Особенности излучательной рекомбинации в p-n-гетероструктурах InGaN/AlGaN/GaN с множественными квантовыми ямами и светодиодах на их основе

• Автор: Бадгутдинов, Мансур Лябибович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с. : ил.

1. Введение

1.1. Актуальностьтемы

1.2. Основные цели работы

1.3. Научная новизна результатов, полученных в диссертации

1.4. Основные положения, выносимые на защиту

1.5. Научная и практическая ценность

1.6. Достоверность результатов

1.7. Апробация работы

1.8. Публикации

1.9. Структура и объем диссертации

2. Литературный обзор

2.1. Гетероструктуры АЮаШпСаШЗаЦ с квантовьми ямами
2.2. Технологии роста структур на основе СаИ (МОСПЭ)
2.3. Механизмы излучательной рекомбинации в гетроструктурах
2.4. Электроотражение гетероструктур с квантовьми ямами типа ІпСаН/АКШ/СаМ
2.5. Конструкции светодиодов
2.6. Белые светодиоды. Цветовые характеристики
3. Излучательная рекомбинация в Ца1Ч- гетероструктурах и модель двумерной комбинированной плотности состояний
3.1. Модель двумерной комбинированной плотности состояний с учетом флуктуаций потенциала
3.2. Эффективная ширина запрещенной зоны. Флуктуации потенциала и хвосты плотности состояний. Температура
4. Методика эксперимента
4.1. Экспериментальные установки
4.2. Зависимость спектров от температуры
4.3. Зависимость спектров от угла наблюдения
4.4. Экспериментальные методики, результаты которых использованы в диссертации
4.5. Исследованные образцы
5. Экспериментальные результаты
5.1. Светодиоды на основе гетероструктур, выращенных на БіС-подложках
5.2. Светодиоды на основе гетероструктур, выращенных на АІ2О3 подложках
5.3. Анализ экспериментальных результатов моделью двумерной комбинированной плотности состояний
5.4. Спектры электроотражения гетероструктур с квантовыми ямами типа
ЬОаЦ/АЮаМОаЦ
5.5. Цветовые характеристики белых светодиодов и светодиодных модулей
6. Обсуждение результатов
7. Выводы
8. Литература

1. Введение
1.1. Актуальность темы
Исследования и разработки светодиодов на основе гетероструктур нитрида галлия и его твердых растворов ведутся в последние годы интенсивными темпами [1,2]. Высокий интерес к светодиодам на основе ОаЫ обусловлен, главньм образом, перспективой их применения в качестве высокоэффективных, экологичных и долговечных источников освещения. В настоящее время синие светодиоды (СД) различных изготовителей достигли эффективности 63% [3], а светоотдача белых СД на их основе с люминофорным покрытием - 131 лм/Вт [4] и 150 лм/Вт [5], что превосходит эффективность не только ламп накаливания, но и люминесцентных ламп.
Однако эти рекордные значения эффективности достигнуты на приборах с кристаллами малых размеров (для увеличения вывода света), при малых яркостях (для минимизации потерь) или с низким качеством цветопередачи (повышенное содержание желтого и зеленого излучения, к которому глаз наиболее чувствителен) [6]. Кроме того, неизбежны потери при преобразовании синего излучения в белое с использованием люминофора- к примеру, светоотдача 150 лм/Вт, полученная с использованием синего светодиода с эффективностью 63%, соответствует конечной эффективности примерно в 40%. При этом, эффективность светодиода определяется произведением его внутреннего т] и внешнего т/с квантового выхода. Величина т/, имеет максимум в зависимости от тока. Ее падение при больших токах определяется инжекцией неосновных носителей за пределы активной области с квантовыми ямами [7, 8], неоднородностью растекания тока вблизи контактов [9] и увеличением температуры диода. Внешний квантовый выход излучения т/е, зависит от оптической конструкции - геометрии кристалла и контактов, показателя преломления и формы фокусирующей линзы. Сегодня нам недоступно
светодиодное освещение, которое будет одновременно недорогим, высокоэффективным и с высокой цветопередачей; эти ограничения препятствуют широкому распространению светодиодного освещения.
Современные мировые проблемы разработок светодиодов заключаются в одновременном увеличении мощности излучения единичного прибора, увеличении внутреннего и внешнего квантового выхода светодиода, увеличении тока при котором эффективность диода достигает максимума, увеличении эффективности люминофора и уменьшении стоимости готового прибора.
Разработки эффективных светодиодов активно и на высоком уровне ведутся в российских промышленных организациях (ЗАО “Светлана-Оптоэлектроника”, НПЦ ОЭП“Оптэл”, ЗАО “КаверЛайт” и др.). Так, материалы настоящей работы вошли в научно-технические отчеты по совместным договорам с фирмами ЗАО “Светлана-Оптоэлектроника” и “АСОЬ-ТесйпоЬдюз”, в работы по гранту Московского Комитета по Науке и Технологиям.
Актуальность темы обусловлена тем, что р-п-гетероструктуры 1пСаЫ/А1СаМ/СаЫ с множественными квантовыми ямами являются основой для разработок эффективных полупроводниковых светодиодов. Исследование особенностей механизмов рекомбинации в этих структурах позволяет найти пути повышения эффективности и мощности излучения светодиодов, представляющих большой интерес для различных практических применений, в частности, для общего освещения.
1.2. Основные цели работы
Важнейшей целью исследований гетероструктур типа 1пОаЫ/АЮаМ/ОаЫ с квантовыми ямами является научное обоснование разработок эффективных светодиодов в видимой области спектра как основы освещения будущего. В рамках этой общей

приведены максимальные значения I и /д, при 3 = 350 мА для светодиодов с разным содержанием люминофора. Значения /д достигают 40 лм/Вт.
Current, mA
Рис. 5.5. Зависимость светового потока и светоотдачи белого СД «теплого» свечения от тока.
Цветовые характеристики белых светодиодов
На рис. 5.6 приведена цветовая диаграмма Международного комитета по освещению 1931 г. На диаграмме отмечены точки, соответствующие координатам цветности (х, у) трех белых СД (см. таблицу 5.1). Значения координат цветности дают количественное определение восприятия данного спектра системой человеческого зрения. Видно, что в зависимости от количества нанесенного люминофора, координаты цветности (х,у) могут меняться в довольно широких пределах. Левая точка соответствует так называемому «холодному» источнику света, правая - «теплому». Центральная точка (0.31,32), для диода с умеренным содержанием люминофора, близка к центру диаграммы - (0.33,0.33) - стандартному источнику света на кривой Планка с Т = 6770 К.