История создания светодиодов из GaAsP

September 30, 2011 by admin Комментировать »

Начало истории светодиодов видимого диапазона оптического спектра датируется 1962 г., когда Холоньяк и Бевака в журнале AppliedPhysicsLettersопубликовали сообщение о когерентном излучении видимого света, наблюдаемом на р-n-переходе GaAsP. Хотя это свечение было обнаружено при низкой температуре, оказалось, что светодиоды GaAsPработают и при комнатной температуре.

Ник Холоньяк, который в 1962 г. работал в отделении GeneralElectric (GE) в Сиракузе (шт. Нью-Йорк), а потом переехал в университет штата Иллинойс, применил метод ГФЭ для выращивания слоев GaAsPна подложках GaAs. Этот метод подходит для формирования больших эпитаксиальных слоев как на исследовательском, так и на промышленном оборудовании. В своей книге Холоньяк (Holonyak, 2000) вспоминал, что уже при изготовлении первых светодиодов он хорошо представлял сферы их применения: в световых табло, семисегментных цифровых дисплеях и алфавитно-цифровых индикаторах.

Однако несмотря на явные успехи, группе исследователей под руководством Холоньяка никак не удавалось изготовить полупроводниковый лазер, работающий при комнатной температуре (Holonyak, 1963, 1964). Это было связано с тем, что при выращивании на подложках GaAsэпитаксиальных слоев GaAsPнекоторые свойства таких систем значительно ухудшались. Так, они смогли получить полупроводниковые р-n-переходы с отличными электрическими характеристиками (Holonyaketal., 1963 а), но оптические параметры структур при этом сильно пострадали. Было обнаружено, что при концентрации фосфора в слое GaAsP, достигающей 45-50%, вероятность излучательной рекомбинации значительно снижалась, что объясняется изменением соотношения прямых и непрямых межзонных оптических переходов в слоях GaAsP (Holonyaketal., 1963 b, 1966; Pilkuhn, Rupprecht, 1964, 1965). Также было установлено, что при достижении 44% концентрации фосфора к. п. д. GaAsPустройств при 300 °К падает до 0,005% и даже ниже (Maruska, Pankove, 1967).

Выпуск первых светодиодов из GaAsPбыл начат корпорацией GEв начале 1960-х гг. Они излучали свет в красной области видимого оптического спектра. Поскольку цена диодов была очень высокой (260 долл. США за одну штуку), их выпустили совсем мало и в основном использовали, в любительской радиоэлектронике (Rostky, 1997).

Серийный выпуск таких светодиодов был налажен фирмой Монсанто. В 1968 г. эта кампания построила завод, на котором стали изготавливать сравнительно недорогие светодиоды из GaAsP. Этот год можно назвать началом эры твердотельных излучателей. Продажи таких светодиодов в 1968-1970 гг. стремительно росли, удваиваясь каждые несколько месяцев (Rostky, 1997). Светодиодные кристаллы, выпускавшиеся Монсанто, представляли собой р-n-структуры из GaAsP, выращенные на подложках GaAs, излучающие фотоны с длиной волны, соответствующей красному диапазону видимого спектра (Негzogetal., 1969; Crafordetal., 1972).

Фирма Монсанто пыталась наладить сотрудничество с корпорацией Хьюлетт Паккард (HP), предложив выпускать светодиоды и светодиодные экраны на основе их материала GaAsP. В середине 1960-х гг. она даже направила одного из своих специалистов из Сент-Луиса (шт. Миссури) в Пало Алто (шт. Калифорния) для помощи HPв налаживании производства. Однако HPпобоялась попасть в зависимость от Монсанто и прекратила сотрудничество, начав выращивание собственных кристаллов GaAsP (Rostky, 1997).

В период с конца 1960-х до середины 1970-х гг. наблюдалось стремительное развитие различных цифровых дисплеев, которые сначала использовали только в калькуляторах. Позднее, после демонстрации корпорацией HamiltonWatchв 1972 г. первых цифровых часов «Пульсар», они стали применяться и в наручных часах. В то же время конкурирующие фирмы HPи Монсанто все свои усилия сосредоточили на разработке более сложных многоцифровых и алфавитно-цифровых дисплеев (Rostky, 1997).

Руководителем и основным изобретателем в Монсанто был М. Джордж Крафорд, который первый продемонстрировал работу светодиодов желтого свечения (Cralordetal., 1972). Для получения таких светодиодов он выращивал на подложках GaAsэпитаксиальные слои GaAsP, легированные азотом. После того как в 1979 г. Монсанто продала свой бизнес Крафорд перешел в HP, где стал ведущим специалистом в области оптоэлектроники. В 1995 г. Перри опубликовал биографию Крафорда (Реггу, 1995). В 1999 г. HPпередала часть своих работ (включая направление по разработке светодиодов) корпорации Agilent, которая в том же году объединилась с корпорацией

Phillipsи преобразовалась в LumiledsLighting. В 2005 г. Agilentпродала свою долю акций Lumiledsкорпорации Phillips.

Вскоре было обнаружено, что между подложками GaAsи эпитак- сиальными слоями GaAsPсуществует сильное рассогласование параметров решетки, приводящее к высокой плотности дислокаций (Wolfeetal., 1965; Nueseetal., 1966). В результате этого внешний квантовый выход таких светодиодов оказывается довольно низким, не более 0,2 % (Isihamatsu, Okuno, 1989). Нюиз (Nueseetal., 1969) показал, как сильно влияют на параметры светодиодов условия выращивания и толщина буферного слоя. Он продемонстрировал, как буферный слой GaAsPс переменной концентрацией примесей позволяет значительно улучшить яркость светодиодов красного свечения. Сейчас уже доказано, что этот эффект связан с тем, что градиентный слой снижает плотность дислокаций в эпитаксиальном слое GaAsPв области, расположенной рядом с границей между этим слоем и подложкой GaAs.

Прямые и непрямые межзонные переходы, как и высокая плотность дислокаций, ограничивают яркость светодиодов из GaAsP. В настоящее время структуры GaAsP/GaAsиспользуются в основном для изготовления светодиодов красного свечения, обладающих невысокой яркостью и применяемых в качестве индикаторных ламп.

Источник:

 Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты