Предпросмотр: Деградация светодиодов на основе

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Перейти на страницу с полной версией»
Деградация светодиодов на основе
гетероструктур нитрида галлия и его
твёрдых растворов
А.Г. ПОЛИЩУК, А.Н. ТУРКИН 1
Компания «ПРОСОФТ», МГУ им. М.В. Ломоносова
Полупроводниковые структуры на
основе нитридов элементов III группы (GaN, AlN, InN, а также соединения типа AlGaN и InGaN) являются перспективными оптоэлектронными материалами с широким спектром
практических применений: активные
среды лазерных диодов, транзисторы, голубые, зелёные и белые (люминофорные) светодиоды (СД) и др.
О светодиодах на основе GaN
гетероструктур
На сегодня развитие полупроводниковых оптоэлектронных устройств на основе гетероструктур
нитрида галлия и его твёрдых растворов идёт очень высокими темпами. Рекордсменами здесь являются
разработки полупроводниковых ИС
на основе данных гетероструктур –
указанных выше СД.
Темпы роста показателей этих
СД – просто фантастические, и опережают все оценки начала 2000 гг.
В 2005 г. был достигнут уровень
световой отдачи 47 лм/Вт при средней цене 0,15 $/лм, а уже в 2007 г. –
110 лм/Вт при средней цене 0,03 $/лм.
(Самые смелые оценки не предполагали подобных темпов роста, и достижение таких значений не предсказывалось даже к 2010 г.).
Достигнутый уровень энергоэффективности СД, а также широкий
спектр оттенков белого цвета (Тц =
2600–10 000 К), позволяют использовать их во всех традиционных областях применения, таких как световая сигнализация, внутреннее, наружное и архитектурное освещение.
А такие свойства СД как большой
срок службы, высокая стабильность
светотехнических
характеристик
и низкое энергопотребление делают
их исключительно перспективными
для решения актуальной проблемы
энергосбережения.
1
E-mail: turkin@xlight.ru
Актуальность темы
исследования деградации GaN
гетероструктур
Важной особенностью СД служит
то, что они через 50–100 тыс. ч не выходят из строя, в отличие от традиционных ламп. Наблюдается лишь монотонное снижение их светового потока во времени. При этом вопрос
оценки этого снижения, т. е. деградации СД, приобретает в таком случае
особую актуальность.
Стоит подчеркнуть, что в последние годы многие исследовательские
группы серьёзно занялись вопросами деградации светодиодных гетероструктур на основе GaN и его твёрдых
растворов. Об этом свидетельствует целый ряд докладов, посвящённых данной проблеме, представленный на 6-й Всероссийской конференции «Нитриды галлия, индия и алюминия: структуры и приборы» [1].
Вообще, вопрос надёжности приборов – важнейший для оптоэлектроники. И одно из основных мест в нём
занимает деградация излучающих
структур и их предельные характеристики. Отдельно для белых СД важен
вопрос деградации слоя люминофора, т. е. компаунда «гель-люминофор»
и системы «кристалл-компаунд». Это
и определяет необходимость трёх
следующих направлений работ:
1. Определение предельных характеристик приборов.
2. Изучение деградации светодиодных структур.
3. Изучение деградации люминофора в белых СД.
Определение предельных характеристик СД на основе широкозонных полупроводников типа нитрида галлия и механизмов деградации
полупроводниковых структур предполагает проведение следующих
исследований:
– изучение механизмов и закономерностей процессов деградации полупроводниковых гетероструктур на
44
основе нитрида галлия при протекании постоянного тока и в импульсном режиме;
– изучение деградации СД на основе InGaN гетероструктур при повышенных токах в стационарном и импульсном режимах;
– изучение деградации СД на основе InGaN гетероструктур при повышенных температурах;
– исследование процессов деградации полупроводниковых гетероструктур при температурах, близких
к критической рабочей температуре
p-n-перехода.
Цель этих работ состоит в нахождении механизмов и закономерностей процессов деградации полупроводниковых гетероструктур на основе нитрида галлия в стационарном
и импульсном режимах.
Исследования, результаты которых
приводятся и обсуждаются в настоящей статье, проводились на кристаллах на основе InGaN/GaN гетеростуктур с квантовыми ямами при работе
в стационарном режиме и повышенных значениях окружающей температуры и плотности тока.
История работ по деградации
гетероструктур на основе GaN
Вопросам деградации полупроводниковых светодиодных структур на
основе нитрида галлия в России стали
уделять внимание практически сразу
после появления сверхъярких СД на
их основе (во второй половине 1990-х
гг.) Одними из первых были совместные работы исследователей из МГУ
им. М.В.Ломоносова и МИСиС [2].
Ими были исследованы изменения
спектров люминесценции и электрических свойств СД на основе гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN в процессе длительной работы, предложены модели, объясняющие две стадии
старения этих структур [2, 3]. Также
было предположено, что причиной
жёлтой полосы в спектрах люминесценции нитрида галлия могут являться дивакансии азота [3] и что с этим
связано, в частности, увеличение относительной интенсивности этой полосы при длительной наработке в зелёных СД на основе нитрида галлия.
С развитием разработок и исследований СД в нашей стране проблемой их деградации занялись и другие
группы исследователей. В 2006 г. исследователи из ФТИ им. А.Ф. Иоф«СВЕТОТЕХНИКА», 2008, № 5
Перейти на страницу с полной версией»