Аннотация

Данная работа посвящена исследованию электрофизических характеристик светодиодных чипов, и распределение этих характеристик по полупроводниковой пластине. В работе рассматривается конструкция и методы выращивания светодиодов. Описаны методики измерения характеристик наноструктур методами спектроскопии адмиттанса. С помощью данных методов получены результаты, из которых в последствии выведены электрофизических характеристик светодиодных чипов.

Оглавление

ВЫПУСКНАЯ 1

КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА 1

Сокращения 4

Сокращения

1. Светодиоды.

1. Светодиод. Назначение и свойства основных элементов светодиодов.

Светодиод — полупроводниковый источник некогерентного оптического излучения, принцип действия которого основан на явлении электролюминесценции при инжекции неосновных носителей заряда через гомо- или гетеро- p-n переход [1]. В настоящее время производятся

светодиоды видимого, ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов.

Рисунок 1.1 Основные элементы конструкции мощного светодиода.

Светодиод состоит из полупроводникового светоизлучающего чипа, корпуса, проволочных выводов, соединяющих электрически светодиодный чип и электрическую разводку корпуса, материала-фиксатора чипа в корпусе — клея или адгезива, или материала припоя в случае

использования flip-чипов, оптического полимера или компаунда. Конструкция мощных светодиодов (Рисунок 1.1) дополнительно содержит диод, защищающий светодиод от электростатического разряда.

2. Светодиодный чип.

Светодиодный чип является главным элементом светодиода

(он и является источником света). Чип создаются методом послойной выращивания (с помощью молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) определённой полупроводниковой гетероструктуры на выбранном материале подложки. Состав и физические свойства гетероструктуры определяют длину волны излучения светодиодного чипа. Основными материалами, из которых изготавливаются светодиодные чипы, являются соединения GaN, AlN, InN, GaAs, GaP и их твёрдые растворы [2].

В данной работе исследуются чипы на основе GaN выращенные на подожке из сапфира (GaN на сапфире) хотя также бывают чипы, выращенные на кремнии (GaN на Si) и на карбиде кремния (GaN на SiC).

На сапфировой подложке чаще всего выращиваются кристаллы промышленных светодиодов ближнего УФ, синего и сине-зеленого диапазонов.

Рисунок 1.2 Структура типичного светодиода на основе гетерострук-тур типа InGaN/AlGaN/GaN с множественными квантовыми ямами.

В первую очередь на подложке выращивается тонкий буферный слой AlN или GaN , а на нем растет уже эпитаксиальная пленка GaN.После буферного слоя AlN, выращивается относительно толстый (порядка нескольких микрон) слой n-GaN, легированный кремнием. Затем идет активный нелегированный слой, состоящий из чередующихся квантовых ям InxGa1-xN (толщиной порядка 3 нм) и барьеров GaN (4-20 нм). Эффективная ширина запрещенной зоны квантовых ям InxGa_1-xN соответствует излучению от голубой до желтой области (450-580нм). Расположенный выше барьерный широкозонный p-AlGaN:Mg (обычно 100 нм) инжектирует дырки и согласует решетку с решеткой верхнего слоя p-GaN: Mg (5 мкм), на который нанесен металлический контакт Ni-Au. Второй металлический контакт (Ti-Al) с нижним слоем n-GaNсоздается после стравливания части структуры [3, 4]. Отсюда видно что структура светодиода является сложной многослойной композицией.