WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. 10 06;07;12 Влияние длительной работы и температуры на спектры карбид-кремниевых светодиодов, работающих в режиме электрического пробоя © А.М. Генкин, В.К. Генкина, Л.П. Гермаш Национальный технический университет Украины ”Киевский политехнический институт” 252056 Киев, Украина (Поступило в Редакцию 13 апреля 1998 г.) Исследовано влияние длительной работы и температуры на спектральное распределение квантового выхода карбид-кремниевых светодиодов, работающих в режиме электрического пробоя. Обнаружен закономерный характер изменения спектра светодиодов в процессе их длительной работы. Выявлено значительное влияние самопоглощения и температурного сдвига полос на спектральное распределение температурного коэффициента излучения. Определены условия получения максимально стабильных светодиодов, которые возможно использовать в качестве образцовых излучателей для видимой области спектра.

Светодиоды на основе карбида кремния, работающие рых зависели от степени легирования, способа обрав режиме электрического пробоя (пробойные светоди- ботки поверхности исходных кристаллов, термовременоды), в максимальной степени соответствуют требова- ного режима сплавления, массы силуминовых дисков ниям к образцовым источникам оптического излучения, и других факторов. Выбирались структуры, в которых предназначенным для градуировки по чувствительности микроплазмы однородно заполняют всю площадь или спектральной аппаратуры. Их отличает широкий поло- локализуются внутри кольца, занимающего значительгий спектр, подобный спектру абсолютно черного тела ную часть площади p-n-перехода. Такие образцы попри температуре 6000–8000 К, высокая температурная и лучались путем тщательной отработки технологических временная стабильность интегральной мощности излу- режимов при условии искусственного внесения дефектов чения, стойкость к токовым перегрузкам и агрессивным в приповерхностный слой исходных пластин карбида воздействиям [1]. кремния. В оптимальном варианте напряжения включеОдними из основных параметров, значения которых ния микроплазм мало различались. На вольт-амперной определяют возможность использования пробойных све- характеристике появлению микроплазм соответствовал тодиодов в качестве образцовых источников, являются перегиб, предшествующий участку резкого возрастания температурная и временная нестабильность спектраль- тока. Высокая стабильность мощности излучения при по ного распределения квантового выхода излучения в пре- стоянном токе в процессе длительной работы обеспечиделах всего рабочего диапазона длин волн (250–800 nm). валась для таких образцов на участке ”резкого” пробоя, Однако предшествующие исследования нестабильности достаточно удаленном вверх по току от перегиба [2].

квантового выхода пробойных светодиодов [2,3] относят- Некоторые характеристики пробойных светодиодов, сося в основном к его интегральным величинам (по широ- держащих аналогичные структуры, приведены в [1].

кой спектральной области). Причем излучение выводи- При величине обратного импульсного тока через ислось через базовый кристалл карбида кремния, посколь- следуемые структуры, достигающей нескольких ампер, ку на характеристики приборов существенное влияние включалось максимальное количество микроплазм, яроказывало самопоглощение. кости которых выравнивались и в их расположении В настоящей работе исследовано влияние длительной проявлялась система: микроплазмы локализовались преработы и температуры на спектральное распределение имущественно по замкнутым отрезкам кривых линий, квантового выхода карбид-кремниевых светодиодов, ра- окружающих области, в которых наблюдалась максиботающих в режиме электрического пробоя, при выводе мальная яркость инжекционной электролюминесценции, излучения через тонкую p-область. возникающей при питании образца импульсами прямого P-n-структуры изготавливались путем сплавления тока с амплитудой, превышающей 0.5–1 A. Поэтому можсилуминовых дисков с промышленными кристаллами но предположить, что появление микроплазм связано SiC–6H, выращенными по методу Лели. Диаметр струк- с регулярными неоднородностям фронта легирования.

тур составлял 150-300 µm. Вплавление производилось Густота расположения микроплазм увеличивалась при в грани кристаллов, перпендикулярные кристаллогра- увеличении степени легирования исходных кристаллов.

фической оси C. Концентрация нескомпенсированных Некоторые из исследуемых p-n-структур располагадоноров в исходных кристаллах составляла величину лись по нескольку штук на одном кристалле на распорядка 1018 cm-3. стоянии приблизительно 0.5 mm друг от друга. Такие Пробой в исследуемых структурах локализовался в структуры обладали минимальным разбросом характемикроплазмах, расположение и характеристики кото- ристик, что позволяет связать неконтролируемые тех70 А.М. Генкин, В.К. Генкина, Л.П. Гермаш нологические факторы, оказывающие заметное влияние условиях, что и измеряемые. Их интенсивность излучена их характеристики, со свойствами исходных пластин ния была такая же. Для их включения применялись те SiC–6H и термовременным режимом сплавления. же системы питания и коммутации.

С целью использования фотонов, энергия которых Измерения в спектральном диапазоне 687–361 nm осупревышает ширину запрещенной зоны SiC, излучение ществлялись в режиме счета фотонов с помощью фотосветодиодов выводилось через тонкую p-область. При электронного умножителя ФЭУ-84. В ультрафиолетовой выводе излучения через толщу SiC такие фотоны пол- области использовался нечувствительный к видимому ностью поглощаются. Как показано в данной работе, излучению ФЭУ-142. Фотоэлектронные умножители температурная зависимость оптического поглощения в тщательно отбирались из большого количества экземэтом случае может значительно повлиять на стабиль- пляров различных партий по критериям максимально ность приборов.

стабильной регистрации слабых потоков излучения (инНаличие капли эмиттерного сплава позволяло осутенсивностью порядка 105-107 фотонов в секунду) в одществить путем термокомпрессионной сварки алюминоэлектронном режиме. Следует отметить, что ФЭУ-ниевой проволоки надежный, стабильный контакт к имел недостаточно высокое усиление умножительной сиp-области, способный в течение более 1000 h пропусстемы для эффективного использования его в одноэлеккать импульсные токи амплитудой, превышающей 10 A, тронном режиме. Однако удалось обнаружить экземпляр, без заметных проявлений деградации. Сопротивление значительно отличающийся от остальных, имеющий ветакого контакта не превышало единиц. При выводе ликолепные характеристики. Сигнал ФЭУ-142 регистриизлучения со стороны p-области контакт ”заслонял” ровался в интегральном свете (без светофильтров).

не более 20–30% излучающей площади p-n-перехода Как правило, в температурном интервале 300–400 K с однородным полем микроплазм и практически не зависимости спектральной плотности квантового выхода препятствовал выводу излучения образцов с кольцевой от температуры были линейными, что позволяет характетопографией излучения. Простая возможность получеризовать их величиной относительного температурного ния ”прозрачного” стабильного контакта к p-области коэффициента h, выражаемого в %/K.

представляется значительным преимуществом сплавной Для получения спектральной зависимости h(h) потехнологии изготовления p-n-перехода.

следовательно измерялись спектр образца при комнатИзмеряемые структуры размещались в теплоотводяной температуре T1 и при температуре T2, превышающей щих корпусах. Базовый контакт осуществлялся путем комнатную на 100 K. При этом контролировалось постовакуумного напыления Ti + Ni.

янство фоточувствительности регистрирующей системы.

Метод определения временной нестабильности кван Величина h определялась для каждой энергии фотона тового выхода состоял в измерении сигнала фотос шагом (h) =0.05 eV по формуле элетронного умножителя I при воздействии на него излучения измеряемого светодиода перед и после задан- h = 100%[I(T2) - I(T1)]/[I(T1)(T2 - T1)].

ных периодов наработки при неизменном их взаимном расположении и сравнении этого сигнала с сигналом Ie Для совместного анализа привлекались спектр образца Nh(h), выраженный в единицах количества излучаемых от эталонного излучателя. При этом определялась профотонов в единичном интервале энергий фотона, а также порциональная квантовому выходу величина относительспектральное распределение величины относительной ной интенсивности излучения измеряемого светодиода крутизны спектра (h) =(1/Nh) · Nh/(h).

=I/Ie. Величина относительного изменения квантоИзмерение спектров излучения осуществлялось в диавого выхода за период t работы светодиода определялась пазоне энергий фотона 1.8–3.8 eV с шагом 0.05 eV с по формуле =[(0) - (t)]/(0).

помощью монохроматора ЗМР-3. В качестве фотоВ качестве эталонных излучателей использовался наприемника использовался счетчик фотонов на основе бор пробойных светодиодов одного типа с измеряемыми, ФЭУ-79, тщательно отобранного для обеспечения макпрошедших предварительное остаривание, подвергаемых симально стабильной регистрации излучения. Измерявзаимной поверке в течение всего периода проведения емые образцы размещались в специальном держателе испытаний [4]. Эталонные светодиоды размещались непосредственно перед входной щелью монохроматора.

вместе с измеряемыми на общей съемной кассете перед узлом фотоэлектронного умножителя на расстоянии око- Держатель обеспечивал возможность регулирования и стабилизации температуры образца в пределах от комло 30 cm от фотокатода в массивном корпусе. В период натной до 400 K. Величины сигнала от измеряемого испытаний не изменялось расположение светодиодов на кассете. Ее конструкция позволяла осуществлять одно- образца в пределах всего спектрального диапазона в течение времени измерения двух спектров, соответствувременную наработку всех измеряемых светодиодов, а также контроль их характеристик. Для этого кассета пе- ющих комнатной и высокой температуре образца (около реставлялась с одного измерительного стенда на другой. 2h), воспроизводились с погрешностью, не превышаюИзлучение в узком спектральном интервале выделялось щей 0.1%.

с помощью интерференционных светофильтров, распо- Для измерений временной нестабильности отобрано лагаемых перед фотокатодом фотоэлектронного умно- 14 типичных p-n-структур, некоторые из которых (сожителя. Эталонные светодиоды использовались в тех же держащие в обозначении одинаковую начальную цифру) Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. Влияние длительной работы и температуры на спектры карбид-кремниевых светодиодов... располагались на одном кристалле. Из таких струк- для кассеты 1 оцениваем в 4%. Интересно отметить тур были изготовлены многоканательные светодиоды, случайный характер величины ()max, соответствующей содержащие в одном корпусе несколько излучающих контрольному образцу 26-2, полученной для различных p-n-переходов с независимым питанием. Светодиоды спектральных интервалов. (по-видимому, проявлялись располагались на двух кассетах. На каждой кассете ”пульсации” квантового выхода во времени). Существенприсутствовали по два эталонных излучателя, один из ное изменение вольт-амперной характеристики основкоторых принимался основным (по отношению к нему ного и контрольного эталонных светодиодов в период производилось нормирование сигналов остальных образ- испытаний не выявлено, что не позволяет, к сожалению, цов), другой служил контрольным. отдать предпочтение по стабильности какому-либо из Наработка светодиодов производилась круглосуточно них.

при токе 50 mA. Температура кассеты составляла около Как видно из табл. 1, в результате наработки кван350 K. Такой ”облегченный” по сравнению с [3] режим товый выход, как правило, возрастает. Максимальная питания представляется оптимальным для эксплуатации величина ()max, достигающая для одного из образцов приборов по соображениям умеренной величины рассе- 37%, наблюдается в ультрафиолетовой области спектра иваемой мощности. (интегральный свет с ФЭУ-142). В спектральном инИзмерение относительной интенсивности излучения тервале 361–687 nm получены значительно более низкие производилось в узких спектральных интервалах при значения ()max, которые не препятствуют использовеличине тока через светодиод, составляющей 50 mA, ванию приборов в качестве образцовых излучателей.

а также в интегральном свете при токах 3, 10, 50 mA Интегральный квантовый выход, соответствующий токам с использованием ФЭУ-84 (имеющего область спек- 3 и 10 mA, также был достаточно стабильным. Повышентральной чувствительности 300–740 nm) и 50 mA с ные отрицательные значения ()max при токе 3 mA для ФЭУ-142 (имеющим область спектральной чувствитель- образцов 19-2 и 19-4 согласуются с характером измености 112–365 nm при относительной спектральной чув- нения их вольт-амперной характеристики, аналогичным ствительности фотокатода на длине волны 365 nm, со- ранее описанному в [3]. Эти образцы отличаются более ставляющей, согласно заводскому паспорту на данный низкими значениями рабочего напряжения и соответэкземпляр, 0.4%). ственно более близким соседством перегиба на вольтДля всех образцов напряжение, соответствующее пе- амперной характеристике.

регибу на вольт-амперной характеристике, предшеству- Усредненная по всем образцам спектральная зависиющему участку резкого возрастания тока, составляло от мость величины ()max представлена на рис. 1. Кружоч17 до 21 V. Величина тока, соответствующая перегибу, ками обозначены средние, черточками максимальные и не превышала 1 mA. минимальные значения ()max. В график внесены также В табл. 1 представлены данные, характеризующие фор- данные о величине ()max в ультрафиолетовой области му вольт-амперной характеристики измеряемых образ- (интегральный свет с ФЭУ-142). Поскольку (учитывая цов на участке 3–50 mA, а также величина максимально- форму спектра излучения светодиодов и спектра фотого относительного изменения квантового выхода ()max чувствительности ФЭУ-142) основной вклад в величину за весь период наработки (5779 h для образцов, располо- сигнала вносят фотоны с длинами волн из небольшой женных на кассете 1, и 5965 h на кассете 2). области вблизи 300 nm, то соответствующей величине Как видно из таблицы, участок токов 3–50 mA со- ()max условно присвоена длина волны 300 nm.

Pages:     || 2 | 3 |



© 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.