Физические основы оптимизации нитридных полупроводниковых гетероструктур для их применения в высокоэффективных светодиодных устройствах

• Автор: Бугров, Владислав Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 309 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

В. 1. Актуальность темы диссертации

В.2. Цель и задачи диссертации

В.З. Научная новизна и практическая значимость работы

В.4. Апробация работы

В.5. Структура диссертации

В.6. Личный вклад автора диссертации

В.7. Основные положения, выносимые на защиту

ЧАСТЬ I. ОСНОВНЫЕ СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ И ТЕХНОЛОГИИ НИТРИДНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР 17 ГЛАВА 1. Постановка задачи и описание методов её решения
1.1. Краткий обзор научных проблем и путей их решения
1.2. Задачи, решаемые в диссертации
1.3. Используемые теоретические подходы и экспериментальные методики
1.3.1. Методы физического моделирования
1.3.2. Методы характеризации материалов и светодиодных структур
1.3.2.1. In situ рефлектометрия
1.3.2.2. Рентгеновская дифрактометрия
1.3.2.3. Люминесценция и масс-спектроскопия вторичных ионов
1.3.2.4. Атомно-силовая микроскопия
1.3.2.5. Фотометрия
1.3.3. Эпитаксиальный рост нитридов металлов 111 группы методом газофазной эпитаксии с использованием металлорганических соединений
ЧАСТЬ II. СВОЙСТВА GaN И МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ НИТРИДОВ МЕТАЛЛОВ III ГРУППЫ
ГЛАВА 2. Фундаментальные свойства GaN
2.1. Кристаллическая структура
2.2. Зонная структура-
2.3. Пьезоэффект в GaN гексагональной модификации
2.4. Оптические свойства нитридов металлов III группы
2.5. Физико-химические свойства GaN
2.6. Твердые растворы AlGaN и InGaN

ГЛАВА 3. Теория и модели нитридных структур и устройств на их основе
ЗЛ. Дислокации и механические напряжения в эпитаксиальных слоях нитридов металлов III группы
ЗЛЛ. Реакционно-кинетическая модель взаимодействия дислокаций в эпитаксиальных слоях
ЗЛ.2. Модель формирования внутренних полостей в эпитаксиальных слоях при росте на структурированных темплэйтах GaN/сапфир
ЗЛ.З. Модель распространения дислокаций в эпитаксиальных слоях GaN при росте на структурированных темплэйтах GaN/сапфир
ЗЛ.4. Моделирование напряженно-деформированного состояния в тонких структурированных гексагональными полостями пленках GaN на сапфировых подложках
ЗЛ.5. Моделирование напряженно-деформированного состояния в тонких структурированных колоннами пленках GaN на сапфировых подложках
ЗЛ.6. Модель уменьшения плотности проникающих дислокаций в пленках GaN вследствие их взаимодействия с полостями
3.2. Физические процессы в светодиодном чипе на основе нитридов металлов III группы
3.2.1. Моделирование и оптимизация растекания электрического тока, тепла и вывода света
3.2.2. Моделирование пробоя в светодиодных структурах, вызванного электростатическим разрядом, и технологические аспекты решения проблемы
3.3. Резонансное асимметричное туннелирование заряда в нитридных полупроводниковых гетероструктурах
3.4. Эффективность вывода света из светодиодного модуля «чип-на-плате»
3.4.1. Экспериментальное исследование вывода света
3.4.2. Моделирование вывода света
3.5. Отвод тепла в тонких слоях люминофора
3.6. Отвод тепла в осветительных системах со светодиодными модулями
3.6.1. Экспериментальное обоснование достоверности математической модели теплообмена в светодиодных лампах замещения
3.6.2. Исследования влияния геометрии радиатора на эффективность конвективного теплоотвода от ламп замещения с цоколем Е27
3.6.3. Подбор материалов для элементов пассивных систем охлаждения на основе результатов численного моделирования теплообмена с

учетом конвекции

ЧАСТЬ III. РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ СВОЙСТВАМИ СВЕТОДИОДНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ НИТРИДОВ МЕТАЛЛОВ III ГРУППЫ
ГЛАВА 4. Новый метод многостадийного роста эпитаксиальных слоев нитридов металлов III группы
4.1. Новый метод получения нуклеационного слоя ваИ с низкой плотностью зародышевых островков
4.2. Оптимизация метода многостадийного роста эпитаксиальных слоев ОаЫ
4.2.1. Регулирование плотности зародышевых островков на стадии низкотемпературного роста эпитаксиальных слоев Оа1Ч
4.2.2. Регулирование плотности зародышевых островков на стадии высокотемпературного заращивания эпитаксиального слоя ОаТЯ
4.3. Уменьшение плотности проникающих дислокаций в методе многостадийного роста эпитаксиальных слоев ваИ
4.4. Перенаправление и реакции проникающих дислокаций в методе многостадийного роста эпитаксиальных слоев ОаИ
4.5. Применение метода многостадийного роста для получения светодиодных структур на основе множественных квантовых ям 1пСаЫ/СаЫ
4.6. Метод многостадийного роста эпитаксиальных слоев АЮа1Ч ГЛАВА 5. Метод контролируемого введения полостей при возобновляемом росте эпитаксиальных слоев ваИ на гексагонально-структурированных темплэйтах
5.1. Получение гексагонально-структурированных темплэйтов ОаМ/сапфир
5.2. Рост эпитаксиальных слоев ОаЫ на гексагонально-структурированных темплэйтах ОаМ/сапфир: влияние условий роста и геометрических параметров темплэйтов
5.3. Распространение проникающих дислокаций в эпитаксиальных слоях ваЫ, выращенных на гексагонально-структурированных темплэйтах ваЛ/сапфир
ГЛАВА 6. Методы структурирования подложек сапфира, направленные на увеличение вывода света из нитридных светодиодных структур
6.1. Получение подложек сапфира с заданной топологией поверхности
6.2. Рост эпитаксиальных слоев ваЫ на подложках сапфира с заданной топологией поверхности
6.3. Светодиодные структуры на основе 1пОаТ4, выращенные с использованием сапфировых подложек с заданной топологией поверхности
Набор
детекторов
Фильтр
Широкополосный
фильтр
Генератор
Зеркало
Оптическое
волокно
Узкий пучок света
Решетка
USB RS-

Рисунок 1.12. Схема устройства спектрорадиометра HAAS 2000.
(а) (б)
Рисунок 1.13. Внешний вид основных элементов гониофотометра Еуегйпе С!С>-2000В: держатель светильника (а); приёмник излучения (б).