GaN-materiaalit 1900-luvulta lähtien 90-luvulta lähtien vähitellen näytöllä, ohjeilla, taustavalolla ja kiinteällä valaistuksella ja muilla laajasti käytetyillä kentillä on muodostunut valtavat markkinat. Tähän asti kaupallistettuja ovat kolme alustaan (safiiri, piikarbidi ja pii) valmistetut galliumnitridin (GaN) valoa lähettävät diodit (LEDit). Viime vuosina silikonisubstraatti GaN-pohjainen LED-tekniikka koskee. Koska pii (Si) -alustalla on edullisia edullisia, suurikokoisia kristallikokoja, helppo käsittely ja epitaxialikalvon helppo siirto, sillä on erinomainen suorituskyky ja alhaiset kustannukset LED-laitteen sovelluksessa.
Monet tutkimusryhmät ovat kasvattaneet GaN-epitaksiaalisia elokuvia Si-substraateilla ja saaneet joitain laitteita tai ovat tutkineet Si-pohjaisia GaN: hen liittyviä ominaisuuksia. LED-valmistuksen aikana GaN-kalvo siirretään uuteen tukisubstraattiin laitteen pystysuoran rakenteen valmistamiseksi verrattuna paremman optisen suorituskyvyn laitteiston rakenteen samalle puolelle.
Tässä paperissa Si-substraatilla kasvatettu GaN-epitaksiaalikalvo siirrettiin kuparin tukialustalle, kuparikromia tukevalle substraatille ja hitsattavaksi hitsaamalla Si-alustalle. Pystysuuntaisen rakenteen valoa emittoiva laite saatiin ja kolmenlaisia näytteitä Suoritettiin vertaileva tutkimus ikääntymisestä.
Koe
Kokeelliset epitaxiaaliset kiekot olivat 2 in (50,8 mm) sinistä In GaN / GaN-monikvanttioksidia epitaxiaalisista kiekkeista, jotka on kasvatettu piin (111) substraatilla MOCVD: llä, jonka sirukoko on 1000Lm @ 1000Lm, ja kasvumenetelmää on raportoitu. Uunin kanssa kasvatetut epitaxiaaliset kiekot valmistettiin. Yksi niistä siirrettiin Si-substraatille painehitsauksen ja kemiallisen syövytyksen avulla. Valoa emittoivaa laitetta kutsuttiin näytteeksi A ja kaksi muuta galvanoitiin ja kemiallisesti syövytettiin. GaN-epitaxiaalikalvo siirrettiin pinnoitettuun kuparisubstraattiin ja vastaavasti elektrolyyttetty kupari-kromi-substraatti ja valoa emittoiva laite viitattiin Näyte B ja näyte C vastaavasti. Kolme näytettä epitaksisen kalvonsiirtotilan lisäksi ja tukea substraattia ei ole sama, toinen laitteen valmistusprosessi on sama.
Samankaltaisten näytteiden yksilöiden samanlaisten erojen seurauksena aloituskokeen näytteet A, B, C valittiin edustamaan siru kokeita ja testausta varten. Jokainen siru on paljas ydinpaketti. Tavallisesti 1000 m / min 1000m: n sirun käyttövirta 350mA, nopeuttaa näytteiden A, B, C vanhenemista huoneenlämpötilassa DC-virran 900mA kautta. Nykyisen jännitteen (IV) ominaiskäyrä, sähköinen luminesenssi (EL) spektri, kunkin näytteen suhteellinen valovoima kussakin virrassa mitattiin ennen ja sen jälkeen vanhentamalla virtalähdettä KEITHLEY2635 ja spektrometri Compact ryhmä Spektrometri (CAS) 140CT.
tulokset ja keskustelu
IV-ominaisuusanalyysi
Taulukossa 1 esitetään Vf- ja Ir-arvot vanhenemista 80, 150 ja 200 tuntia ennen kolmen näytteen vanhentamista. Vanhenemisolosuhteet ovat 900mA huoneenlämpötilassa, missä Vf on jännite 350mA: ssa ja Ir on vuotovirta 10V: n taaksepäin. Vuotovirta Ir mitataan taaksepäin 5V vertailutuloksilla, valitse tiheämpiä olosuhteita mitattuna 10V: n taaksepäin. Kuvio 1 esittää vanhempien, ikäisten 80, 150 ja 200 tuntia ennen ikääntymistä esiintyviä IV-ominaiskäyräjä, kuten kuviossa 1 (a) - d) esitetään. Kuvio 1 (a) osoittaa, että A, B, C kolmella näytteellä on hyvät IV-ominaisuudet ennen ikääntymistä, avautumisjännite on noin 2,5 V, käänteinen 10 V: n virta 10-9A: n järjestyksessä. Vanhenemisen jälkeen 200h, kolmen näytteen vuotovirta Ir käänteisessä suunnassa oli huomattavasti suurempi kuin ennen ikääntymistä. Taulukko 1 osoittaa, että B-näytteen vuotovirta on pienin samassa takaosassa paine (-10 V) vanhenemisen jälkeen 200 h korkean virran jälkeen. A-näyte on toinen ja C-näyte on suurin, ja vanhenemisaika on kolme näytettä saman selän alla paine Vuotovirtaero nousee yhä suuremmaksi. Sisään GaN MQW LED sen jälkeen, kun positiivisen jännitteen vanheneminen kasvoi hieman, koska suuri virta vanhentui pitkään niin, että paljain n elektrodi (alumiini) paikallinen hapetus johtaisi suurempaan kosketusvastukseen. Syynä suuriin vuotoihin vanhenemisen jälkeen on, että leveys In GaN LED pnjunction-depletion kerros määräytyy pääosin p-tyypin kantoainepitoisuuden perusteella. Sen jälkeen, kun siru oli vanhentunut sen jälkeen, kun Mg-H-kompleksin hajoaminen aiheutti aktiivisuuden aktivoinnin, jolloin p-tyypin kantoainepitoisuus kasvoi, jolloin ehtymiskerroin kaventui, käänteinen bias, kun raja-alue harvennettiin, tunneli erittelykomponentit lisääntyivät, käänteisvirta kasvoi; Lisäksi siru pitkän ajan jälkeen ikääntymisen jälkeen, Kvanttikaivoalueen vikatiheys kasvaa, käänteisvälien ja trapavälitteisen tunneloinnin puutteet aiheuttavat vuotovirtaa ja B-, A- ja B-näytteiden lämmönjohtavuutta. C vähenee puolestaan. Siksi virheet ja trapitiheys, niin että kolmen näytteen vuotovirta kasvaa samassa vastapaineessa (kuten on esitetty taulukossa 1 ja kuvassa 1).
Tutkimus 1 W: n silikonipohjaisen sinisen LED: n ikääntymisestä eri substraateille
Kuvio IV: n kolmen näytteen ominaiskäyrät ennen ikääntymistä ja sen jälkeen
Taulukko 1 Vf-arvot ja Ir-arvot kolmesta näytteestä ennen ikääntymistä ja sen jälkeen
EL-spektrianalyysi
Kuvassa 2 esitetään näytteiden elektroluminesenssi (EL) spektrit 1,10, 100, 500, 800, 1000 ja 1200 mA ennen ja 900 tunnin jatkuvan ikääntymisen jälkeen 900 mA huoneenlämpötilassa [kuv. 2 (a1) - (a3)] ja kolme (kuvio 2 (b1) - (b3)], kuviossa oleva kiinteä viiva osoittaa spektrin ennen ikääntymistä ja katkoviiva osoittaa spektrin ikääntymisen jälkeen. ) ~ (a3) osoittaa EL-spektrin ennen ikääntymistä ja sen jälkeen, ja nykyisen virran EL-spektri ennen ja kolmen näytteen ikääntymisen jälkeen ei ole mitään ilmeistä muutosta, paitsi että korkean virran huippuarvo aallonpituus on punainen. Kuvio 2 (b1) ~ (b3) osoittaa, että kolmen näytteen aallonpituudet ennen ikääntymistä ja sen jälkeen eroavat huomattavasti nykyisestä. B-näytteiden aallonpituudet ennen ikääntymistä ja sen jälkeen ovat lähes samat kuin nykyisen, mutta vain ikääntymisen jälkeen. A, B, C kolme näytettä, koska substraatin lämmönjohtavuus eroaa, näytteen lämpötilan vanheneminen ei ole sama, joten ikääntymisen jälkeen sama nykyinen aallonpituusdrift C -äytteen maksimi, näyte, B-näyte minimi. Lisäksi kolmesta erilaisesta näytealustasta ja sirunsiirtomenetelmästä ei ole sama, joten sen jälkeen, kun stressitilanteessa GaN-epitaksiaalikalvo on siirretty uudelle substraatille, se ei ole sama. Kirjallisuus osoittaa, että GaN-kerroksen vetolujuus pienenee ja kvanttikaivon puristusjännitys GaN-kerroksessa kasvaa sen jälkeen, kun GaN on siirretty piisubstraatista uuteen piisubstraattiin hitsaamalla ja kemiallisella syövytyksellä. Ohutkalvon siirron jännityksen rentoutuminen on perusteellisempaa, jotta kvanttikaivoon kohdistuu suurempi puristusjännitys ja tuloksena oleva polarisoidut sähkökentät ovat suurempia, mikä saa aikaan suuremman kaarteen kaltevuuden niin, että fotonien vapautuminen Energia on pienempi, EL-aallonpituuden suorituskyky pidempi. Tämän vuoksi A-näytteet painettiin E-spektrissä piisubstraatille ennen ikääntymistä ja sen jälkeen, A-näytteen aallonpituus oli lyhyin, C-näyte oli toinen, B-näyte oli pisimmän, ja B-näyte ja C-näyte oli hyvin lähellä. Kuvio 2 heijastaa myös B-näytteen aallonpituuden punaista vaihtelua pienestä virrasta korkeaan virtaan ennen ikääntymistä ja sen jälkeen, mikä voi liittyä seuraaviin seikkoihin. Toisaalta risteyslämpötila nousee niin, että GaN-kaistaleveys pienenee ja aallonpituus muuttuu punaiseksi. B-näytteen jännityksen lieventämisen seurauksena B-näyte kvanttikaivo on kaikkein puristusjännitys, joten B-näytteen monikvanttikaivoalueella on voimakkain polarisaatiovaikutus ja polarisaation vaikutus tuottaa voimakkaan sisäänrakennetun sähkökenttä. Tämä sähkökenttä johtaa merkittävään kvanttirajaan Stark-tehosteelle, mikä aiheuttaa valon aallonpituuden punaisen muutoksen.
Tutkimus 1 W: n silikonipohjaisen sinisen LED: n ikääntymisestä eri substraateille
Kuvio 2 kolme näytettä, jotka ovat 900 mA: n ympäristön lämpötila vanhenemista 168 h ennen ja jälkeen EL-spektrin [(a1) ~ (a3)] ja ennen ja jälkeen vanhentamisen kolmenlaisia näytteen aallonpituuksia nykyisillä muutoksilla [(b1) ~ (b3)
Virta-virta (LI) -suhteen analyysi
Kuvio 3 on 350mA: n virta näytteen suhteellisen valonvoimakkuuden mukaan, kun kolmen näytteen välisen suhteen vanhenemisaika on vanhennettu ennen 100%: n valonvoimakkuutta. Kuviosta 3, A, B, C voidaan nähdä kolmenlaisia näytteitä, joiden vanhenemisaika kasvoi ensimmäisen kasvun avulla ja sitten pienentää sitä, joka näyte 2 tunnin kuluttua valon voimakkuuden lisäyksen jälkeen, mitä seuraa ikääntyminen. Valon voimakkuus alkoi laskua ja B, C-näytteitä vanhennettiin 32 h, 10 h valon voimakkuus alkoi laskea ja suuntaus laski hitaammin kuin A-näyte. Ja nähdään huoneenlämpötilassa 900mA: n vanhenemisen jälkeen A, B, C kolme näytettä 350mA valon intensiteetin ollessa suurimmillaan ja sitten pienentyneet, C näytteet vähensivät eniten A-kertoja, B-näytteen valon voimakkuusarvoa pienennetään, mutta silti suurempi kuin arvo ennen ikääntymistä. Syynä tähän ilmiöön on se, että MOCVD-menetelmällä kasvatettu GaN: llä on osittainen akseptori Mg, joka passivoi Mg-H-kompleksin muodostaminen H: n kanssa ja Mg: n aktivaatioaste on hyvin alhainen ja johtaa alhaisen reiän konsentraatioon. Osa Mg-H-sidosta keskeytetään siten, että akseptori Mg aktivoidaan niin, että reikäkonsentraatio lisääntyy, kantoainepitoisuus voi olla paremmin sovitettu, valoteho kasvaa. Toisaalta ikääntyminen aiheuttaa ei-säteilevien rekombinaatiokeskusten tiheyden, kuten GaL-materiaalin siirtymät ja virheet, mikä alentaa valotehokkuutta ja pienentää valon voimakkuutta. Nämä kaksi mekanismia kilpailevat toistensa kanssa. Ikääntymisen alussa Mg-akseptorin aktivointimekanismi hallitsee siten, että kolmen näytteen intensiteetti kasvaa samalla virtana. Vanhenemisprosessilla ei-säteilevän monimutkaisen keskipisteen hyperplasia-mekanismi hallitseva, joten korkea virtaavan ikääntymisen jälkeen kolmen näytteen kuluttua vähennetään valon voimakkuutta. Kolmen näytteen valon vaurioitumisen ero voi johtua siitä, että kolmen näytekvantikaivon jännitystilat ja tukisubstraatin lämmönjohtavuus eivät ole samat kuin ei-säteilevän yhdyskeskuksen.
Kuvio 3.350mA nykyinen suhteellinen valon voimakkuus huoneenlämpötilassa 900mA: n ikääntyminen muuttumisen jälkeen (100% valon intensiteetistä ennen ikääntymistä)
johtopäätös
Tulokset osoittavat, että kuparisubstraatin EL aallonpituus on pisimmän samassa virrassa, koska laitteen galvanointi suoritetaan piisubstraatilla, kuparisubstraatilla ja kuparikromisubstraatti GaN-pohjaisella sinisellä LED: llä. Siirryttäessä kuparisubstraattiin GaN-epitaxiaalisen kalvon jännitysaukotus on perusteellisempi. Kolmen erilaisen substraatti-LED-laitteen vanhentamisen kautta voidaan havaita, että LED-laitteen luotettavuuden kannalta tärkeimmät tekijät voivat olla sen jännitystila. Kolmen alustan IV-ominaisuudet, LI-ominaisuudet ja EL-spektrit tutkittiin ennen ikääntymistä ja sen jälkeen. Tulokset osoittavat, että kuparisubstraattilaitteilla on parempi ikääntyminen
Kuumatuotteet : IP67-lamppu , 40W-paneeli , DC24V-lamppu , älykäs anturi, suuri LED-valo
