаций для слоя AlN толщиной 1,25 мкм составили nкраев. = 5,9×109 см-2 и nвинт. = 2,2×107 см-2. В результате оптимизации температуры роста AlGaN была выращена серия слоев толщиной 0,15 мкм, показавших стимулированное излучение на длинах волн λ = 330 нм, 323 нм, 303 нм и 297 нм с пороговыми плотностями мощности 0,7 МВт/см2, 1,1 МВт/см2, 1,4 МВт/см2 и 1,4 МВт/см2 соответственно. Установленные условия эпитаксии слоев AlN и AlGaN на подложках сапфира были использованы для роста транзисторной структуры AlGaN/GaN на подложке сапфира с двумерным электронным газом, который имел подвижность 1950 см2/(Вс) при концентрации 1,15×1013 см-2. Полученные результаты важны для создания излучающих оптоэлектронных полупроводниковых приборов, работающих в УФ области спектра, а также приборов силовой и высокочастотной электроники на основе нитридов

ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА АКТИВИРОВАННОГО ТРЕХВАЛЕНТНЫМИ ИОНАМИ ПРАЗЕОДИМА ТИОГАЛЛАТА КАЛЬЦИЯ В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР 10–300 К

The photoluminescence (PL) of the chalcogenide semiconductor compound CaGa2S4:Pr3+ was studied in the temperature range 10–300 K under nanosecond pulsed laser excitation at 456 nm. The PL spectrum consists of a number of intense lines at 494, 631, 654 and 741 nm, formed by electronic transitions in praseodymium ions from 3P0 to 3H4, 3H6, 3F2 and 3F4 levels, respectively. It was found that the rise in the concentration of praseodymium ions in CaGa2S4:Pr3+ from 3 to 7 at. % resulted in a double increase of the PL intensity. Temperature quenching only by 50 and 75 % of the PL intensity of CaGa2S4:Pr3+ with 7 and 3 at. % Pr3+ ions concentration, respectively, was obtained in the range 10–300 K. It is shown that at 10 K the decay time constants of the most intense lines of the PL are between 3.9–4.8 μs. The decrease of the PL decay time constants by less than 0.1 μs with increasing the temperature up to 300 K and the appearance of a fast component with a duration constant of about 2.15–1.1 μs in the temperature range 220–300 K were obtained.Изучена фотолюминесценция (ФЛ) халькогенидного полупроводникового соединения CaGa2S4:Pr3+ в интервале температур 10–300 К при возбуждении лазерными импульсами наносекундной длительности на длине волны 456 нм. Спектр ФЛ состоит из серии интенсивных линий на 494, 631, 654 и 741 нм, обусловленных электронными переходами в ионах празеодима с уровня 3Р0 на 3H4, 3H6, 3F2 и 3F4 соответственно. Установлено, что повышение концентрации ионов празеодима в CaGa2S4 с 3 до 7 ат. % приводит к двукратному возрастанию интегральной интенсивности ФЛ. Температурное тушение ФЛ соединения CaGa2S4:Pr3+ в диапазоне 10–300 К составило всего лишь 50 и 75 % для 7 и 3 ат. % празеодима соответственно. Установлено, что при 10 К временные постоянные затухания наиболее интенсивных линий ФЛ находятся в интервале τe = 3,5–4,5 мкс с незначительной по вкладу быстрой компонентой длительностью около 1 мкс при 300 К. С повышением температуры от 10 до 300 К наблюдается сокращение времен затухания не более чем на 0,1 мкс и появление в кинетиках затухания ФЛ быстрой компоненты длительностью от 2,15 до 1,1 мкс в интервале от 220 до 300 К

SETUP FOR MEASUREMENT OF THE PHOTOMETRIC, RADIOMETRIC, SPECTRAL AND SPATIAL CHARACTERISTICS OF RADIATION OF LASER DIODES AND LEDS IN THE SPECTRAL RANGE FROM 250 TO 900 NM

Information about principle of operation of the setup for measurement of the photometric, radiometric, spectral and spatial characteristics of radiation of laser diodes and LEDs in the spectral range from 250 to 900 nm constructed in the B.I. Stepanov Institute of Physics of NAS of Belarus and the results of its metrological certification are presented. New approaches to measure the averaged value of the luminance and spectral radiance LEDs and laser diodes, the spatial distribution of luminous intensity and power density of laser diodes radiation, the luminous intensity and radiant intensity LEDs and laser diodes

AMMONIA MOLECULAR BEAM EPITAXY OF AlGaN HETEROSTRUCTURES ON SAPPHIRE SUBSTRATES

In order to develop a technology for the growth of Al(Ga)N-based heterostructures, the effect of different molecular beam epitaxy growth conditions on the properties of AlN and AlGaN layers was studied. The optimal conditions for the growth of AlN buffer layers were established, which made it possible to achieve a root mean square roughness as small as 0.7 nm. It was shown that an increase of AlN layer thickness leads to a decrease of density of edge dislocations, while no explicit dependence of the screw dislocation densityon the layer thickness was observed. The minimal obtained dislocations density values for 1.25μm-thick AlN layer were nedges = 5.9×109 cm-2 and nscrew = 2.2×107 cm-2 for edge and screw dislocations respectively. As a result of optimization of the AlGaN growth temperature, a series of 0.15μm-thick layers was grown, which showed stimulated emission at wavelengths λ = 330 nm, 323 nm, 303 nm, and 297 nm with threshold powerdensities of 0.7 MW/cm2, 1.1 MW/cm2, 1.4 MW/cm2 and 1.4 MW/cm2, respectively. The determined optimal epitaxy conditions for AlN and AlGaN layers were used to grow the AlGaN/GaN high electron mobility transistor structure on a sapphire substrate with two-dimensional electron gas, which had a mobility of 1950 cm2/(Vs) at a concentration of 1.15×1013 cm-2. The obtained results are important for creating of nitride-basedUV-emitting optoelectronic semiconductor devices, as well as high-power and high-frequency electronic devices