Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1 - Расположение атомных плоскостей: а) в идеальном кристалле, б) в кристалле с краевой дислокацией, в) в кристалле с винтовой дислокацией
Рисунок 2 - Изображение поперечного сечения диода с малой плотностью дислокаций (а) и его схематическое изображение (b).
Рисунок 3 - Спектральные характеристики для различных величин тока.
Рисунок 4 - Зависимости внешнего квантового выхода, выходной мощности и напряжения от величины тока.
Рисунок 5 - Сравнение импульсного и непрерывного режимов.

LED очистят воду: взгляд науки

Ключевые слова:  LED, УФ

Опубликовал(а):  Клюев Павел Геннадиевич

27 июля 2010

Одной из главных задач при проектировании диода является увеличение квантового выхода прибора - отношения вышедшей мощности излучения к мощности затраченной, иными словами, количества фотонов, которые успешно вышли из полупроводника, к числу электронов, перешедших из валентной в зону проводимости. Существует внешний и внутренний квантовый выход. Внутренний учитывает потери на рассеяние, спонтанное излучение, поглощение, определяется совершенством активной области (однородность по толщине, плотность дефектов). Внешний учитывает отражение от грани кристалла, расходимость излучения, т.е. допустимые углы, падая под которыми на грань излучение не испытает полного внутреннего отражения и не вернется обратно в материал и т.п., а также все аспекты внутреннего квантового выхода. Квантовый выход диода, выходная мощность, срок службы зависят от количества дислокаций, дефектов в кристалле активного элемента.

Дислокация в кристаллах - это дефекты кристаллической решетки, искажающие правильное расположение кристаллографических плоскостей (рисунок 1). Особенностью дислокаций является значительное нарушение регулярного чередования атомов сосредоточенное в малой окрестности некоторой линии, пронизывающей кристалл. Простейшим видом дислокации являются краевая и винтовая. Если одна из атомных плоскостей обрывается внутри кристалла, возникает краевая дислокация. Винтовую дислокацию можно представить как результат сдвига на период решетки одной части кристалла относительно другой вдоль некоторой полуплоскости, параллельной ее краю, играющему роль оси дислокации. Рассмотрены краевые дислокации (появляющиеся вследствие разного периода кристаллических решеток используемых материалов), влияющие на итоговую реализацию диода. Вокруг дислокации существует область, в которой кристалл деформирован, поэтому закон дисперсии в такой области отличается от такого в идеальном кристалле. Это приводит к рассеянию носителей заряда. При рассеянии носителей заряда на дислокациях время релаксации не зависит от температуры кристалла, а определяется плотностью дислокаций на единицу поверхности и скоростью рассеиваемых электронов.

В данной работе [1] нитрид алюминиевые подложки (AIN) используются для получения на них слоя AlxGa1-xN с малым количеством дислокаций, гладкой поверхностью и высокой электропроводностью для производства диодов УФ диапазона на длинах волн 240-260 нм. Обычно AlxGa1-xN выращивается на AIN-слое, выращенном в свою очередь на сапфировой подложке, при этом плотность дислокаций в слое AIN составляет более 1010 см-2. Для уменьшения количества дислокаций образец AIN выраживали методом эпитаксии (эпитаксия буквально - "осаждение по одному атому"). Удалось уменьшить плотность дислокаций лишь на два порядка до 108 см-2. AIN-слой обладает меньшим периодом решетки и меньшим коэффициентом теплового расширения по сравнению с активной областью диода - слоем AlxGa1-xN. Наблюдается несоответствие параметров кристаллических решеток AIN и AlxGa1-xN. Теоретически увеличение толщины слоя AlxGa1-xN должно увеличить плотность дислокаций в образце за счет появления "лишних" обрывающихся плоскостей кристаллической решетки - краевых дислокаций. Однако на практике все иначе. Можно вырастить слои AlxGa1-xN до толщины 0.5-1.0 мкм при концентрации алюминия х=0.6 или 0.7. Таким образом, слой AlxGa1-xN обладает хорошей электропроводностью и малой плотностью дислокаций. AlxGa1-xN наносится методом металлорганического CVD-процесса. На ТЕМ-изображениях подтверждается низкая плотность дислокаций в активной области. Вследствие расхождения параметров решетки активного слоя и слоя p-GaN на рисунке можно увидеть дефекты в вышеупомянутом слое.

Изготовленный образец LED подвергается спектральным исследованиям при различных величинах пропущенных токов. На рисунке 3 показан спектр, обладающий тенденцией к расширению с увеличением тока (13.9 нм при 20 мА до 14.9 нм при 300 мА). На рисунке 4 показаны зависимости внешнего квантового выхода, выходной мощности и ВАХ (приложенного прямого напряжения от величины тока). На рисунке 5 сравниваются непрерывный и импульсный режимы работы диода. Представлены графики зависимостей внешнего квантового выхода и выходной мощности от тока накачки.

Для повышения мощности излучения необходимо увеличивать прямой ток. Однако при протекании тока в кристалле выделяется тепловая мощность, связанная как с выделением джоулева тепла, так и поглощением в кристалле значительной доли генерируемого излучения. Кроме того, возможная неоднородность плотности электрического тока приводит к снижению эффективности работы диода. Как видно из полученных результатов, в непрерывном режиме работы наблюдается резкий спад внешней квантовой эффективности, что в первую очередь связывается с повышением температуры и преобладанием спонтанных переходов, инициированных тепловым излучением в образце (критичная температура примерно 57 С). А вот в импульсном режиме внешний квантовый выход уменьшается медленно по сравнению с непрерывным режимом работы.

Успех проведенного исследования [1] связывается с использованием материалов с низкой плотностью дислокаций, полученной в результате эпитаксиального роста структуры, подбором толщины активного слоя, что способствует повышению квантового выхода прибора.

Исследования выполнены по гранту Advanced Technology Project (ATP) при поддержке National Institute of Science and Technology (NIST) и Department of Energy (DOE).

[1] Properties of Mid-Ultraviolet Light Emitting Diodes Fabricated from Pseudomorphic Layers on Bulk Aluminum Nitride Substrates. James R. Grandusky, Shawn R. Gibb, Mark C. Mendrick and Leo J. Schowalter. Applied Physics Express 3 (2010) 072103. DOI: 10.1143/APEX.3.072103.




Комментарии
"Изготовленный образец LED подвергается
спектральным исследованиям при различных
величинах приложенных токов."
- Прикладывают напряжение, ток пропускают.
- Про дислокации здесь очень просто http://ru.wi...%D0%B0%D1%8
6%
D0%B8%D1%8F_(%D0%BA%D1%80%D0%B8%D1%81%D1% 82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D1%
80
%D0%B0%D1%84%D0%B8%D1%8F)
- Тут картинки http://www.h.../24/076.htm
http://www.l..._2_text.htm

Ренц Александра, 28 июля 2010 09:18 
Хорошо бы было если бы лед очищял воду
Пастух Евфграфович, 28 июля 2010 16:05 
РА
А Вы бы эту воду своему молодому человеку подливали в пиву в клубу, что б перепиской заняться пока он дремнёт
Кузина Наталья, 29 июля 2010 14:26 
как-то слабо верится во все это)
Евгений Иванович, хорошие картинки, спасибо
и за поправку спасибо
Рад, если это пригодилось.
AlexIg, 03 августа 2010 13:01 
Будем рады положительным результатам

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Солнце с молоком
Солнце с молоком

MAPPIC 2019. Первый день
14 октября 2019 года успешно открылась I Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019). В сообщении приведены темы докладов и небольшой фоторепортаж.

В Москве начинается MAPPIC - 2019
14-15 октября 2019 года состоится I Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019)

РИА Новости: Нобелевскую премию по химии присудили за разработку литий-ионных батарей
РИА Новости: Джон Гуденаф, Стенли Уиттингхем и Акира Йошино стали лауреатами Нобелевской премии в области химии за 2019 год за разработку литий-ионных батарей.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Постлитийионные аккумуляторы
В. А. Кривченко
Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.