WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |

Ib = 8I Ic (5) где I = bkT/e, — средняя проводимость p-облас(0.66 эВ) и ширину 0.06 эВ. Наличие фактически только ти, b — ее толщина, — показатель моно- ( = 1) длинноволновой полосы в случае припаивания свето- или бимолекулярности ( = 0.5) рекомбинационнодиодного кристалла к кристаллодержателю стороной с го процесса. При = 1, kT/e = 0.0256 B, b = 5мкм, эпитаксиальными слоями говорит о сильном поглоще- = 200 Ом-1 · см-1 получаем I = 2.5 мА. Согласно нии коротковолновой полосы в объеме подложки GaSb, формуле (5), при таких транспортных параметрах эпипричем это поглощение в основном квазимежзонное таксиального слоя сосредоточение тока под контактом на „хвостах“ разрешенных зон, образуемых неупоря- начинается при токе 64 мА, когда половина тока оказыдоченно расположенными двухзарядными акцепторами. вается под контактом. Это соответствует эксперименту.

Коэффициент поглощения для длинноволновой полосы При малых токах, I < 8I = 64 мА, когда растекание значительно меньше. Короткий оптический путь имеет более полное, формула (5) неприменима, и отношение только излучение, генерируемое вблизи боковых граней тока под контактом и вне его приблизительно равно кристалла, и доля его невелика. отношению площади контакта к непокрытой им площади Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Светодиоды на основе твердых растворов GaSb для средней инфракрасной области спектра... контактного слоя GaSb. В нашем случае это 3%. Явление сосредоточения излучения под омическим контактом делает нежелательным омический контакт малой площади к тонкой p-области.

Для изготовленных и исследованных светодиодов, смонтированных на кристаллодержателе ТО-18, был рассмотрен отвод тепла, который определяется тепловым сопротивлением кристалла и тепловым сопротивлением используемого кристаллодержателя.

Тепловое сопротивление кристалла в форме параллелепипеда при равномерном выделении тепла в излучающем слое и монтировании кристалла подложечной частью к кристаллодержателю выражается формулой H Рис. 31. Спектры излучения светодиода в виде параллеRT =, (6) лепипеда, припаянного подложечной частью к держателю S (рис. 28, c), при разных токах I, мА: 1 — 50, 2 — 100, 3 — 200, где H — высота параллелепипеда, S — его площадь, — 4 — 300.

теплопроводность. При H = 220 мкм, S = 0.0025 см2 и = 0.336 Вт/см · K получаем RT = 26 K/Bт. Сосредоточение рекомбинации под контактом увеличивает тепловое сопротивление в несколько раз.

Тепло выделяется в излучающем слое в основном за счет безызлучательной рекомбинации, и поэтому при ее преобладании тепловое сопротивление следует вычислять по формуле (6). При высоком внутреннем квантовом выходе излучения тепло выделяется в основном при поглощении излучения в объеме полупроводника. При равномерном поглощении излучения тепловое сопротивление будет в 2 раза меньше, чем дает формула (6), независимо от расположения излучающего слоя.

Это дает простор для выбора формы светодиодного кристалла.

Тепловое сопротивление используемого кристаллоРис. 32. Спектры излучения светодиода в виде паралледержателя (ТО-18, позолоченный, толщина слоя Au лепипеда, припаянного эпитаксиальной частью к держателю, 0.2мкм) определяется в основном никелевым сто(рис. 28, b) при различных токах I, мА: 1 — 50, 2 — 100, ликом толщиной = 0.02 см, диаметром D = 0.4см и 3 — 200, 4 — 300. 5 — 500, 6 — 800.

может быть выражено приблизительной формулой 1 D RH = ln, (7) 2 l где l — периметр кристалла, При l = 0.2см и теплопроводности никеля = 0.59 Вт/см · K получаем RH = 25 K/Вт, т. е. приблизительно такую же величину, какую дает формула (6) для полупроводникового кристалла. Теплопроводность тонкого золотого покрытия кристаллодержателя (0.2 мкм) можно не учитывать. Приведенная оценка показывает значительную роль теплового сопротивления кристаллодержателя в сдвиге длинноволновой полосы с ростом тока в светодиодных кристаллах и пирамидально-конусной, и старндартной параллелепипедной формы при больших токах (> 200 мА) (рис. 31–33). Длинноволновый сдвиг коротРис. 33. Спектры излучения светодиода с конусноковолновой полосы, происходящий и при малых токах, пирамидальной глубоко травленной подложечной частью объясняется сосредоточением излучения под контактом, (рис. 28, a) при различных токах I, мА: 1 — 40, 2 — 100, сопровождающимся соответствующим увеличением оп3 — 200, 4 — 275, 5 — 395.

тического пути излучения.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1304 Т.Н. Данилова, Б.Е. Журтанов, А.Н. Именков, Ю.П. Яковлев приблизила диаграмму направленности излучения к виду, характерному для шарообразной формы кристалла, что увеличивает выход излучения наружу.

Максимальный дифференциальный внешний квантовый выход излучения в светодиоде, имеющем наиболее простую геометрическую форму (рис. 28, c), составляет 0.78%. Это соответствует внутреннему квантовому выходу излучения 58%.

Светодиод с глубоко травленной подложечной частью при больших токах (I > 200 мА) имеет самый высокий квантовый выход излучения за счет лучшего теплоотвода, отсутствия сосредоточения тока под контактом и наличия дополнительных скругленных граней.

Продолжением работы по электрохимической огранке светодиодного кристалла стало получение развиРис. 34. Диаграммы направленности светодиода с конуснотой выпукло-пирамидальной поверхности светодиоднопирамидальной глубоко травленной подложечной частью (рис. 28, a) при токе 50 мА в двух плоскостях, перпендикуляр- го кристалла путем многоступенчатого электрохиминых плоскости p-n-перехода: 1 — плоскость измерения парал- ческого травления. Внутреннее отражение излучения лельна боковым граням светодиодного кристалла, 2 —плосот развитой поверхности под случайными углами сокость измерения содержит диагональ плоскости p-n-перехода.

здает многопроходность с переизлучением, приводя к трансформации коротковолновой полосы в длинноволновую без существенных потерь общего количества фотонов.

Глубокое травление подложечной части пластины Для экспериментов по электрохимической огранке с приданием светодиодному кристаллу пирамидальнополупроводниковых кристаллов была создана пластина конусной формы и монтирование его эпитаксиальной с эпитаксиальными слоями, подобная описанной в растороной к кристаллодержателю обеспечивает более боте [30]. Затем эта пластина разделялась на несколько эффективный выход излучения длинноволновой полосы, частей, из которых при помощи кантактной фотоличем стандартная конструкция, особенно при больших тографии изготавливались светодиоды с кристаллами токах.

различной конфигурации (рис. 35).

Для кристаллов с глубоко травленной подложечной Полупроводниковые светодиодные кристаллы типа I частью, припаянных контактным эпитаксиальным слоем (рис. 35) имели толщину 380 мкм. Со стороны эпитакк кристаллодержателю, (рис. 28, a) характерна слабая сиального слоя, т. е.на p-области, были сформированы зависимость интенсивности излучения от угла (рис. 34).

контакты диаметром 100 мкм путем последовательного С увеличением угла от 0 до 70-80 интенсивность напыления Cr, сплава Au + Ge, Au на установке ВУП-4.

излучения сначала увеличивается на 10–15%, а затем Со стороны подложки, т. е. на n-область, были напылены резко падает до 0 при 110, т. е. в интервале углов от Cr, Au + Te, Au. Далее контактные слои были вожжены -80 до +80 наблюдается практически плато, излучев течение 1 мин при температуре 250.

ние оказывается ненаправленным. Это можно объяснить Затем со стороны эпитаксиального слоя был сформиувеличением количества светопропускающих граней с рован рисунок в виде квадратов со стороной 480 мкм до 9 и тем, что 4 из них наклонены под углом 45 к и шагом 500 мкм для разделения структуры на отдельизлучающей области. Наклонные грани достаточно выные чипы. На следующем этапе в центре квадратов пуклые, что способствует увеличению вывода излучения были сформированы мезы диаметром 300 мкм и высотой через них и уменьшению направленности, а также и 10 мкм, в центре которых располагались ранее вожженмногопроходности. В случае стандартной конструкции ные контакты диаметром 100 мкм.

светодиода в форме параллелепипеда интенсивность Светодиодные приборы типа II (рис. 35) были изизлучения в центре диаграммы определяется только выходом его через лицевую грань, параллельную сто- готовлены таким образом, что точечные контакты, мезы и разделительные каналы формировались со сторолику кристаллодержателя. При углах = 0 добавляется ны n-области, т. е. со стороны подложки, а сплошной излучение через боковые грани. При сканировании в плоскостях, параллельных боковым граням, в суммиро- контактный слой был сформирован на эпитаксиальной p-стороне кристалла.

вании участвует одна боковая грань, а при сканировании по диагонали — две грани. Поэтому в диагональном Светодиодные чипы типов I и II имели обычную направлении интенсивность излучения больше. Анализ плоско-прямоугольную геометрию и отличались друг формы диаграмм направленности показал, что распре- от друга только выводом излучения. Из чипов типа I деление излучения через каждую грань является коси- излучение выходило в основном через эпитаксиальные нусным. Химическая огранка светодиодного кристалла слои, а из чипов типа II через подложку.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Светодиоды на основе твердых растворов GaSb для средней инфракрасной области спектра... проводимости фотолитографически расположили окна под омические контакты диаметром 100 мкм. Контакт к p-области сформированы на всей поверхности эпитаксиального p-слоя. Для выделения границ отдельных чипов был сформирован рисунок в виде квадратов со стороной 480 мкм и шагом 500 мкм на подложечной стороне полупроводникового кристалла, были вытравлены пограничные каналы на глубину 70 мкм электрохимическим методом в травителе на основе CrO3, при этом их ширина составила 160 мкм. На следующем этапе процесса фотолитографии в центре открытых квадратов был сформирован рисунок в виде кругов диаметром 300 мкм. Протравив его аналогично квадрату, получили фигуру высотой 140 мкм в форме пирамиды в основании и усеченного конуса у вершины с верхней площадкой диаметром 200 мкм.

В светодиодных приборах типа IV (рис. 35) c целью уменьшения оптического пути излучения подложечная часть структуры утоньшалась до 200 мкм. Уменьшение толщины проводили со стороны подложки шлифованием с последующей химической полировкой. Светодиоды изготавливались методом многоступенчатого глубокого травления.

Первый этап изготовления — формирование на подложечной стороне омических контактов диаметром 100 мкм.

На втором этапе фотолитографии, т. е. на стадии формирования рисунка на подложечной стороне светоизлучающей структуры, продолжительность травления каждого отдельно взятого рисунка была сокращена.

В результате получились менее глубокие, чем в случае светодиодов типа III, квадраты, круги и т. п.

Острые выступы, которые неизбежно получаются при таком многоступенчатом травлении (4 фотолитографические стадии), округлялись и сглаживались. Для этого на 5-й стадии, когда размер верхней площадки с омическим контактом составлял 200 мкм, фотолитографически была сделана меза диаметром 200 мкм. Все, что выступало за пределы круга диаметром 200 мкм, было протравлено электрохимически в течение 20 с.

В результате получалась фигура высотой 120 мкм в форме ступенчатой пирамиды со сглаженными ступенями (рис. 36).

Рис. 35. Четыре конструкции светодиодных кристаллов:

Все светодиодные кристаллы разделялись на отдельI — параллелепипед с припаянной к кристаллодержателю ные чипы методом скалывания. Чипы кристаллов типа I подложечной частью, II — параллелепипед с припаянной к кристаллодержателю эпитаксиальной частью, III — с конусно- подложечной стороной, а типов II, III, IV эпитаксиальпирамидальной подложечной частью, IV — в форме ступенча- ной стороной монтировались на светодиодный кристалтой пирамиды со сглаженными ступенями.

лодержатель ТО-18 с плоским столиком.

Измерялись спектры и диаграммы направленности излучения при различных импульсных токах амплитудой от 10 до 300 мА с частотой 512 Гц и скважностью 2.

Светодиодные приборы типа III с развитой поверхноИзмерения проводились при комнатной температуре и стью (рис. 35) были изготовлены из той же структуры, охлаждении светодиода бытовым вентилятором. Излучто светодиоды I и II путем многократной электрочение, прошедшее через дифракционный монохроматор химической огранки светодиодного кристалла. Огранка МДР-2, с помощью которого измерялись спектры, было проводилась при помощи контактной фотолитографии. прокалибровано в единицах мощности, приходящейся Со стороны химически очищенной подложки n-типа на единичный интервал длины волны. Для вычисления Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1306 Т.Н. Данилова, Б.Е. Журтанов, А.Н. Именков, Ю.П. Яковлев (рис. 28), но структуры выращивались на подложке, имеющей большую толщину. Светодиод типа I имеет спектр излучения (рис. 37, кривая 1), аналогичный спектру на рис. 29, снятому в направлении, перпендикулярном плоскости p-n-перехода, т. е. представляет собой дуплет с максимумами на длинах волн 1.76 и 1.9 мкм. В направлении, лежащем в плоскости p-n-перехода (рис. 37, кривая 2), в спектре излучения преобладает полоса, которая в дуплете является длинноволновой. Коротковолновая полоса почти не заметна. Интенсивность длинноволновой полосы в 2 раза меньше, чем в направлении, перпендикулярном плоскости p-n-перехода.

Светодиоды типов II, III и IV, в которых кристалл припаян к кристаллодержателю эпитаксиальной стороной, излучают практически одну полосу с параметрами, близкими к параметрам упомянутой длинноволновой полосы (рис. 38–40).

Рис. 36. Фотографии пластины с вытравленными светодиодными кристаллами в виде ступенчатой пирамиды со сглаженными ступенями: a — вид со стороны подложки, b — профиль, полученный скалыванием.

Рис. 38. Спектры излучения светодиодов типа II, измеренные в двух направлениях: перпендикулярном (1) и параллельном (2) плоскости p-n-перехода.

Рис. 37. Спектры излучения светодиодов типа I, измеренные в двух направлениях: перпендикулярном (1) и параллельном (2) плоскости p-n-перехода.

мощности излучения спектры измерялись в двух направлениях: перпендикулярном плоскости p-n-перехода и параллельном ей, но при этом перпендикулярном одной из граней кристалла. Мощность в параллельном направлении бралась удвоенной при вычислении всей мощности излучения, что точно соответствовало диаграмме направленности светодиодов типов I и II, имеющих форму параллелепипеда. Методика расчета сохранялась и для других светодиодов, так как в них основание имело форму параллелепипеда.

Рис. 39. Спектры излучения светодиодов типа III, измеренные Светодиоды типов I, II и III по своей конструкции в двух направлениях: перпендикулярном (1) и параллельаналогичны светодиодам, исследованным в работе [30] ном (2) плоскости p-n-перехода.

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.