Отчет о 6-й конференции Нитриды Галлия, Индия и Алюминия — Структуры и Приборы, 2008

Анатолий В. Феопентов, Денис А. Николаев, июнь 2008

Шестая Всероссийская конференция "Нитриды галлия, индия и алюминия – структуры и приборы" прошла в Санкт-Петербурге с 18 по 20 июня 2008 года. Традиционно, часть докладов была посвящена светодиодной технике и технологии (4 сессии из 11). В аспекте светодиодной техники наибольший интерес вызвали доклады о новых светотехнических приборах, о результатах, достигнутых в области разработки и исследования белых и синих светодиодов. Совместно с конференцией состоялся 1-ый Международный семинар по промышленным применениям ультрафиолетовых светодиодов "UV-2008". Здесь мы представляем краткий обзор нескольких интересных с точки зрения развития светодиодной техники видимого диапазона докладов из сессий "Белые светодиоды" и "Светодиоды и родственные структуры", а также некоторых работ о деградации светодиодов. С полными текстами всех тезисов можно ознакомиться на странице сайта конференции, а тезисы докладов, упомянутых в этом обзоре находятся в этом файле.

Оглавление Белые светодиоды Деградация Заключение Ссылки Сайт 6-ой Нитридной конференции, 2008 Светодиоды и лазеры на основе III-N: Технология и свойства. Тезисы докладов, стр. 67...139 Сайт 1-ого Семинара UV-2008 По теме Отчет о 5-ой Нитридной конференции, 2007

Белые светодиоды

Исследование системы "кристалл + люминофор" для эффективных белых светодиодов, стр. 128

А. Н. Туркин (МГУ) представил работу, в которой были использованы кристаллы (чипы), характеризующиеся пиковыми длинами волн излучения 405, 415 и 450 нм, то есть, излучающие в ближней УФ и в синей областях. Особенность работы в том, что в качестве люминофоров были применены зелено- и красноизлучающие сульфиды, легированные европием. Попадание координат цветности излучения светодиода в область белого цвета обеспечивалось сочетанием синего спектра излучения чипа и спектра излучения композитного люминофора с максимумами в зеленой и красной области. Изложенный материал представляет определенную ценность для разработчиков люминофоров, поскольку в данном случае достаточно подробно рассматривается расщепление энергетических уровней и переходы в двухвалентном ионе европия.

Презентация

Люминофорный слой в форме капли в белых светодиодах, стр. 86

В докладе А. В. Феопентова (Светлана-Оптоэлектроника) рассматривались преимущества и недостатки конструкции белого светодиода, в котором люминофорный слой размещается не в отражателе, а непосредственно на подкристальной плате. Основной результат проведенной работы состоит в том, что хотя светодиод без отражателя немного проигрывает по энергетической эффективности, концепция каплеобразного люминофорного слоя позволяет создавать гораздо более компактные конструкции белых светодиодов и светодиодных модулей.

Презентация

Высокомощные синие и белые светодиоды ИРС50/МК24: конструкция и характеристики в сравнении с зарубежными аналогами, стр. 130

А. Л. Закгейм (НТЦ при ФТИ им. Иоффе, РАН), в одном из своих докладов, подробно рассказал о мощном белом светодиоде ИРС-50, выпускаемом компанией Светлана-Оптоэлектроника. Акцент в этой работе был сделан на результаты усовершенствований чипов на основе гетероструктур AlGaInN, проведенных в последние годы в компаниях ЭПИ-центр и Светлана-Оптоэлектроника. Особенно были подчеркнуты достижения в уменьшении последовательного сопротивления чипа до уровня примерно 0,5 Ом (что дает прямое напряжение около 2,9 В при рабочем токе 350 мА) и минимизации теплового сопротивления p-n-переход – корпус светодиода (включительно) до значений 3–4 К/Вт.

Полупроводниковая светотехника ОАО "НИИПП", стр. 71

Доклад Н. Н. Бакина (НИИПП) был всецело посвящен светодиодным лампам для применений в индикаторных и сигнальных системах. Для сборки ламп опробовались кристаллы различных производителей: Cree, SemiLed, Arima, TynTek, Светлана-Оптоэлектроника, а также чипы изготовленные в НИИПП на основе материалов Элма-Малахит. Интересно, что для создания люминофорного слоя применялись отечественные люминофор и компаунд от Лаборатории физики полимеров Технологического института (Санкт-Петербург).

Новые светодиодные осветители, стр. 98

Л. М. Коган (ОПТЭЛ) представил множество разработанных в последнее время в светильников, в основном, белого цвета излучения. В светильниках используются также разработанные в ОПТЭЛ мощные белые светодиоды со световой отдачей до 60 лм/Вт. Один из этих светильников (на 12 светодиодах, вероятно, 3-х ваттных) предполагается применять в новом российском локомотиве ЭП2К.

Деградация

Тепловой анализ качества посадки кристаллов светодиодов, стр. 78.

Ю. А. Бумай (БНТУ) рассказал о методе анализа временной зависимости температуры перегрева активной области кристалла светодиода. Метод позволяет оценивать тепловые сопротивления отдельных элементов конструкции светодиода (например, самого кристалла, контакта между кристаллом и корпусом и между корпусом и внешней средой). В разработанном методе на основе зависимости изменения температуры активной области кристалла от времени производится построение спектра тепловых сопротивлений. Экстремумы спектра соответствуют тепловым сопротивлениям отдельных элементов конструкции: кристалла, места соединения кристалла с корпусом, самого корпуса. Метод был проиллюстрирован на примере исследования влияния толщины припоя на теплопроводные характеристики светодиода и может быть рекомендован в качестве экспресс-анализа при отработке технологии монтажа кристалла.

Метод исследования деградации излучающих свойств материалов на основе InGaN с помощью прецизионных измерений светового потока, стр. 104.

С. Г. Никифоров (Л.И.С.Т.) озвучил доклад о методе исследования деградации (срока службы) светодиодов. Никифоров сообщает, что во многих случаях деградация [осевой] силы света не только отличается от деградации светового потока величиной, но и может иметь другой закон изменения, наклон или градиент. В многочисленных экспериментах было установлено наличие перераспределения светового потока по объему диаграммы излучения в процессе наработки, при этом наибольшей степени деградации соответствует наибольшее перераспределение. Предполагается, что подобное перераспределение центров излучательной рекомбинации существует и внутри излучающего кристалла, в его активной области. С помощью указанного метода было выяснено, что применение ультразвуковой микросварки может приводить к сокращению времени наработки нитридных светодиодов (10...15 тыс. часов вместо ожидаемых 40...50).

Исследование температурных полей в мощных InGaN/GaN светодиодах с помощью ИК тепловизионного микроскопа, стр. 132.

А. Л. Закгейм (НТЦ при ФТИ им. Иоффе, РАН) рассказал о методе исследования температурных полей светодиодных кристаллов. Основу аппаратной части, с помощью которой реализован метод, составляет фотоприемная матрица (InAs) размерностью 128 х 128 элементов. Пространственная разрешающая способность составляет около 3 мкм, точность измерения температуры — 1...3 °C. Абсолютные значения температуры определяются значениями регистрируемого ИК-излучения с учетом калибровки (определения излучательной способности различных элементов конструкции кристаллов, которое осуществляется с помощью той же установки). Применение ИК тепловизионного микромэппинга представляет интерес не только для оценки тепловых характеристик конструкции чипа и анализа растекания тока, но и для исследования процессов деградации. Главным недостатком метода является высокая стоимость оборудования.

Презентация

Исследование воздействия импульсных токовых перегрузок на мощные светодиоды, стр. 110

Доклад А. Н. Туркина (МГУ) был посвящен исследованию работы мощных светодиодов при питании импульсным током с целью определения различных режимов работы, не приводящих к катастрофическим отказам. Исследования проводились на образцах светодиодов Cree. В результате удалось установить, что отказ проявляется либо в виде перегорания золотой проволоки (см. рисунок), либо в виде деградации кристалла. Перегорание происходит из-за омических потерь, при их снижении (в светодиодах с двумя проволоками) этот вид отказа не наблюдается. Причиной деградации кристалла предположительно называется ударная ионизация: пиковое прямое напряжение составляло 8 В, а пороговое значение возникновения ударной ионизации составляет около 7 В.

Заключение

В целом, можно сказать, что исследования светодиодов продолжаются в России достаточно активно, причем на данный момент с явным упором на изучение белых светодиодов и процессов деградации. Учитывая то, что интерес к практическому применению мощных белых светодиодов в общем освещении в настоящее время несколько снизился, наблюдаемая научная активность не может не радовать. Каким образом далее будут развиваться исследование и разработка отечественных светодиодов и светодиодной техники, сейчас сказать трудно. Однако, сам факт постоянства в организации и проведении нитридной конференции позволяет надеяться, что в будущем все-таки появятся возможности широкого использования светодиодов не только в декоративных применениях.