Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/Siemens/A19841008Elc028.shtml

Голубой светодиод из карбида кремния

Несмотря на годы исследований и разработок в Европе и Японии, светодиод с голубым излучением никак не удавался, и многочисленные попытки его создания редко выходили за пределы опытных образцов. Кроме некоторых сугубо физических проблем организовать серийное производство голубых светодиодов мешали трудности обработки полупроводниковых материалов с большой шириной запрещенной зоны, необходимой для излучения в голубой области спектра. Обработка таких материалов обходилась довольно дорого, а выход годных был ниже требуемого уровня.

Однако теперь, после десяти лет проб и ошибок (см. ниже «Долгие поиски ускользающего голубого свечения»), западногерманская фирма Siemens AG полагает, что ей удалось решить все технологические проблемы. Эта фирма объявила, что приступит к серийному производству голубых светодиодов в начале 1985г., дополнив ими свои серии красных, оранжевых, желтых и зеленых светодиодов.

Специалисты этой фирмы по маркетингу рассчитывают на достаточно широкое применение новых светодиодов, несмотря на то что они более чем в сто раз дороже светодиодов других цветов. Фирма предполагает продавать их по цене от 16 до 30 долл. за штуку в зависимости от размера заказа.

По словам Гельмута Киндла, управляющего маркетингом оптоэлектронных компонентов, существуют, однако, «профессиональные применения, когда цена не является решающим фактором». Он указал, в частности, на такие применения, как источники света в медицинской аппаратуре (для обследования глаз), спектроскопия, калибровочные источники света в фотографии и телекамерах, а также дымовые пожарные извещатели.

Основным материалом для нового изделия фирмы Siemens является карбид кремния, материал, который, по словам Клауса Вейриха, возглавляющего прикладные исследования материалов в центральных исследовательских лабораториях фирмы, «оказался самым лучшим для голубых светодиодов». В нем легко получить pn-переходы. Кроме того, карбид кремния химически инертен и стабилен, имеет большую электрическую прочность и может использоваться в условиях высокой температуры.

Недостатки. При всех своих преимуществах карбид кремния имеет, однако, и некоторые недостатки. Высокая химическая стабильность, например, требует проводить технологические процессы при значительно более высоких температурах, чем в случае кремния. Кроме того, поскольку карбид кремния нельзя плавить при сколько-нибудь приемлемых давлениях, из него трудно изготовить подложки большой площади, необходимые для экономичного производства изделий.

Однако, сочетая оптимизированный процесс сублимационного выращивания с контролируемой конденсацией карбида кремния на затравочной подложке, исследователю фирмы Siemens Гюнтеру Циглеру удалось получить слитки карбида кремния достаточно больших размеров для того, чтобы из них можно было делать подложки. Из таких слитков диаметром около 15 и длиной 20 мм нарезаются пластинки.

Опытные образцы голубых светодиодов, выпущенные фирмой Siemens, имеют типичную светоотдачу 10-2 лм/Вт. Светоотдача изготовленных в лаборатории диодов была в четыре раза больше. Это, по словам Вейриха, самый высокий показатель из всех когда-либо опубликованных по голубым светодиодам.

Длина волны, соответствующая максимуму, составляет 475 нм, доминирующая длина волны, придающая излучению чистый голубой цвет, 480 нм. Высокая чистота цвета обеспечивается узкой спектральной шириной полосы от 50 до 100 нм в зависимости от тока диода. Прямое напряжение при токе 20 мА составляет 4 В. При токе 20 мА яркость свечения в пределах угла половинной интенсивности 16° составляет около 4 мкд.

Pn-переход вместе с низким последовательным сопротивлением позволяет использовать этот светодиод в импульсном режиме. Что касается деградации, то, как сказал Вейрих, есть уверенность, что она будет пренебрежимо малой.

Циглер выращивал слитки в реакционной камере, состоящей из наружного цилиндра, выполненного из электрографита, и внутреннего из пористого графита. Нижняя часть пространства между этими цилиндрами также заполнена пористым графитом. В верхней части находится нелегированный, а также легированный алюминием порошкообразный карбид кремния.

На дно камеры помещается затравка из кристаллита карбида кремния диаметром около 10 мм. При высоких температурах порошок карбида кремния сублимирует и конденсируется на затравке, что ведет к выращиванию монокристаллического слитка карбида кремния, легированного алюминием. Температура выращивания, создаваемая высокочастотным нагревом, составляет около 2200°С, а температурный градиент в направлении затравки может быть от 10 до 20°С/см.

«Выращивание слитков карбида кремния тех размеров, которых мы достигли, а именно диаметром 15 и длиной 20 мм, возможно, и не произведет впечатления на тех, кто специализируется на чистом кремнии, однако для тех, кто знаком с трудностями работы с карбидом кремния, выращивание слитков таких размеров — большое достижение, — сказал Вейрих. — Это необходимая предпосылка для массового производства голубых светодиодов».

Главное в обработке этого материала, как подчеркнул он, — получить правильную гексагональную структуру кристалла. Задача решается тщательным подбором и регулированием температуры выращивания [No.26, pp.24,29].

Джон Гош

Дочерние статьи:

Долгие поиски ускользающего голубого свечения

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 57, No.20 (701), 1984г - пер. с англ. М.: Мир, 1984, стр.36

ElectronicsWeek Vol.57 No.25 October 01, 1984 A McGraw-Hill Publication

ElectronicsWeek Vol.57 No.26 October 08, 1984 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Светодиоды





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/Siemens/A19841008Elc028.shtml