Аннотация
В данной работе приведен аналитический обзор публикаций по истории, развитию, областям применения, а также свойствах многокомпонентных наногетероструктур AlGaInN. Обобщены литературные данные по изучению деградации характеристик многокомпонентных наногетероструктур и приборов на их основе, а также факторов, влияющих на деградацию.
Проведено компьютерное моделирование в среде Sim Windows для исследования влияния типа проводимости и протекающего тока на основные характеристики многокомпонентных наногетероструктур и светоизлучающих диодов. По результатам исследования были построены вольт – амперные характеристики и зависимости квантового выхода от плотности тока.
Целью работы было изучить влияние строения многокомпонентных наногетероструктур AlGaInN на свойства синих светоизлучающих диодов на их основе.
Магистерская диссертация работа изложена на 86 страницах, содержит 25 рисунков, таблиц, список использованных источников из 80 наименований.
Содержание
Введение 7
1.1 История создания светоизлучающих диодов 9
1.2 Характеристики многокомпонентных наногетероструктур на основе AIIIBV 15
1.3 Светоизлучающие диоды на основе многокомпонентных наногетероструктур 18
1.4 Деградация светоизлучающих диодов 30
1.5 Области применения светоизлучающих диодов 35
1.6 Способы получения эпитаксиальных пленок нитридов металлов третьей группы 43
1.6.1 Молекулярно – лучевая эпитаксия 43
1.6.2 МОС–гидридная технология 46
1.7 Описание теоретических основ моделирования многокомпонентных наногетероструктур AlGaInN. 49
1.7.1 Физические модели, использующиеся в программном продукте Sim Windows. 55
2 Экспериментальная часть 58
2.1 Методика проведения компьютерного моделирования 58
2.2 Результаты компьютерного моделирования и их обсуждение 60
3 Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей природной среды 62
3.1 Идентификация опасных и вредных производственных факторов 63
3.2 Санитарно – технические требования 64
3.2.1 Планирование помещения 64
3.2.2 Выбор параметров микроклимата в лаборатории 65
3.2.3 Нормирование освещенности при использовании искусственных и естественных источников света 66
3.2.4 Параметры безопасности при устройстве и эксплуатации коммуникаций 68
3.3 Разработка мер защиты от опасных и вредных производственных факторов 68
3.4 Характеристика лаборатории по пожаровзрывоопасности и опасности поражения электрическим током 69
3.4.2 Эргономические требования к работе с ПЭВМ 74
3.4.3 Визуальные эргономические параметры ПЭВМ 74
3.4.4 Требования к ПЭВМ 75
3.4.5 Требования к организации режима работы с ПЭВМ 76
3.4.6 Профилактика мышечных расстройств 77
3.4.7 Экологическая оценка компьютера как объекта загрязнения окружающей среды 78
3.5 Выводы по безопасности жизнедеятельности и охране окружающей среды 80
Список использованных источников 82
Введение
Прогресс, достигнутый в разработках и производстве оптоэлектронных полупроводниковых приборов в настоящее время, в первую очередь связан с исполь зованием соединений и твердых растворов типа AIIIВVI. Представителями этого класса приборов являются светоизлучающие диоды (СИД).
За последнее десятилетие произошел прорыв в исследованиях и производстве нитридных многокомпонентных гетероструктур, а также приборов на их основе. Одно из наиболее значимых преимуществ этих материалов – широкий диапазон изменения ширины запрещенной зоны от 1,95 до 6,0 эВ в зависимости от состава твердого раствора. Именно поэтому у этих материалов существует значительный потенциал для использования их в коротковолновой, электролюминесцентной, высокотемпературной, высокомощной и высокочастотной электронике. Обширный диапазон изменения ширины запрещенной зоны, сильные связи взаимодействия и высокая теплопроводность GaN и его твердых растворов делают их особенно интересными для применения в оптоэлектронике.
Исследования начались в области СИД, только со второй половины ХХ века.
В 1963 г. Жорес Иванович Алферов выдвинул идею использования в излучателях гетеропереходов, а в 1970 г. он с соавторами предложил использовать четырехкомпонентные соединения для получения гетеропереходов [1]. Преимуществом этого является возможность изменять параметр решетки, оставляя постоянной ширину запрещенной зоны; изменять ширину запрещенной зоны, оставляя неизменным параметр решетки, или оба эти параметра изменять одновременно. В 1966 г. Ник Холоньяк представил метод эпитаксиального выращивания кристаллов. В 1969 г. Херберт Пол Маруска и Джеймс Тиджен впервые смогли вырастить монокри сталл GaN на сапфировой подложке методом гидридной газофазной эпитаксии.
Первые СИД синего цвета свечения со структурой металл–диэлектрик– полупроводник (МДП) были созданы Жаком Панковым с соавторами в 1971 г., хотя результаты экспериментов в области светоизлучающих диодов и открытие понятия «электролюминесценция» были опубликованы еще в начале прошлого века, нашим отечественным ученым, Олегом Владимировичем Лосевым, а также Хенри Раундом.
В 1977 году советскими учеными, В.П.Сушковым и В.С. Абрамовым с соавторами было сделано открытие возможности получения светоизлучающего диода белого цвета свечения. Однако сложности в получении бездефектных многокомпонентных наногетероструктур (МКНГ) p–типа проводимости не позволили наладить регулярные исследования. И только в 1985 г. Исаму Акасаки и Хироши Амано с соавторами смогли вырастить высококачественную бездефектную МКНГ GaN на сапфировой подложке с помощью технологии низкотемпературного буферного слоя, используя метод металоорганической газофазной эпитаксии. В 1989 году они продемонстрировали первый УФ ИД с p–n переходом, а в 1991 году вырастили AlGaN p–типа и InGaN в 1994 году. В 1992 году Суджи Накамура получил GaN p–типа с помощью высокотемпературного отжига [2].
Количество областей применения СИД очень быстро растет. Сегодня прогресс и усовершенствования в создании СИД , и их появления на основе МКНГ AlInGaN , позволили решить проблему низкого светового выхода, а также ограниченного диапазона цветов, что раньше препятствовало применению СИД в освещении. Яркость, квантовый выход и многообразие цветов свечения СИД достигли такого уровня, что возможно, это приведет к революции в освещении и в других областях применения СИД.
СИД используют и в полноцветных экранах, и в информационных табло, и в освещении и оборудовании автомобилей, опознавательных огнях, в системах связи на основе волоконно–оптических линий, а также в производстве экономичных осветительных устройств.
За последнее время светоотдача, испускаемая одним СИД, выросла до 200 лм/Вт, в сравнении с лампами накаливания 30 лм/Вт. Внутренний квантовый выход СИД белого цвета свечения увеличился с 10 до 65 %: за последнее десятилетие, что подтверждает эффективность СИД во всем его спектральном диапазоне.
Однако, остаются некоторые проблемы, коотрые требуют решения: увеличение эффективности и срока эксплуатации СИД, прогнозирование рабочих характеристик при длительном использовании или влияния различных внешних воздействий, именно поэтому учету и изучению влияния тока, температуры, и огромного количества других факторов придается большое значение. Не до конца остаются исследованы физические процессы, протекающие в таких структурах.
Для полного описания структуры InGaN/GaN с множественными квантовыми ямами (КЯ), ее особенностей и физических процессов протекающих в ней, необходимо провести целый ряд экспериментов. Также остаются нерешенными вопросы об увеличении эффективности и срока эксплуатации. Таким образом, актуальность темы не вызывает сомнений. Цель данной магистерской диссертации – провести аналитический обзор литературы и публикаций, а так же моделирование характеристик синих СИД с помощью программы Sim Windows и изучить влияние строения МКНГ AlGaInN на свойства СИД на их основе.
1 Аналитический обзор литературы