gn="justify"> Малюнок 7 - світлодіоди на основі InGaN/GaN-гетероструктур блакитного кольору світіння
Дослідники фірми Nichia показали також, що кристали на основі GaN і його твердих розчинів підходять для отримання світлодіодів білого світіння. Був запропонований метод використання люмінофорів, що перетворюють довжину хвилі синього світіння кристала в жовто-зелене свічення. Як результат складання сигналів у вказаних діапазонах виходить білий колір світіння.
Отримані результати дали імпульс розвитку робіт у всьому світі. Перші світлодіодні структури на основі GaN досліджувалися різними групами вчених в різних інститутах, університетах і дослідницьких центрах США, в країнах Азії та Європи. Перші структури, незважаючи на вказаний досить високий квантовий вихід, містили велику кількість домішок і дефектів, що знижувало їх ефективність. У спектрах синіх світлодіодів при низьких значеннях прямого струму спостерігалася тунельна смуга під дією сильних електричних полів в активній області, обумовлених флуктуацией потенціалу та кулоновскими полями домішок. Аналогічні тунельні складові спостерігалися і на вольт-амперних характеристиках. При зворотній напрузі, рівному приблизно 3Eg, в структурах синіх світлодіодів спостерігався іонізаційний пробою і ударна іонізація, при яких також зазначалося світіння. У спектрах спостерігалася широка смуга в діапазоні енергії квантів 2,2-2,3 еВ, що відповідало «жовтої смузі» дефектів у GaN, пов'язаної з донорно-акцепторними парами та/або подвійними донорами.
Слідом за компанією Nichia технологію вирощування світлодіодних кристалів на підкладках із сапфіра (Al2O3) стали застосовувати і інші компанії. Розвиток йшло досить швидкими темпами. Поступово концентрації дефектів і дислокацій в структурах зменшувалися, тим самим поліпшувалося їх якість. На сьогодні багато компаній випускають світлодіодні кристали на основі гетероструктур GaN і його твердих розчинів, вирощених на підкладках Al2O3, синього кольору світіння, з ККД близько 40-45%.
Крім технології вирощування гетероструктур GaN і його твердих розчинів на підкладках Al2O3, існує альтернативна технологія вирощування даних структур на підкладках з карбіду кремнію (SiC). Компанія Cree, заснована в 1987 р як виробник напівпровідникових матеріалів на основі SiC, почала активні дослідження з розробки світловипромінювальних структур GaN і його твердих розчинів на SiC-підкладках на початку 90-х рр. минулого століття. З 2005 р дві компанії - Nichia і Cree - забезпечують більше 80% світового виробництва кристалів синього і зеленого випромінювань. При цьому Cree традиційно використовує технологію епітаксійного вирощування GaN на SiC-підкладках, а Nichia Corporation - на підкладках з Al2O3.
Технологія вирощування GaN на SiC має ряд принципових переваг перед технологією GaN на сапфірі. По-перше, SiC володіє на порядок більшою теплопровідністю (3,8 Вт/см · К у SiC проти 0,3 Вт/см · К у Al2O3). Це спрощує вирішення проблеми відведення тепла від активної області кристала (pn-переходу), що є ключовою для кристалів з струмами більше 100 мА. По-друге, кристалічна решітка 6H-SiC пропонує кращі, порівняно з сапфіром, спорідненістю з GaN, що принципово знижує концентрацію дефектів і дислокацій у структурі GaN і підвищує квантовий вихід кристалів [7]. По-третє, SiC, будучи напівпровідником, дозволяє розробляти на своїй основі кристали з вертикальним механізмом протікання струму, що призводить до зменшення опору структур і зниження величини робочої напруги і, як наслідок, зниженню споживаної потужності.
Для нового сімейства кристалів, розроблювального компанією Cree з 2004 р, вдалося добитися відмінних показників ефективності. Квантовий вихід кристалів малого розміру (приблизно 0,3? 0,3 мм) склав 55-75%, а у великих кристалів (1? 1 мм) типовий квантовий вихід дорівнює 40-55%. Крім того, за рахунок вертикального протікання струму і поліпшення контактної системи вдалося отримати пряме падіння напруги на кристалі при номінальному струмі на 20% нижче, ніж в інших виробників.
Нове сімейство кристалів має ряд принципових технологічних відмінностей, як, наприклад, підбурювання частини SiC-підкладки, товщиною до 0,035 мм, через маску з утворенням линзовой системи, яка забезпечує збирання світлового потоку з поверхні структури і формує стандартну криву сили світла, що спрощує нанесення люмінофора на кристал при виробництві СД білого кольору світіння. Застосування нової контактної системи дозволило збільшити площу поверхні випромінювання до 90%, а паралельне з'єднання перемичок контактів катода додатково вдвічі знизило втрати провідності при підвищених значеннях щільності.
. Потужні світлодіоди
У 2003 р компанією Lumileds, утвореної за кілька років до цього корпораціями Philips і Hewlett Pa...
