автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Разработка методик контроля деградации характеристик светодиодов на основе твердых растворов AlGaInP и AlGaInN

Па правах рукописи.

Никифоров Сергей 1'ригорьевич

оозоетввг

РАЗРА БОТКА МЕТОДИК КОНТРОЛЯ ДЕГРАДАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК С ВЕТО ДИОДОВ НА ОСНОВЕ ТВЁРДЫХ РАСТВОРОВ А1Са!пР и А1Са1пМ.

Специальность 05.27,01. - «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах».

Автореферат диссертации на соискание ученом степени кандидата технических наук

Москва 2006

003067862

Работа выполнена на кафедре «Технология материалов электроники» факультета полупроводниковых материалов и приборов Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета)

Научный руководитель доктор технических наук, профессор МГИСиС

Сушков Валерий Петрович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор МГАПИ

Вигдорович Евгений Наумович

кандидат физико-математических наук, ассистент МГУ Туркин Андрей Николаевич

Ведущая организация Научно - производственный центр оптико -

электронных приборов «Оптэл»

Защита состоится " 22 " марта 2007 г в 17 ч 00 мин На заседании диссертационного совета Д212 123 06 при Московском государственном институте стали и сплавов по адресу 119049, Москва, В-49, Крымский Вал, д 3, ауд К-421

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института стали и сплавов

Автореферат разослан " " 2007 г

Учёный секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, профессор

—' ГераськинВ В

Общая характеристика работы.

Актуальность темы

Стремительное развитие технологии производства излучающих структур в последние годы привело к значительным успехам в области повышения качества приборов на их основе Существенно увеличилось число различных конструкций и типов серийно производимых кристаллов, изготовленных на основе эпитаксиальных гетероструктур твердых растворов АЮа1пР и АЮаЬгЫ, позволяющих создавать источники излучения с любыми необходимыми характеристиками для различных сфер применения Однако, имеет место ряд проблем при изготовлении как самих гетероструктур (обеспечение равномерности распределения легирующих примесей в материале структуры, формирование омических контактов, обеспечивающих одинаковую плотность тока через всю площадь р-п-перехода, присутствие дислокаций и центров безизлучателыюй рекомбинации), так и светодиодов на их основе (соблюдение технологии монтажа излучающего кристалла посадка на основание, приварка контактных проводников, обеспечение теплового режима, формирование оптики и т д), которые недостаточно исследованы, а отс>тствие методов их комплексного решения на стадии производства излучающих кристаллов и технологии их сборки в светодиодах существенно ограничивает применение готовых приборов в большинстве устройств специальной сигнализации (светофоры, световая сигнализация), в устройствах ответственного применения с повышенной степенью надежности (судовое, шахтное и аварийное освещение) и в устройствах стратегического назначения (военная и космическая техника) Наиболее значимой из всего спектра существующих проблем является проблема изменения (деградации) всего комплекса первоначальных параметров излучающих структур и светодиодов в процессе экстуатации На практике это проявляется в виде изменения значений ряда характеристик устройств с исполнительной частью на светодиодах, приводящее к искажению визуального восприятия информации человеком

Актуальным является установление причин деградации параметров светодиодов в процессе наработки и разработка методов их устранения, необходимых для увеличения срока службы и надежности На производстве уже сейчас все больше требуется достоверная оценка не только параметров произведенных светодиодов, но и прогнозирование их надёжности и срока службы тишь только выполнение этого условия является гарантией качества поставляемых потребителю приборов Эта тенденция требует необходимости проведения новых исследований не только физических причин изменения различных параметров гетероструктур на основе твердых растворов АЮаЫР и АЮаГпЫ во время наработки светодиодов, но и разработки методик применения результатов этих исследований при конструировании и производстве светодиодов и устройств на их основе Анализ известных результатов по деградации светодиодов и методик ее определения, а также особенности современного производства привели к идее проведения комплексного эксперимента, в котором проводятся измерения максимально возможного количества характеристик и параметров светодиодов с целью установления их взаимосвязи в процессе наработки При этом для определения степени влияния конструкций и технологий изготовления гетероструктур АЮа1пР и АЮаЬгЫ и кристаллов на их основе на скорость

деградации важнейших параметров приборов исследуемые светодиоды должны иметь идентичные конструкции и технологии сборки Это позволит с большой достоверностью прогнозировать стабильность эксплуатационных характеристик светоизлучакмцих устройств

К важнейшим параметрам светодиодов относятся световой поток, сила света и падение прямого напряжения при рабочей величине прямого тока В современном производстве эти параметры измеряются у каждого выпускаемого прибора с помощью автоматизированных установок, а светодиоды сортируются по группам, имеющим определенные типичные значения этих параметров в пределах от их минимальных до их максимальных значений Если удается установить связь между скоростью деградации важнейших параметров светодиодов в процессе наработки с величинами этих параметров до наработки, то появляется возможность количественно предсказывать срок службы светодиодов еще на стадии производства Цель работы.

Разработка методик измерения базовых светотехнических и электрических характеристик светодиодов на основе закономерностей изменения параметров в процессе деградации электрических и излучающих свойств светодиодов с различной конструкцией кристаллов, изготовленных из эпитаксиальных гетероструктур твердых растворов АЮаГпР и АЮаМЫ и разработка методик производственной квалификации светодиодов по сроку службы, позволяющих существенно повысить долю выхода качественной продукции к потребителю Научпая новизна

1 Предложена модель, описывающая электрические и излучающие свойства АЮаТг^ кристаллов светодиодов, в которой учтено неоднородное распределение атомов индия в активной области гетероструктуры Согласно этой модели, кристалл светодиода представляет собой совокупность параллельно включенных микродиодов, имеющих одинаковые параметры широкозонных п-ваИ и р-ОаМ эмиттеров, но отличающихся друг от друга содержанием индия (X) в квантовых ямах и величиной площади р-п перехода 8(Х)

2 Показано, что при различных значениях X зависимости плотности тока от напряжения у микродиодов сильно отлетаются Рассчитанные суммарные вольт-амперные характеристики (ВАХ) и спектры излучения АЮаШМ кристаллов в целом хорошо согласуются с экспериментальными данными при принятом в настоящей работе гауссовском распределении значений 5(Х)

3 В большей степени деградации подвержены области структуры с малым содержанием индия в активном слое (формирующие наиболее коротковолновую часть спектрального распределения излучения), через которые протекают токи с существенно большей плотностью, что приводит в процессе наработки к смещению сиекгров излучения в длинноволновую область

4 Предложен метод расчета светового потока Ф(0, для любого времени наработки светодиода I, учитывающий плотность тока через излучающую структуру

5 Установлено, что деградация величины светового потока у гетероструктур АЮаЬР желтого цвета свечения на 81-подложках (в среднем -48% за 10000 часов), существенно выше, чем деградация гетероструктур на ваР-подложках (в среднем -22% за 10000 часов), а у гетероструктур АЮа1пК зеленого цвета свечения, выращенных на АЬОз-подложках (в среднем -40% за 10000 часов), деградация существенно выше, чем деградация у гетероструктур, выращенных на БС-подложках (до -25% за 10000 часов) Эти результаты могут быть объяснены значительным отличием в плотности дислокаций из-за разной степени рассогласования кристаллических решёток подложек и выращенных на них структур Практическая ценность паботы

1 Предложена новая, расширенная система существующих физических параметров светодиодов, основанная на их взаимозависимости и включающая характеристики, описывающие деградацию светодиодов скорость деградации светового потока и силы света, изменение прямого напряжения за время наработки

2 Разработана новая комплексная методика измерений, компьютерные программы расчетов светотехнических, фотометрических, колориметрических, электрических и энергетических характеристик и параметров светодиодов

3 Показано, что разработанные средства, программы и методики измерений характеристик и параметров деградации светодиодов на основе АЮа1пР и АЮаЬгМ, в совокупности являются универсальным инструментом для прогнозирования изменения характеристик различных типов светодиодов, имеющих любые электрические характеристики, любое пространственное распределение излучения, разнообразные спектры и большой диапазон оптической мощности (от 1т\У до 10\У)

4 Метрологические средства измерения характеристик светодиодов (измерительный комплекс), могут быть использованы в области разработки и применения светодиодов со статусом держателя вторичной эталонной базы - от производственных участков до научных исследовательских лабораторий

5 На основе определенных в настоящих экспериментах значений основных параметров светодиодов была установлена последовательность и режимы их измерения, рассчитаны и обоснованы их критерии при сортировке светодиодов на производстве с помощью стандартных сортировочных машин, которые позволяют достоверно отделить приборы с потенциально большими (от -20% за 10000 час, и более) скоростями деградации силы свега или светового потока Показано, что предложенные методы сортировки на производстве не требуют дополнительного оборудования, времени и трудозатрат персонала

6 Определено, что установленные зависимости скорости деградации светового потока в процессе наработки светодиодов от величины их прямого напряжения и значения светового потока в начальный момент времени, позволяют выполнять селекцию неисправных приборов на производстве, не прибегая к технологической операции искусственного старения (продолжительность которой обычно составляет 3 -5 дней), что существенно сокращает сроки производства качественных светодиодов и

исключает затраты на дорогостоящее оборудование, необходимое для проведения операции искусственного старения

7 Применение в различных устройствах светодиодов, отсортированных по разработанным методикам на производстве показало уменьшение, не менее, чем на 90% количества приборов, чей световой поток деградировал более, чем на 20% или вышедших из строя процессе наработки всего за 2 - 3 тыс час , что имеет особо важное значение при их использовании в изделиях, влияющих на здоровье и жизнь человека (светофоры, медицинские световые приборы, аварийное освещение, и т д) Научные положения, выносимые на защиту.

1 Учет неоднородного распределения атомов индия в активной области гетероструктуры на основе AlGalnN позволяет представить кристалл светодиода как совокупность параллельно включенных микродиодов с разтичным содержанием индия в квантовых ямах активной области и показать, что спектр излучения и суммарный световой поток светодиода в целом являются суперпозицией спектров излучения и световых потоков всех микродиодов

2 В процессе длительной наработки спектр излучения светодиода на основе AlGalnN смещается в длинноволновую сторону из-за более быстрой деградации микродиодов с меньшим содержанием индия, через которые протекают токи с существенно большей плотностью

3 Наряду с изменением значения светового потока при наработке, происходит существенное перераспределение его плотности внутри диаграммы излучения по причине неоднородной степени деградации интенсивности излучения микродиодов с различным содержанием индия и изменения шунтирующего действия центров безизлучательной рекомбинации

Апробация работы

1 Материалы по теме настоящей работы были представлены на Всероссийской конференции «Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы» в Ml У им Ломоносова, Москва, 2001 год, докладом о методах измерения световых характеристик светодиодов

2 Результаты по совершенствованию методик измерений светотехнических и этектрических параметров и исследований по изучению физических свойств излучения светодиодов были обсуждены на 25 сессии Международной комиссии по освещению (СШ) в Сан-Диего, США, 2003 год с представлением доклада «Red LED Railway Traffic Lights Visional Perception Research»

3 Материалы по теме настоящей работы были представлены на 37-ом международном семинаре «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах» 28 - 30 ноября 2006г в МЭИ, докладом о результатах исследований физических механизмов деградации и сортировки светодиодов на производстве с применением разработанной методики контроля деградации параметров

Публикации

Всего по теме диссертационной работы автором опубликовано 15 печатных работ Структура диссертации.

Работа содержит 158 страниц машинописного текста, 51 рисунок, 39 формул, 14 таблиц и 61 приложение Использовано 82 литературных источника

Осповиое содержание работы.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель работы, научная новизна и практическая значимость результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту

Глава 1. Аналитический обзор публикаций

В главе 1 приведены сведения о физических процессах, протекающих в полупроводниковых структурах, рассмотрены преимущества и недостатки различных материалов подложек, используемых при эпитаксии структур, представлены наиболее популярные конструкции кристаллов, примененные для исследования в настоящей работе в составе светодиодов Описаны различные типы светодиодов, области их применения и соответствующие особенности конструкции

Отмечено, что представляемый автором эксперимент является продолжением и развитием идеи экспериментов по изучению деградации параметров светодиодов, описанной в публикациях, где разъяснены причины изменения интенсивности люминесценции и эффективной концентрации заряженных центров ОПЗ исследуемых InGaN/AlGaN/GaN светодиодов со временем наработки и прослежена взаимосвязь с одновременным изменением характера Вольт - Амперной характеристики и появлением туннельной составляющей тока Однако выводы по изменению интенсивности излучения были сделаны по результатам измерения спектрального распределения в относительных единицах, что эквивалентно измерению силы света в одной точке Тем не менее, такой характер изменения излучения, не отражает истинной картины изменепия интегральной оптической энергии всей структуры, так как известно, что результатом деградации является не столько уменьшение суммарного светового потока, сколько часто просто его перераспределение по объему кристалла Вероятно, существует прямая связь этого факта с исследованиями количественного изменения заряженных центров ОПЗ и изменения плотности их концентраций в объёме ОПЗ со временем наработки Исходя из этого, важной задачей, стоящей перед представляемой работой является исследование именно светового потока В ряде работ, основной упор был сделан на изменение осевой силы света со временем наработки Результаты представляемого автором эксперимента выявили, что достоверность выводов о причинах деградации по этому параметру является крайне низкой из-за большой вероятности геометрического перемещения значений силы света в любой (в т ч и осевой) области диаграммы распределения излучения со временем наработки Поэтому измерение и сравнение полных диаграмм пространственного распределения силы света является еще одной задачей описываемого эксперимента

В одной из работ была прослежена связь изменения энергетических показателей выходного излучения кристаллов с соответствующими им изначальными электрическими характеристиками Это было сделано подробно, но исследования в процессе деградации не проводились, а представленное поведение мощности излучения в зависимости от эчектрических характеристик носило интегральный характер, не позволяющий составить полную картину изменения излучения в разных областях кристалла, где требуется иной

подход к измерениям оптическая мощность связана со спектром излучения, который также изменялся Исходя из этого, одной из задач данной работы является сопоставление измерений электрических характеристик и соответствующих им световых потоков светодиодов в процессе наработки

Идея представления излучающей структуры, как большого числа параллельных структур с различными Eg, предложенная автором в настоящей работе, наиболее достоверно объясняет поведение большинства характеристик излучающих структур в процессе наработки Существуют достаточно справедливое утверждение о том, что излучающую структуру стоит рассматривать не как единую обласгь с флуктуацией ширины запрещенной зоны а как схему, где выполнено параллельное включение множества микроскопических р - п - переходов со своими, отличающимися друг от друга значениями Е%1 , Е%2 Е%п Набор таких р - п - переходов, включенных параллельно и формирует все спектральное распределение плотности энергетической яркости кристалла, внося свой вклад в виде отдельной длины волны и соответствующей амплитуды излучения Подобная модель излучающей структуры хорошо объясняет изменение параметров спектра со временем, когда изменения ширины запрещенной зоны каждого элемента приводят к пропорциональному изменению интенсивности излучения на своей длине вочны Точно такое же объяснение применимо и для изменения приложенного внешнего эчектрического поля При повышении V/ будут включаться мини р - п - переходы с наибольшими Eg, что увеличит вклад коротковолновых составляющих в спектр и наоборот, при этом рост амплитуды длинноволновых компонентов уже включенных в работу малыми I// на экспоненциальном участке Вольт - Амперной характеристики, будет значительно меньшим из-за явления насыщения и ограниченного их количества, при определенном 17/ первый процесс будет доминировать над вторым Этим объясняется характерная несимметрия спектрального распределения излучения, определяющаяся положением центроидной длины волны спектра при малых плотностях тока, выравнивающаяся при их увеличении или при изменении температуры В первом приближении, количественный состав переходов с различными значениями Е% будет определяться гауссовским распределением относительно средних значений Е$ для данной структуры, что и можно заметить при рассмотрении вида формы кривых спектрального распределения, как результата сложения двух функций -упомянутой выше и функции распределения Ферми - Дирака Таким же образом, состав спектра излучения позволяет судить о равномерности распределения легирующей примеси в слоях полупроводникового материала и наличии посторонних включений, что по сути и определяет качество излучающего кристалла, и как следствие долговечность жизни светодиода

В одной из публикаций описан ещё один метод определения качества и структуры материала кристалла в части наличия в нем центров безизлучательной рекомбинации в области пространственного заряда, позволяющий получить информацию об этом принципиально другим методом, использующим свойства модуляции переменным сигналом и(г) ширины ОПЗ с одновременным постоянным смещением, либо малым переменным зарядом с1д@), что вызывает пропорциональное изменение барьерной ёмкости Очевидно, что связь спектральных характеристик и определенных таким методом

качественных показателей материалов кристаллов в процессе деградации позволит наиболее достоверно усмотреть причины перераспределения светового потока и плотности тока в излучающей структуре, что может быть проверено математическим моделированием параметров структуры и также является задачей представляемой работы

Также, можно заметить, что деградационная характеристика светового потока существенно отличается от деградационной характеристики максимальной силы света в части их крутизны и тенденции ухода (рисунок 1), а наличие у светодиода оптики, объясняет факт значительного роста силы света па фоне практически не изменяющегося светового потока именно из-за описанного выше его перераспределения, а не изменения самого значения 11

1 05 1

0 95 09 О 85 О 8 0 75 0,7

О 1000 2000 3000 4000 6000 6000 700 0 8000 9000 10000

Рисунок 1 Относительные деградационные характеристики максимальной силы света IV и светового потока Б одного и того же светодиода

Анализ результатов проведенных работ по деградации, публикаций и описанных в них исследований определил основные направления для решения поставленных перед проводимым экспериментом задач Для его реализации необходимы

- разработка новой подробной и обобщающей системы всех существующих физических параметров светодиодов с учётом их взаимной зависимости и указанием деградационных характеристик

разработка новой комплексной методики измерений параметров светодиодов создание специальных компьютерных программ для обработки данных и расчетов различных величин, моделирования и анализа исследуемых процессов

- разработка и создание специального метрологического комплекса для реализации измерений параметров светодиодов, предусмотренных указанной методикой

- разработка и реализация особой методики технологии производства образцовых светодиодов для исследования и порядка отбора исходных комплектующих и готовых приборов

разработка и создание технической базы для реализации наработки светодиодов при необходимых условиях

10 Глава 2

Система электрических, светотехнических и колориметрических характеристик светодиодов Методика измерения параметров. Последовательность и порядок измерений в ходе эксперимента

В данном разделе описана не только существующая система характеристик, но и предпринята попытка формирования наиболее рациональной и информативной с точки зрения автора, отражающей максимальное количество характеристик, и что самое важное, их взаимозависимостей, которые могут учитывать также и факторы деградации параметров в зависимости от времени и различных режимов работы

Все параметры современных спецификаций делятся па группы, отражающие физический смысл и природу их происхождения, а также необходимость и удобство их использования потребителем при расчётах устройств, учитывающих или основанных на этих параметрах В составе каждой группы существующей системы параметров светодиодов, представленные характеристики расположены вне зависимости от важности (необходимости использования) для потребителя, однако информативность и физический смысл их находится в логической последовательности, позволяющей проследить связь большинства параметров

Последовательность и порядок измерений в ходе эксперимента. Структура описываемого эксперимента подразумевает измерение максимально возможного количества параметров светодиодов, как условие для получения наиболее достоверного ответа на вопрос о причинах и природе механизмов деградации излучающих структур на основе твердых растворов АШВУ Однако самым важным является нахождение связи в изменениях электрических характеристик с изменениями светотехнических в процессе деградации Поэтому основной упор был сделан на измерение этих параметров при одинаковых условиях и в одинаковых последовательностях в каждой временной точке Некоторые величины и зависимости были измерены в двух режимах импульсном, исключающем разогрев структуры и статическом, учитывающем этот фактор Благодаря достаточно симметричной диаграмме направленности излучения светодиодов, сформированной примененной оптической системой, предварительные (тестовые) расчеты светового потока показали, что для его достоверного расчета достаточно результата измерения углового распределения силы света в шести плоскостях Исходя из этого, в процессе разработки эксперимента были выделены следующие параметры, входящие в общую систему параметров, и порядок их расчета и измерения Группа электрических характеристик

1 Прямое напряжение в статическом режиме (I/ = 80 мА) -V/

2 Прямая вольт - амперная характеристика в импульсном режиме -1/{Щ 3. Обратная вольт - амперная характеристика в импульсном режиме - 1Г {Щ 4 Зависимость прямого напряжения от времени наработки V

Группа энергетических характеристик излучения

1 Угловое распределение силы света - /„ (Х2)

2 Световой поток Ф

3 Угол излучения по уровню осевой силы света 0,5 Л 2 О о,Ну

4 Зависимость силы света от прямого тока /„ (

5 Распределение светового потока по углу излучения Ф (П)

6 Плотность светового потока 1Уо или Ф(О) Шф

7 Деградационная характеристика светового потока Ф А)

8 Деградационная характеристика силы света /у (0 Группа спектральных характеристик излучения

1 Спектральное распределение энергии излучения Фё (Л)

2 Спектральная световая эффективность К (Я)

Время, в течение которого велось наблюдение за параметрами, было разбито на этапы, по завершении которых производился описываемый комплекс измерений, затем светодиоды снова устанавливались на наработку до завершения следующего этапа В каждой временной точке была реализована идентичная программа измерения всех светодиодов Последовательность измерения параметров каждого светодиода была также строго сохранена независимо от групп светодиодов или времени наработки

Методика измерений и расчета параметров. Частным случаем измерения углового распределения силы света является измерение ее значения в одной точке Совокупность этих точек (значений), соответствующих углу отклонения О от произвольно выбранной оси и есть функция пространственного распределения силы света 1Г (О)

На основе известного выражения для расчета любого значения Л автором было получено выражение для I, в реальном фотометре, где учитывается спектральное распределение излучения светодиода, относительная спектральная чувствительность фотометра и его площадь, и расстояние до источника излучения, измеренное значение силы света приобретает вид Г® г® ск(

Ва(Х) у(л)с1 а.

еСО Й (>,)(! Я-

ка£1 •'Ч 'Ч

Где

■Ч гЧ

е(а) X Еа(л) 5(х.)с1 X

Ч Ч

У(Л) - кривая видности глаза,

Е(Л) - спектральное распределение излучения исследуемого светодиода Еа(Л) - спектральное распределение излучения источника типа «А»

- функция чувствительности фотометрической головки Ка =14,35 рАЛх, коэффициент преобразования фотометра по источнику типа «А» (данные результатов очередной поверки) I - ток фотометра Ь- расстояние до фотометра 8ф - площадь фотометра

На основе полученных функций I? (¿2) автором предложен вариант расчета светового потока Ф для каждой плоскости по следующему алгоритму

Ф, = 2п

Ф2 = 2 я Ф

ф = —

¡(а) в1п(а) dQ !(□) зт(о)сЮ

1 + ф2

Соответственно, обнщй световой поток светодиода будет ЕФ Ф2+...+Фб) 16

Функция распределения светового потока по углу излучения рассчитывается с помощью этих же формул, где интеграл имеет ограничение по любому углу Таким образом, возможен расчет распределения светового потока по углу излучения Ф(Ц) с любой точностью, стремящейся к минимальному элементарному, ограниченному только лишь возможностью фиксации угла поворота датчиком гониометра - 0,1°

Непосредственно во время измерения светотехнических характеристик, после установления термодинамического равновесия измеряется значение прямого напряжения V/ на рабочем токе (80 тА) в статическом режиме Результаты измерений в разных точках временного интервала наработки составляют деградационную характеристику прямого напряжения, которая может выглядеть как на рисунке 2

иг ШГ((№)

—— Импульсный режим Статический режим

ж"

У

**

V Л и»

V Т1тс.И

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Рисунок 2 Деградационные характеристики прямого напряжения в 2-х режимах измерения Измерение прямой Вольт - Амперной характеристики (ВАХ) в импульсном режиме производится также для каждого временного интервала Установлен режим измерения с минимальной длительностью импульса тока и минимальным интервалом между импульсами, обеспечивающий его '<неразогревающее>* действие Поэтому значения прямого напряжения V/ в случае его фиксации непосредственно при измерении

светотехнических характеристик и в этом варианте при одном и том же токе будут несколько отличаться (рисунок 2) Непосредственно после этого, измеритель ВАХ переходит в режим измерения обратной ВАХ Построение семейства прямых и обратных ВАХ отражает динамику изменения электрических характеристик со временем наработки

Глава 3.

Описание концепции эксперимента по изучению деградации и построение системы оборудования для его проведения.

Описание эксперимента

Эксперимент включает в себя основную часть, которая предполагает измерения параметров специально изготовленных образцов и изучение их деградационных характеристик по установленной программе и вспомогательную часть, в которой проводятся более детальные исследования некоторых параметров, требующих углубленного исследования с применением других режимов измерений, условий протекания наработки и образцов других конструкций Также, к вспомогательной части эксперимента относится проверка сделанных на базе основного, выводов о причинах деградации параметров па значительной партии светодиодов, как факт практического применения результатов исследования Изготовление образцов со специальными параметрами для исследования и технология их производства.

Для получения достоверных результатов исследований и корректности сравнения параметров разных образцов, а также исключения влияния качества сборки на деградационные характеристики, производство светодиодов для эксперимента было выполнено по особой схеме, которая предполагала максимальное соблюдение технологии сборки приборов с контролем каждой операции и отбором из числа готовых образцов необходимого количества с предельно близкими характеристиками углового распределения силы света

В результате отбора образцов было сформировано 6 групп светодиодов, идентичных по конструкции кристалла (таблица 1),

Таблица 1 Применяемость кристаллов в образцовых светодиодах

# группы Производитель кристалла Тип кристалла Цвет Материал Диапазон

1 CREE МВп^ш С470-МВ290-Е1000 Синий InGaN/AlGaN/GaN B1 - B50

2 CREE МВп^1М С527-МВ290-Б0500 Зелёный InGaN/AlGaN/GaN G1 -G50

3 EPISTAR Е8-СЕОН713 Зелёный InGaN/AlGaN/GaN Z1 - Z50

4 EPISTAR Е8-СА11Ь512 Красный AlGalnP R1 - R50

5 EPISTAR Е8-8АУЬ814 Жёлтый AlGalnP Y1 - Y50

6 LUMILEDS НШ^-ВЗП Жёлтый AlGalnP J1 -J50

по 4 подгруппы в каждой группе, и по 5 светодиодов в подгруппе Всего 20 светодиодов в каждой группе С учётом количества групп (6) получилось 120 образцовых приборов, отобранных по всем вышеизложенным правилам

Систематизация, разработка и изготовление измерительного и вспомогательного оборудования для проведения эксперимента.

Для осуществления описанной программы измерений подавляющее большинство электронных устройств, механических систем и средств измерения было разработано и изготовлено специально - фотометрический стенд

2 Гониометр

7 Измеритель ВАХ

Рисунок 3 Блок - схема фотометрического стенда, специально разработанного для проведения эксперимента.

Фотометр 1 выполнен на основе фотометрической головки типа ГФ-38 Гониометр 2 имеет датчик угла поворота в горизонтальной плоскости (на рисунке 3 24 - «Н»), способный регистрировать угловое перемещение гониометра вместе с закрепленным на нем излучателем (светодиодом) в размере 6-ти угловых минут

Прецизионный источник тока 5 имеет 3 идентичных канала с цифровой настройкой значения выходного тока раздельно в каждом канале в пределах 0-100 шА Измеритель ВАХ - 7 был разработан с учетом возможности измерений подавляющего большинства электрических характеристик светодиодов Предусмотрена возможность изменения времени измерения между дискретами в диапазоне 20 мкс - 30 мин для реализации режимов импульсного и разогревающего действия тока Для измерений спектрального распределения энергии излучения Ф, (Л) использовался спектрофотометр

- оборудование для обеспечения необходимых режимов светодиодов во время наработки.

Основным условием является факт постоянства пребывания светодиодов в рабочем состоянии, по возможности с минимальным количеством коммутационных циклов, которые обязательно внесут свой вклад в деградацию параметров Исходя из этого, была разработана особая система питания светодиодов Для каждого из исследуемых образцов

индивидуально была применена двухступенчатая схема стабилизации по напряжению и току

Глава 4.

Исследование физических механизмов деградации. Деградационные характеристики параметров светодиодов, их расчет и практическое применение на производстве.

Анализ поведения полученных деградационных характеристик выявил наиболее общую особенность для материалов всей группы на основе твердых растворов АШВУ светодиоды с наибольшими значениями светового потока в группах имеют наименьшую степень деградации параметров, причем энергетическая световая эффективность при этом может и не превышать среднего для группы показателя Это полностью подгверждается расчётом результатов данного исследования при условии формирования подгрупп светодиодов по принципу начального значения светового потока

Физические механизмы деградации параметров Автором было высказано предположение, что многие экспериментальные данные по свойствам синих светодиодов ширина спектрального распределения, сдвиг максимума излучения в коротковолновую область при увеличении плотности прямого тока в '' отсутствие нагрева активной области (например, при питании в импульсном режиме), вольт - амперные характеристики и т д, могут быть рассмотрены на основе модели неравномерного распределения состава 1пхСа1.хК в активной области кристалла, при этом предлагалось рассматривать модель кристалла и светодиода, изображенную на рисунке 4 Данная модель (флуктуация содержания 1п в квантовых ямах) упоминалась Маняхиным Ф И, Юновичем А Э при описании исследований спектрального состава излучения структур на основе 1пхСа1.хЫ с учетом хвостов плотности состояний в 20 структурах

Согласно этой модели, светодиод представляет собой совокупность параллельно включенных микродиодов, имеющих одинаковые параметры широкозонных п - GaN и р -GaN эмиттеров, но отличающихся друг от друга содержанием индия в квантовых ямах Последовательно с этой совокупностью микродиодов включено общее сопротивление контактов Площади микродиодов (секторов, площадок) S(x) с различным содержанием индия (х) в квантовых ямах в первом приближении могут быть описаны гауссовским

распределением относительно средних значений х = 0,4 для зелёных светодиодов и х = 0,2 для синих

S(x) =

So

\[гп

exp

-(x-xp)2

2 ст

0

exp

-(X-xq)2 _ 2 (0 016?)2 _

(41)

'2 71 0 0167

где So - полная площадь кристалла светодиода, величина х изменяется дискретно в пределах х = 0,15 0,25 с шагом dx = 0,01, а величина хо = 0,2

По многим экспериментальным данным, эта величина хо является типичной для синих светодиодов Величина с = 0,0167 выбрана из необходимости соблюдения известного условия (4 2)

(xmm - х0) = (хтах - х0) = 3 ст (4 2)

Таким образом, было необходимо рассчитать ВАХ каждого микродиода со своим значением х, и своей величиной площади, а затем, учитывая их параллельное соединение при заданной величине прямого напряжения, рассчитать вольт - амперную характеристику светодиода в целом При этом движение зарядов в продольном направлении (параллельно р-n переходу) не учитывалось

Моделирование спектра излучения было основано на расчетах суммарной скорости излучательной рекомбинации в наборе квантовых ям (Цвв) и полного числа квантов, излучаемых в наборе ям (Ubb*S*(1) при различных значениях состава х На рисунке 5 приведено сравнение рассчитанной вольт - амперной характеристики и экспериментальной

Рисунок 5 ВАХ светодиодов группы 1 с разными прямыми напряжениями в начальный момент и модель ВАХ, рассчитанная по гауссовскому распределению площадей микро -р-п переходов с различным содержанием индия Видно отличие крутизны характеристик на самых малых и самых больших токах, свидетельствующее о большом содержании дефектов, которые отсутствуют как в образцах с большим Щ так и в расчетной ВАХ

ВАХ светодиодов группы 1 (на основе кристалла CREE MBright™ С470-МВ290-Е1000, цвет - синий), подгруппы 4 (с самым высоким Uf(0h))

На рисунке 6 приведено сравнение рассчитанного и полученного экспериментально спектра излучения светодиодов той же группы

При моделировании ВАХ, безусловно, наличие центров безизлучательной рекомбинации не учитывалось чем и обусловлено такое отличие модели ВАХ от характеристики приборов подгруппы 1, а также совпадение с кривой приборов подгруппы 4, в излучающих структурах, в которых попросту, нет указанных дефектов в виде центров безизлучательной рекомбинации, или их количество ничтожно мало ВАХ светодиодов подгруппы 3 (среднее значение Uf(0h)) приведено для сравнения, из которого видно, что характеристика повторяет модель, только при более низких напряжениях (вероятно, это обусловлено другой комбинацией площадей с различными Uf и Eg), и также, не содержит дефектов, вызывающих изменение крутизны Однако именно средний участок ВАХ (15-30 тА) используется как при измерениях на сортировочном участке производств, так и при эксплуатации приборов, как рабочий режим Поэтому, сходство Uf(0h) всех подгрупп на этом участке не позволяет достоверно определить истинную разницу в характеристиках светодиодов, что и происходит на производстве при существующей методике сортировки

Рисунок 6 Спектр излучения Рассчитанная модель и полученное измерение Соответствие полученных различпым способом характеристик позволяет использовать рассчитанные данные для обоснования закономерностей в изменениях характеристик синих светодиодов, наблюдающихся при их длительной наработке, поскольку деградация величины светового потока экспоненциально зависит от плотности тока (4 3 ), <P(t)= 0(0h)*cxp((-j)*a*t) (4 3)

где

J-плотность тока, A/cm2,

1-время наработки, Ь,

а- коэффициент, описывающий скорость деградации, ст2*А"1*Ь1 Фф-световой поток через время наработки 1, Ф(ОЬ)-начальный световой поток, 1т

то в большей степени деградации подвержены области структуры с малыми значениями х = 0,15 0,17, через которые протекают токи с большой плотностью Вследствие этого, спектры излучения в процессе наработки смещаются в длинноволновую сторону, поскольку более коротковолновая часть спектрального распределения деградирует быстрее Исходя из формулы (4 4) можно рассчитать фактор деградации светового потока а, и значение светового потока в любой момент времени наработки ^ относительно начального Ф(0Ь) (4 5), или установившегося в течение некоторого времени стабилизации параметров Ътаб, (4 6 ),о котором говорилось ранее (1000 - 3000 часов), что может служить долгосрочным прогнозом поведения этой важной характеристики и выводом о качестве и надежности светодиода

На основе пред^?женных выражений для расчетов, производится оценка деградации светового потока произведенных светодиодов без их долговременной наработки и вывод об их качестве

Практическое применепие результатов эксперимента па производстве

На основании лабораторного эксперимента по изучению деградации был рассчитан примерный прогноз печедения осевой силы света отдельных групп диодов, сформированных по признаку рдадачия наклонов ВАХ (как функций прямого напряжения от тока), и разработан план проведения производственною исследования по проверке возможностей сортировочной машины дифференцировать описанные группы диодов, и соответствию поведения светового потока во врамери отсортированных образцов по рассчитанным в лаборатории зависимостям

Для данного исследования были отобраны светодиоды, предварительно уже отсортированные на выходе из производства, и имеющие по показаниям начальной (0Ь наработки) сортировки, одинаковые параметры IV, Щ Ьс1от, не имеющие обратного тока, и признанные годными Также, все количество (более 100000 образцов каждого типа) было произведено одной сменой персонала, из комплектующих одной партии и в одно время Эта сортировка проводилась по стандартной методике на одном значении тока - 20 тА Однако значения прямого напряжения на этом токе не имеют достаточного разброса для разделения светодиодов на группы из - за специфического хода ВАХ (рисунок 7), и как говорилось ранее, существенное отличие может быть замечено лишь при больших плотностях тока Выявление этого факта стало возможным только при исследовании

a = -ln[®(t2)/®(ti)]/J*(t2-ti)

(44)

где

Ф(10 - световой поток через время наработки ti

Ф(*г) - световой поток через время наработки tj

J-плотность тока, A/cm2,

®(t)= l,0*exp((-J)* a *tn)

0(0= [Ф&табУ 0(0h)]*exp((-j)* a *tn)

(45)

(46)

большого числа светодиодов по предложенной методике, и позволило обнаружить очень важный недостаток в принятой мировой практикой производства системе сортировки готовых светодиодов, и тем самым объяснить причину появления потенциально дефектных приборов в общей массе признанных годными Поэтому, бьпо принято решение об измерении всех возможных параметров приборов всей партии на пяти точках значения тока 11= 10, 20, 40, 80, 100 тА (что возможно реализовать в подавляющем большинстве типов сортировочных машин без увеличения затрат времени на измерение одного образца) в импульсном режиме, с временными параметрами импульсов токов, рекомендованных производителем светодиодов А сортировку по прямому напряжению после расчёта его значения, производить на токах не менее 60 -80 тА

Отсортированные по рассчитанному признаку диоды (3 группы по наклону ВАХ) при нулевой наработке имени следующий разброс но силе света от максимального значения всей партии

- с большой крутизной (зона 1 рисунка 7) ВАХ - 94-95%

- со средней крутизной (зона 2 рисунка 7) ВАХ - 100% -с меньшей крутизной (зона 3 рисунка 7) ВАХ - 95-96%

Рисунок 7 Вольт - амперные характеристики светодиодов, исследовавшихся на производстве при нуле часов наработки Диаграмма включает не менее 100000 образцов

После проведения операции искусственного старения, соответствующей не менее чем 3-5 тыс часам наработки и сортировки по описанному критерию, были получены следующие результаты по силе света от максимального значения всей партии

- с большой крутизной (зона 1 рисунка 7) ВАХ - 84-86%

- со средней крутизной (зона 2 рисунка 7) ВАХ -100%

- с меньшей крутизной (зона 3 рисунка 7) ВАХ - 94-95%

Как видно из представленных результатов, предположение об увеличенной деградации силы света светодиодов группы с большой крутизной ВАХ подтверждается

Выводы

1 Разработана новая система существующих параметров светодиодов, основанная на учете их физических взаимозависимостей и включающая характеристики, описывающие деградацию параметров светодиодов (скорость деградации светового потока и силы света, изменение прямого напряжения за время наработки), позволяющая установить связь любого параметра с последующей деградацией других, что необходимо при проектировании устройств на светодиодах

2 Установлено, что основные характеристики светодиодов на основе АЮаШЧ ширина спектрального распределения, сдвиг максимума излучения в коротковолновую область при увеличении плотности прямого тока в отсутствие нагрева активной области (например, при питании в импульсном режиме), вольт - амперные характеристики и т д , могут быть рассчитаны на основе модели неравномерного распределения состава 1пхСа| ХК в активной области кристалла, а излучающий кристалл представляет собой совокупность параллельно включенных микродиодов, имеющих одинаковые параметры широкозонных п

- СаК и р - ваК эмиттеров, но отличающихся друг от друга содержанием индия в квантовых ямах

3 С помцщью компьютерного моделирования активной области структуры в части суммарной скорости излучательной рекомбинации в наборе квантовых ям (11вв) и полного числа квантов, излучаемых в наборе ям (11вв * Э*с1), установлено, что через площадки с меньшим (х<0,2) содержанием индия (х) в квантовых ямах проходит ток значительно большей плотности, что объясняет ускоренную деградацию характеристик их излучения и соответствующее этому, смещение спектрального состава излучения всей структуры в длинноволновую сторону

4 Предложенная модель излучающей структуры светодиода, представ чяющая из себя совокупность мини р-п переходов с различными Ш и Eg, формирующими своим параллельным включением суммарную вольт - амперную характеристику и спектральное распределение излучения объясняет связь электрических характеристик структуры и физические механизмы деградации светового потока

5 Установлена взаимосвязь между изначальными параметрами и показателями деградации тех или иных характеристик светодиодов на основе различных конструкций кристаллов На примере поведения вольт - амперных характеристик и диаграмм распределения светового потока со временем наработки, показана возможная причина возникновения деградации параметров излучения и связь ее величины со значением прямого напряжения при определенной плотности тока в начальный момент времени наработки меньшему значению прямого напряжения соответствует больший показатель деградации светового потока

6 Разработана методика измерения и расчёта базовых характеристик светодиодов (светотехнических, фотометрических, колориметрических, электрических, энергетических и температурных), порядок проведения измерений и их последовательность, применимая при измерениях соответствующих величин современными средствами (гониофотометрами -разрешения не менее 0,1 градуса и диапазоном 0,1 - 10000 кд) и получения их значений с максимальной точностью

7 Разработан и создан универсальный метрологический комплекс для реализации измерений параметров светодиодов, а также техническая база для реализации наработки светодиодов продолжительностью не менее 50000 часов Создана нормативная база, документация и проведена сертификация средств измерений в установленном поверочной схемой порядке (с занесением в Государственный реестр средств измерений)

8 Разработана методика отбора образцов излучающих кристаллов и светодиодов для проведения экспериментов по определению деградации позволяющая осуществлять определение свойств излучающих структур в диапазоне плотностей тока через р-п-переход до 120А/ст2 Установлены основные типы производственных и технологических дефектов (несоблюдение технологии монтажа излучающего кристалла посадка на основание, приварка коптактпых проводников, температурные режимы сушки и полимеризации эпоксидных составов и условий проведения ускоренного старения, и т д), являющихся причиной появления деградации параметров светодиодов, не связанной с исследуемыми в работе механизмами ее появления

9 Использованные на производстве светодиодов разработанные методики сортировки готовой продукции на основе контроля деградации параметров с применением питания светодиодов током большой плотности в импульсном режиме в момент измерения, не менее чем на 95% позволили снизить долю выхода к потребителю светодиодов с деградацией светового потока или осевой силы света более 15% за 5000 - 7000 часов наработки, что недопустимо при применении в большинстве устройств

10 Показано, что разработанная методика проведения комплексного эксперимента по изучению механизмов деградации параметров, как готовых светодиодов, так и кристаллов для их производства на основе твёрдых растворов АЮаЫР и АЮаГпК различных конструкций позволяет получать и исследовать большинство характеристик излучения указанных структур для широкого спектра научных и производственных задач

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Аникин П П , Аникин Д П, Никифоров С Г , Столяревская Р И Методы измерения световых характеристик светодиодов // Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы» Москва, МГУ им Ломоносова, 2001 год (01 -02 11 ) Материалы конференции, стр 31 - 32

2 Агафонов Д Р , Аникин П П , Никифоров С Г Вопросы конструирования и производства светоизлучающих диодов и систем на их основе // «Светотехника» № 6 2002, стр 6-11

3 Абрамов В С , Никифоров С Г, Соболь П А , Сушков В П Свойства зеленых и синих 1пОаЫ - светодиодов // «Светодиоды и лазеры» № 1 - 2 2002, стр 30-33

4 D R Agafonov, P P Anikin, S G Nikiforov On Design and Manufacturing of LED and systems based on LED // «Light & Engineering», volume 11, number 1,2003, p 50-56

5 D Agafonov, M Murashova, S Nikiforov, О Pinchuk, R Stolyarevskaya Red LED Railway Traffic Lights Visional Perception Research // report to 25th CIE Session 2003 (25 June - 2 July), San Diego, USA Proceedings, volume 2, p D4-40-D4-43

6 Агафонов Д P , Мурашова M А , Никифоров С Г , Пинчук О П, Столяревская Р И Исследования визуального восприятия красных железнодорожных светофоров на основе светоизлучающих диодов // «Светотехника» № б 2003, стр 22 - 27

7 D Agafonov, М Murashova, S Nikiforov, О Pinchuk, R Stolyarevskaya Red LED Railway Traffic Lights Visional Perception Research // «Light & Engineering», volume 11, number 4, 2003, p 40-42

8 Абрамов В С, Никифоров С Г, Сушков В П, Шишов А В Особенности конструирования мощных белых светодиодов // «Светодиоды и лазеры» № 1 - 2 2003, стр 10-12

9 Никифоров С Г , Проблемы, теория и реальность светодиодов для современных систем отображения информации высшего качества // «Компоненты и Технологии» №5 2005, стр 48-57

10 Никифоров С Г Почему светодиоды не всегда работают так, как хотят их производители' // «Компоненты и Технологии» №7 2005, стр 16-24

11 Никифоров С Г Температура в жизни и работе светодиодов 1 часть // «Компоненты и Технологии» №9 2005, стр 48 - 54

12 Никифоров С Г Температура в жизни и работе светодиодов 2 часть // «Компоненты и Технологии» №1 2006, стр 18-23

13 Никифоров С Г Теперь электроны можно увидеть светодиоды делают электрический ток очень заметным // «Компоненты и технологии» №3 2006, с 20-27

14 Никифоров С Г, Сушков В П Измерительная лаборатория для комплексного исследования характеристик светодиодов и проведения экспериментов по изучению деградации параметров излучающих Аш Bv - структур // Материалы семинара «МИСиС -ULVAC - АГУ «Перспективные технологии и оборудование для материаловедения, микро-и наноэлектроники» 2006, стр 645

15 Никифоров С Г Исследование параметров семейства светодиодов CREE XLamp // «Компоненты и технологии» №11 2006, стр 42 - 49

Издательство ООО «ПКЦ Альтекс» Издательская лицензия ЛР № 065802 от 09.04.98.

Формат 60x90/16 Печать офсетная. Бумага офсет №1. Подписано в печать 09 02.2007 Уел печ. листов 1,5 Тираж 100 экз. Заказ 87.

Отпечатано в типографии ООО «Мультипринт» 121360, г. Москва, ул. Верейская, д 29. Тел 237-17-60; 518-76-24; 411-96-97 www.kvi-m.ru

Содержание.

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор публикаций.

1.1. Светоизлучающие диоды на основе гетероструктур.

1.2. Конструкция светодиодов.

1.3. Деградация параметров.

Глава 2. Система электрических, светотехнических и колориметрических характеристик светодиодов. Методика измерения параметров. Последовательность и порядок измерений в ходе эксперимента.

2.1. Система электрических, светотехнических и колориметрических характеристик светодиодов.

2.1.1 Группа электрических характеристик.

2.1.2. Группа энергетических характеристик излучения.

2.1.3. Группа спектральных и колориметрических характеристик излучения.

2.1.4. Группа общих температурных характеристик, условий хранения и эксплуатации.

2.2. Последовательность и порядок измерений в ходе эксперимента.

2.3. Методика измерения и расчёта параметров.

2.3.1. Фотометрические характеристики.

2.3.2 Электрические характеристики.

Глава 3. Описание концепции эксперимента по изучению деградации и построение системы оборудования для его проведения.

3.1. Наиболее общая методика подготовки и проведения эксперимента по изучению деградации.

3.2. Описание эксперимента.

3.2.1. Изготовление образцов со специальными параметрами для исследования и технология их производства.

3.2.2. Систематизация, разработка и изготовление измерительного и вспомогательного оборудования для проведения эксперимента.

Глава 4. Обоснование физических механизмов деградации. Деградационные характеристики параметров светодиодов и их применение на производстве.

4.1. Деградационные характеристики групп светодиодов.

4.2. Описание деградационных характеристик.

4.3. Физические механизмы деградации параметров.

4.4. Практическое применение результатов эксперимента на производстве.

Выводы.

Актуальность темы.

Стремительное развитие технологии производства излучающих структур в последние годы привело к значительным успехам в области повышения качества приборов на их основе. Существенно увеличилось число различных конструкций и типов серийно производимых кристаллов, изготовленных на основе эпитаксиальных гетероструктур твёрдых растворов AlGalnP и AlGalnN, позволяющих создавать источники излучения с любыми необходимыми характеристиками для различных сфер применения. Большой выбор цветов свечения, комбинация мощного излучения с любой формой его пространственного распределения и с возможностью получения любого цветового оттенка в широком динамическом диапазоне интенсивностей излучения открывают огромные перспективы использования светоизлучающих диодов на основе этих структур в качестве источников света для различных устройств. Однако, имеют место некоторые проблемы при изготовлении как самих гетероструктур, так и светодиодов на их основе, которые до сих пор недостаточно исследованы, а отсутствие методов их комплексного решения на стадии производства излучающих кристаллов и технологии их сборки в светодиодах существенно ограничивает применение готовых приборов в большинстве устройств специальной сигнализации (светофоры, световая сигнализация [1]), в устройствах ответственного применения с повышенной степенью надёжности (судовое, шахтное и аварийное освещение) и в устройствах стратегического назначения (военная и космическая техника). Наиболее значимой из всего спектра существующих проблем является проблема изменения (деградации) всего комплекса первоначальных параметров излучающих структур и светодиодов в целом. На практике это проявляется в виде изменения значений некоторых характеристик устройств с исполнительной частью на светодиодах, приводящее к искажению визуального восприятия информации человеком.

Это может иметь место, например, в больших полноцветных экранах на основе трёхцветных кластеров светодиодов (система RGB), в которых одновременно находятся в работе более 500 - 800 тыс. светодиодов, первоначально отобранных по принципу максимальной близости их параметров. Во время эксплуатации у светодиодов с различным цветом свечения могут иметь место неодинаковые изменения величины светового потока и его перераспределение по углам излучения, изменение спектров излучения и, как следствие, различные изменения значений силы света. Эти изменения приводят к появлению неоднородностей на площади экрана в виде цветных пятен с несбалансированным белым цветом и нарушенной цветопередачей изображения. В светофоре этот эффект приводит к изменению осевых значений силы света, определённых стандартами, и угловых характеристик излучения светоблоков, что неизбежно влечёт за собой ухудшение условий освещённости сетчатки глаза водителя или машиниста [2], и, как следствие, уменьшение расстояния восприятия и верности распознавания цвета сигнала. Важность этого факта достаточно велика: в конечном итоге обнаружение и правильность определения цвета сигнала светофора определяет безопасность движения в целом и жизнь человека в частности [2, 3].

Изучение механизмов деградации в сложившихся условиях массового производства кристаллов и светодиодов на их основе является очень актуальным. Результаты исследований выходят за рамки чисто научных программ и становятся необходимыми непосредственно на производстве, где уже сейчас всё больше требуется достоверная оценка не только параметров произведённых светодиодов, но и прогнозирование их надёжности и срока службы. Эта тенденция требует необходимости проведения новых исследований не только физических причин изменения различных свойств гетероструктур на основе твёрдых растворов AlGalnP и AlGalnN во время наработки светодиодов, но и разработки методик применения результатов этих исследований при конструировании и производстве светодиодов и устройств на их основе. Анализ известных результатов исследований деградации светодиодов и методов её изучения, а также особенности современного производства привели к идее проведения комплексного эксперимента, в котором проводятся измерения максимально возможного количества параметров и характеристик светодиодов с целью установления их взаимосвязи и взаимозависимости в процессе наработки. При этом для определения степени влияния конструкций и технологий изготовления гетероструктур AlGalnP и AlGalnN и кристаллов на их основе на скорость деградации важнейших параметров приборов исследуемые светодиоды должны иметь идентичные конструкции и технологии сборки. К важнейшим параметрам светодиодов относятся световой поток, сила света и падение прямого напряжения при рабочей величине прямого тока. В современном производстве эти параметры измеряются на каждом выпускаемом приборе с помощью автоматизированных установок и светодиоды сортируются по группам, имеющим определённые типичные значения этих параметров в пределах от их минимальных до их максимальных значений.

Установление связи между скоростью деградации важнейших параметров светодиодов в процессе наработки с величинами этих параметров до наработки, в перспективе, даёт возможность количественно предсказывать срок службы светодиодов ещё на стадии производства. Цель работы.

Разработка методик измерения базовых светотехнических и электрических характеристик светодиодов на основе закономерностей изменения параметров в процессе деградации электрических и излучающих свойств светодиодов с различной конструкцией кристаллов, изготовленных из эпитаксиальных гетероструктур твёрдых растворов AlGalnP и AlGalnN и разработка методик производственной квалификации светодиодов по сроку службы, позволяющих существенно повысить долю выхода качественной продукции к потребителю. Научная новизна.

1. Предложена модель, описывающая электрические и излучающие свойства AlGalnN кристаллов светодиодов, в которой учтено неоднородное распределение атомов индия в активной области гетероструктуры. Согласно этой модели, кристалл светодиода представляет собой совокупность параллельно включённых микродиодов, имеющих одинаковые параметры широкозонных n-GaN и p-GaN эмиттеров, но отличающихся друг от друга содержанием индия (X) в квантовых ямах и величиной площади р-n перехода S(X).

2. Показано, что при различных значениях X зависимости плотности тока от напряжения у микродиодов сильно отличаются. Рассчитанные суммарные вольт-амперные характеристики (ВАХ) и спектры излучения AlGalnN кристаллов в целом хорошо согласуются с экспериментальными данными при принятом в настоящей работе гауссовском распределении значений S(X).

3. В большей степени деградации подвержены области структуры с малым содержанием индия в активном слое (формирующие наиболее коротковолновую часть спектрального распределения излучения), через которые протекают токи с существенно большей плотностью, что приводит в процессе наработки к смещению спектров излучения в длинноволновую область.

4. Предложен метод расчёта светового потока O(t), для любого времени наработки светодиода t, учитывающий плотность тока через излучающую структуру.

5. Установлено, что деградация величины светового потока у гетероструктур AlGalnP жёлтого цвета свечения на Si-подложках (в среднем -48% за 10000 часов), существенно выше, чем деградация гетероструктур на GaP-подложках (в среднем -22% за 10000 часов), а у гетероструктур AlGalnN зелёного цвета свечения, выращенных на АЬОз-подложках (в среднем -40% за 10000 часов), деградация существенно выше, чем деградация у гетероструктур, выращенных на SiC-подложках (до -25% за 10000 часов). Эти результаты могут быть объяснены значительным отличием в плотности дислокаций из-за разной степени рассогласования кристаллических решёток подложек и выращенных на них структур. Практическая ценность работы.

1. Предложена новая, расширенная система существующих физических параметров светодиодов, основанная на их взаимозависимости и включающая характеристики, описывающие деградацию светодиодов: скорость деградации светового потока и силы света, изменение прямого напряжения за время наработки.

2. Разработана новая комплексная методика измерений, компьютерные программы расчётов светотехнических, фотометрических, колориметрических, электрических и энергетических характеристик и параметров светодиодов.

3. Показано, что разработанные средства, программы и методики измерений характеристик и параметров деградации светодиодов на основе AlGalnP и AlGalnN, в совокупности являются универсальным инструментом для прогнозирования изменения характеристик различных типов светодиодов, имеющих любые электрические характеристики, любое пространственное распределение излучения, разнообразные спектры и большой диапазон оптической мощности (от lmW до 10W).

4. Метрологические средства измерения характеристик светодиодов (измерительный комплекс), могут быть использованы в области разработки и применения светодиодов со статусом держателя вторичной эталонной базы -от производственных участков до научных исследовательских лабораторий.

5. На основе определённых в настоящих экспериментах значений основных параметров светодиодов была установлена последовательность и режимы их измерения, рассчитаны и обоснованы их критерии при сортировке светодиодов на производстве с помощью стандартных сортировочных машин, которые позволяют достоверно отделить приборы с потенциально большими (от -20% за 10000 час., и более) скоростями деградации силы света или светового потока. Показано, что предложенные методы сортировки на производстве не требуют дополнительного оборудования, времени и трудозатрат персонала.

6. Определено, что установленные зависимости скорости деградации светового потока в процессе наработки светодиодов от величины их прямого напряжения и значения светового потока в начальный момент времени, позволяют выполнять селекцию неисправных приборов на производстве, не прибегая к технологической операции искусственного старения (продолжительность которой обычно составляет 3-5 дней), что существенно сокращает сроки производства качественных светодиодов и исключает затраты на дорогостоящее оборудование, необходимое для проведения операции искусственного старения.

7. Применение в различных устройствах светодиодов, отсортированных по разработанным методикам на производстве показало уменьшение, не менее, чем на 90% количества приборов, чей световой поток деградировал более, чем на 20% или вышедших из строя процессе наработки всего за 2 - 3 тыс. час., что имеет особо важное значение при их использовании в изделиях, влияющих на здоровье и жизнь человека (светофоры, медицинские световые приборы, аварийное освещение, и т.д.).

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Учёт неоднородного распределения атомов индия в активной области гетероструктур ы основе AlGalnN позволяет представить кристалл светодиода как совокупность параллельно включённых микродиодов с различным содержанием индия в квантовых ямах активной области и показать, что спектр излучения и суммарный световой поток светодиода в целом являются суперпозицией спектров излучения и световых потоков всех микродиодов.

2. В процессе длительной наработки спектр излучения светодиода на основе AlGalnN смещается в длинноволновую сторону из-за более быстрой деградации микродиодов с меньшим содержанием индия, через которые протекают токи с существенно большей плотностью.

3. Наряду с изменением значения светового потока при наработке, происходит существенное перераспределение его плотности внутри диаграммы излучения по причине неоднородной степени деградации интенсивности излучения микродиодов с различным содержанием индия и изменения шунтирующего действия центров безизлучательной рекомбинации. Апробация работы.

1. Материалы по теме настоящей работы были представлены на Всероссийской конференции «Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы» в МГУ им. Ломоносова, Москва, 2001 год, докладом о методах измерения световых характеристик светодиодов.

2. Результаты по совершенствованию методик измерений светотехнических и электрических параметров и исследований по изучению физических свойств излучения светодиодов были обсуждены на 25 сессии Международной комиссии по освещению (CIE) в Сан-Диего, США, 2003 год с представлением доклада «Red LED Railway Traffic Lights Visional Perception Research».

3. Материалы по теме настоящей работы были представлены на 37-ом международном семинаре «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах» 28 - 30 ноября 2006г. в МЭИ, докладом о результатах исследований физических механизмов деградации и сортировки светодиодов на производстве с применением разработанной методики контроля деградации параметров.

Публикации.

Всего по теме диссертационной работы автором опубликовано 15 печатных работ.

Выводы

1. Разработана новая система существующих параметров светодиодов, основанная на учёте их физических взаимозависимостей и включающая характеристики, описывающие деградацию параметров светодиодов (скорость деградации светового потока и силы света, изменение прямого напряжения за время наработки), позволяющая установить связь любого параметра с последующей деградацией других, что необходимо при проектировании устройств на светодиодах.

2. Описаны факторы и физические причины, вызванные нарушением работоспособности ответственных устройств на основе светодиодов вследствие деградации их параметров, существенно влияющие на безопасность жизни и деятельности человека. Отмечена необходимость проведения исследований по изучению деградации параметров светодиодов.

3. Разработана методика проведения комплексного эксперимента по изучению механизмов деградации параметров, как готовых светодиодов, так и кристаллов для их производства на основе твёрдых растворов AlGalnP и AlGalnN различных конструкций. Разъяснён принцип выбора тех или иных физических характеристик для изучения в процессе наработки. Прослежена связь между изменениями основных параметров светодиодов в течение деградации.

4. Разработана полная и общая методика измерения и расчёта подавляющего числа возможных (светотехнических, фотометрических, колориметрических, электрических, энергетических и температурных) характеристик светодиодов, порядок проведения измерений и их последовательность, применимые при любом исследовании. Показаны особенности измерений и обработки полученных данных при изучении деградационных характеристик. Отмечено соответствие разработанных методик международным и федеральным метрологическим нормам.

5. Разработан и создан универсальный метрологический комплекс для реализации измерений параметров светодиодов, а также техническая база для реализации наработки светодиодов продолжительностью не менее 50000 часов. Показаны возможности данного комплекса в части измерений указанных характеристик подавляющего числа типов существующих светодиодов при проведении любых исследований и экспериментов. Создана нормативная база, документация и проведена сертификация средств измерений в установленном поверочной схемой порядке (с занесением в Государственный реестр средств измерений).

6. Разработана методика отбора образцов излучающих кристаллов и светодиодов для проведения экспериментов по определению деградации позволяющая осуществлять определение свойств излучающих структур в диапазоне плотностей тока через р-п-переход до 120А/ст2. Установлены основные типы производственных и технологических дефектов (несоблюдение технологии монтажа излучающего кристалла: посадка на основание, приварка контактных проводников, температурные режимы сушки и полимеризации эпоксидных составов и условий проведения ускоренного старения, и т. д.), являющихся причиной появления деградации параметров светодиодов, не связанной с исследуемыми в работе механизмами её появления. Отмечены наиболее важные технологические операции при производстве и возможные последствия их нарушения.

7. На основе расчётов и результатов измерений, сделанных в ходе эксперимента, найдена взаимосвязь между изначальными параметрами и показателями деградации тех или иных характеристик светодиодов на основе различных конструкций кристаллов. На примере поведения вольт - амперных характеристик и диаграмм распределения светового потока со временем наработки, показана возможная причина возникновения деградации излучения и связь её величины со значением прямого напряжения при определённой плотности тока в начальный момент времени наработки. Выявлено, что при количественной оценке деградации, существенное значение имеет именно перераспределение светового потока, а не его численное изменение. Этим объясняется непропорциональное этому процессу, изменение значения максимальной силы света, не отражающее истинности физического смысла установленного явления деградации. Предложены методики изучения деградации при различных электрических режимах и условиях эксплуатации светодиодов.

8. Предложенная модель излучающей структуры светодиода, представляющая из себя совокупность мини р-n переходов с различными Uf и Eg, формирующими своим параллельным включением суммарную вольт -амперную характеристику и спектральное распределение излучения объясняет связь электрических характеристик структуры и физические механизмы деградации светового потока.

9. Установлено, что многие экспериментальные данные по свойствам синих светодиодов: ширина спектрального распределения, сдвиг максимума излучения в коротковолновую область при увеличении плотности прямого тока в отсутствие нагрева активной области (например, при питании в импульсном режиме), вольт - амперные характеристики и т. д., могут быть рассмотрены на основе модели неравномерного распределения состава InxGai XN в активной области кристалла, а светодиод представляет собой совокупность параллельно включённых микродиодов, имеющих одинаковые параметры широкозонных n - GaN и р - GaN эмиттеров, но отличающихся друг от друга содержанием индия в квантовых ямах. Площади микродиодов -S(x) с различным содержанием индия (х) в квантовых ямах в первом приближении могут быть описаны гауссовским распределением относительно средних значений х.

10. С помощью компьютерного моделирования активной области структуры в части суммарной скорости излучательной рекомбинации в наборе квантовых ям (UBB) и полного числа квантов, излучаемых в наборе ям (UBB * S*d), установлено, что через площадки с меньшим (х<0,2) содержанием индия (х) в квантовых ямах проходит ток значительно большей плотности, что объясняет ускоренную деградацию характеристик их излучения и соответствующее этому, смещение спектрального состава излучения всей структуры в длинноволновую сторону.

11. Установлено, что соответствие полученных различным способом характеристик позволяет использовать рассчитанные данные для обоснования закономерностей в изменениях характеристик светодиодов, наблюдающихся при длительной наработке, поскольку деградация величины светового потока экспоненциально зависит от плотности тока J:

Ф(0= ®(0h)*exp((-J)*a*t) где:

J-плотность тока, A/cm2; t-время наработки, h; а- коэффициент , описывающий скорость деградации, cm2*A',*h"1 Ф(1)-световой поток через время наработки t, Ф(ОЬ)-начальный световой поток, lm.

Исходя из этой закономерности, можно рассчитать фактор деградации светового потока а и значение светового потока в любой момент времени наработки t относительно начального Ф(0Ь), что может служить долгосрочным прогнозом поведения этой важной характеристики.

12. На основе рассчитанных моделей спектрального распределения излучения и вольт - амперной характеристики показано, что имеет место практическое совпадение этих характеристик с измеренными в ходе эксперимента у образцов с минимальным значением деградации параметров, и обосновано отличие этих характеристик от расчётных у приборов с высокой степенью деградации. Данные расчётов также указывают на правильность предположения о сегментной структуре активной области р-n перехода, что и следует из описанных совпадений.

13. Получены основные выводы по физическим процессам в излучающих структурах, приводящим к деградации параметров и их связь с характеристиками светодиодов:

• Образцы с наибольшим световым потоком обладают наименьшим показателем деградации светового потока

• Наряду с изменением значения светового потока происходит существенное перераспределение его плотности внутри диаграммы излучения при наработке

• Подгруппы образцов с наименьшим начальным прямым напряжением Uf(0h) имеют наибольший показатель деградации светового потока

• Центр спектрального распределения излучения смещается в длинноволновую сторону, увеличивается его ширина.

14. Установлено, что деградация величины светового потока у гетероструктур AlGalnP жёлтого цвета свечения на Si-подложках (в среднем -48% за 10000 часов), существенно выше, чем деградация гетероструктур на GaP-подложках (в среднем -22% за 10000 часов), а у гетероструктур AlGalnN зелёного цвета свечения, выращенных на А1203-подложках (в среднем -40% за 10000 часов), деградация существенно выше, чем деградация у гетероструктур, выращенных на SiC-подложках (до -25% за 10000 часов). Эти результаты могут быть объяснены значительным отличием в плотности дислокаций из-за разной степени рассогласования кристаллических решёток подложек и выращенных на них структур [44].

15. Обоснован выбор режима наработки и измерений параметров светодиодов при токе 80 тА. Применённая конструкция кристаллодержателя обладает значительной эффективностью по отводу тепла, а большая плотность тока через кристалл катализирует процессы деградации в структуре. Выбор такого значения тока также обусловлен и тем, что в дальнейшем процесс тестирования и сортировки на производстве предполагалось проводить при близких значениях прямого тока. Обоснована корректность выбора плотности тока при проведении эксперимента по деградации: преобладания механизмов деградации, связанных с температурой в данной конструкции светодиодов нет.

16. Показано, что описанные средства и методики измерений, расчётов характеристик светодиодов, а также выбранные параметры и принцип их выбора для исследования физических механизмов деградации в совокупности обладают универсальным инструментом для проведения подобных экспериментов для любых типов светодиодов, или иных источников излучения, имеющих любые электрические характеристики, формы пространственного распределения излучения, спектрального состава и широкого диапазона оптической мощности.

17. На основе представленных выводов была разработана программа проведения эксперимента по изучению выявленных деградационных зависимостей на партии светодиодов, выпущенных промышленным способом на серийном производстве. Показано, что результаты эксперимента по изучению деградации повторились при исследовании большого количества (не менее 100 ООО) светодиодов, а связь показателей деградации параметров с прямым напряжением и значением светового потока в начальный момент позволяет выполнять селекцию неисправных приборов на производстве, не прибегая к технологической операции искусственного старения. Определено, что показатель деградации имеет зависимость от конструкции излучающего кристалла, и также, определяется материалом излучающей структуры.

18. На основе рассчитанных в эксперименте величин была составлена система режимов измерения параметров при сортировке светодиодов на производстве с помощью стандартных сортировочных машин, которые позволят достоверно отделить экземпляры с потенциально большими показателями деградации или могущими впоследствии выйти из строя, хотя и изначально удовлетворяющие всем требованиям. Обосновано, что критерии сортировки должны быть рассчитаны при больших плотностях тока, что подтвердила серия выполненных сортировок с измерением параметров в пяти точках при разном прямом токе в импульсном режиме. Установлено, что предложенная методика такой сортировки позволяет также сделать достоверный прогноз качества произведённых светодиодов и мобильно скорректировать необходимые технологические операции для устранения возможного брака на выходе. Сделан акцент на то, что предложенные методы сортировки на производстве не несут ни дополнительных затрат времени, ни оборудования, ни энергии, ни трудозатрат персонала.

1. Официальные рекомендации Международной комиссии по освещению (МКО), публикация МКО № 2.2(ТС-1.6) Цвета световых сигналов. 1975.

2. Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике: Пер. с англ. под ред. Л.Ф. Артюшина; М.: Мир, 1978.

3. Агафонов Д. Р., Мурашова М. А., Никифоров С. Г., Пинчук О. П., Столяревская Р. И. // Исследования визуального восприятия красных железнодорожных светофоров на основе СИД. «Светотехника» №6 (2003 г.) стр.22.

4. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Том 1 2, «Мир», Москва, 1984 г.

5. Shuji Nakamura, Gerhard Fasol. "The Blue Laser Diode. GaN based Light Emitters and Lasers." Springer, 1998

6. Мармалюк А. А. Исследование и разработка процесса МОС гидридной эпитаксии нитрида галлия. // Дисс. канд. техн. наук - М., 1998 - 177 с.

7. Абрамов В. С., Никифоров С. Г., Соболь П. А., Сушков В. П. // Свойства зелёных и синих InGaN светодиодов. «Светодиоды и лазеры» №1 - 2, (2002г.) с. 30 - 33.

8. Ермаков О.Н., Сушков В.П. Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы. М.: Радио и связь, 1990.

9. Пасынков В.В., Чиркин JI.K., Полупроводниковые приборы, «Лань», Москва, С. П., Краснодар, 2003 г.12. www.lumileds.com Тиристорный эффект в кристаллах на подложке GaP.13. www.cree.com Технические характеристики кристаллов на подложке SiC.

10. Абрамов B.C., Сушков В.П., Сыпко Н.И. Метод измерения температуры р-п перехода светодиодов. // «Светодиоды и лазеры» №1 -2, (2002г.) с. 35 37.

11. Никифоров С.Г. Температура в жизни и работе светодиодов. // «Компоненты и технологии» №9, (2005 г.) с. 48 54., №1, (2006 г.) с. 18 - 23.

12. Патент РФ №2114492 «Светоизлучающий диод» (Светоизлучающий диод с линзой на основе макролона и улучшенным теплоотводом).

13. ГОСТ 25695-91 «Светофоры дорожные. Типы. Основные параметры»,

14. ГОСТ 24179-80 «Светофильтры, светофильтры-линзы, линзы, рассеиватели и отклоняющие вставки стеклянные для сигнальных приборов железнодорожного транспорта»

15. Патент PCT/RU99/00389 Luminescent diode devise (Узконаправленный светодиод с линзой Френеля).

16. Никифоров С.Г. Теперь электроны можно увидеть: светодиоды делают электрический ток очень заметным. // «Компоненты и технологии» №3, (2006 г.) с. 96- 103.

17. Никифоров С.Г. Проблемы, теория и реальность светодиодов для систем отображения информации высшего качества. // «Компоненты и технологии» №5, (2005 г.) с.48 57.

18. Бочкарёва Н.И., Ефремов А.А., Ребане Ю.Т., Горбунов Р.И., Клочков А.В., Шретер Ю.Г. Деградация инжекции носителей заряда и деградация голубых светодиодов. // «Физика и техника полупроводников», 2006 г, том 40, вып. 6., стр 122- 127.

19. Гонтарук А.Н., Корбутяк Д.В., Корбут Е.В., Мачулин В.Ф., Олих Я.М., Тартачник В.П. Деградационно-релаксационные явления в светоизлучающих р п - структурах на основе фосфида галлия, стимулированные ультразвуком. // ЖТФ, 1998, том 24, № 15.

20. Никифоров С.Г. Почему светодиоды не всегда работают так, как хотят их производители? // «Компоненты и технологии» №7, (2005 г.) с. 16 24.

21. D.R. Agafonov, P.P. Anikin, S.G. Nikiforov, «On Design and Manufacturing of LED and systems based on LED». // «Light & Engineering», volume 11, number 1, 2003, p. 50-56.

22. Котюк А.Ф. Основы оптической радиометрии M.: ФИЗМАТЛИТ, 2003г.

23. Ермаков О.Н. Прикладная оптоэлектроника. М.: Техносфера, 2004.

24. Технический доклад МКО "Измерения СИД". (Technical report "Measurements of LED's" CIE127-1997 ISBN 3 900 734 84 4.).

25. Мосс Т. Полупроводниковая оптоэлектроника. «Мир», Москва, 1976 г.

26. Закгейм A.JI. Особенности работы светодиодов сине-зеленого диапазона на основе InGaN- структур с квантово-размерной активной областью при высоких уровнях возбуждения. // Электроника, №3, (1999), стр. 16.

27. Маняхин Ф.И., Кодак А. Метод контроля технологии светодиодных структур. // «Компоненты и технологии» №6, (2005 г.) с.236 238.

28. Сидоров В.Г, Сидоров Д.В., Соколов В.И. Влияние внутренних механических напряжений на характеристики светодиодов из арсенида галлия. // «Физика и техника полупроводников», 1998г, том 32, №11., стр 1393 1398.

29. Патент РФ №2170995 «Светодиодное устройство» (Светодиод, охлаждаемый Пельтье)).

30. Рожанский И.В, Закгейм Д.А. Анализ причин падения эффективности электролюминесценции светодиодных гетероструктур AlGalnN при большой плотности тока накачки. // «Физика и техника полупроводников», 2006г, том 40, вып. 7, стр 861 867.

31. D. Winston. Simwindows 1.5.0.

32. D. Winston. Physical simulation of optoelectronic semiconductor devices. The thesis for P.H.D. degree. Department of E.C.E. of the University of Colorado, 1996.

33. Сушков В.П., Кузнецов Г.Д., Рабинович О.И. Компьютерное моделирование параметров полупроводниковых компонентов микроэлектроники. Москва, «Учёба», 2005г.

34. Никифоров С.Г. Исследование параметров семейства светодиодов CREE XLamp. // «Компоненты и технологии» №11 2006, стр. 42 49.

35. Четверикова И.Ф., Чукичёв М.В., Храмцов А.Н. Оптические свойства нитрида галлия. М.: ЦНИИ «Электроника», 1982, 58 стр. (Обзоры по электронной технике. Сер. 6, Материалы, вып. 8).

36. Коган Л.М. Светоизлучающие диоды // Электронная техника. Сер. 2, Полупроводниковые приборы. 1982, вып. 3. стр. 100-111.

37. Юнович А.Э. Излучательная рекомбинация и оптические свойства фосфида галлия. // Излучательная рекомбинация в полупроводниках. М.: «Наука», 1972, стр. 224-297.

38. Коган Л.М. Полупроводниковые светоизлучающие диоды. М.: Энергоатом из дат, 1983, 207 стр.

39. Ермаков О.Н., Сушков В.П. Влияние дислокационной структуры и характера примесного легирования на излучательные характеристики твёрдых растворов А3В5. // Электронная техника. Сер. 2, Полупроводниковые приборы, 1987, вып.4 (190), стр. 27-34.

40. Дзино В.Н., Кононок М.Л., Скарин В.К., Щербаков Н.В. Автоматизация процессов сборки полупроводниковых индикаторов. // Электронная промышленность, 1982, вып. 5-6, стр.57-58.

41. Носов Ю.Р. Применение оптоэлектронных приборов. М.: Радио и связь, 1981,342 стр.

42. Ермаков О.Н., Аксёнов В.Ф., Игнаткина Р.С. Светоизлучающие диоды зелёного цвета свечения с повышенной температурной стабильностью потока излучения. // Тез. докл. на 4 Всесоюз. конф. «Фотометрия и её метрологическое обеспечение». М., 1982, стр. 103.

43. Ермаков О.Н., Аксёнов В.Ф., Игнаткина Р.С. Светодиоды видимого диапазона спектра с повышенной температурной стабильностью излучательных характеристик. // Тез. докл. на 5 Всесоюз. конф. «Фотометрия и её метрологическое обеспечение». М., 1984, стр. 157.

44. Синкевич В.Ф., Соловьёв В.Н. Физические механизмы деградации полупроводниковых приборов. // Зарубежная электронная техника, 1984, вып. 2 (273), стр. 3-46.

45. Горин Б.В., Кив Е.В., Плотникова Л.Г., Соловьёв В.Н. М.: ЦНИИ «Электроника» 1983, 56 стр. (Обзоры по электронной технике, вып. 48).

46. Птащенко А.А. Деградация светоизлучающих приборов. // Журнал прикладной спектроскопии. 1980, вып. 5, стр. 781-803.

47. Gold R. D., Weisberg L. R. Permanent Degradation of GaAs Tunnel Diodes. // Solid State Electronics, 1967, Vol. 7, #11. P. 811-821.

48. Сушков В.П., Щепетилова Л.А. Деградация интенсивности излучения инжекционных источников света. // Электронная техника, сер. 2, Полупроводниковые приборы, 1971, вып. 5, стр. 3-7.

49. Сушков В.П. Физические основы деградации полупроводниковых излучающих диодов. // Физические основы надёжности и деградации полупроводниковых приборов, ч. 1. Кишинёв, 1982, стр. 24-25.

50. Shimano N. The effect of Thermal Stress on the Temperature Dependence of Degradation in GaAso^Po.i LEDs Operating at High Currents Densities. // J Appl. Phys.- Vol. 51, #3. P. 1818-1824.

51. Аладинский B.K., Карацюба А.П. Диффузионная теория деградационных явлений в электролюминесцентных диодах. // Электронная техника, сер. 2, Полупроводниковые приборы, 1978, вып. 4, стр. 51-58.

52. Егоров Л.П., Никифоров С.С., Воротынский В.А. Форсированные испытания для оценки надёжности светоизлучающих приборов. // Электронная техника, сер. 2, Полупроводниковые приборы, 1978, вып. 7, стр. 113-118.

53. Гурков J1.H., Ермаков О.Н., Ермошина Т.А., Сушков В.П. Импульсная фотометрия ЦЗИ. // Вопросы микроэлектроники и физики полупроводниковых приборов. Тбилиси, 1980, стр. 70-71.

54. Волков В.В., Закгейм A.J1. Мощные полупроводниковые источники излучения. Электроника №3, (1999), стр. 16.

55. Mukai Т., Yamada М., Nakamura S. Characteristics of InGaN-based UV/Blue/Green/Amber/Red Light-Emitting-Diodes. Jpn.J.Appl.Phys. 38, (1999), L3976.

56. Nakamura S. et. al. High-power single-quantum-well structure blue and violet light-emitting diodes. Appl. Phys. Lett. 67, (1995), LI868.

57. Nakamura S., Fasol G. The blue Laser Diode; GaN based Light Emitters and Lasers. Heidelberg, 1997.

58. Ковалев A.H., Маняхин Ф.И. Эффективные светодиоды на основе AlGaN/InGaN/GaN гетероструктур. // Изв. вузов. Материалы электронной техники 1998- №1.

59. Туркин А.Н. Механизмы излучательной рекомбинации в гетероструктурах на основе InGaN/AlGaN/GaN с одиночными квантовыми ямами // Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н., Москва, 1998.

60. Лундин В.В. Эпитаксиальные слои GaN и многослойные структуры GaN/AlGaN. Разработка технологии выращивания и исследование свойств // Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н., С.-Пб., 1998.

61. Нашельский А.Я. Технология спецматериалов электронной техники. М.: Металлургия, 1993.

62. Hatcher М. Traditional Cree seeks next big thing. Compound Semiconductor, September, 12,2006.

63. Hatcher M. Osram develops tiny thin-GaN white LED. Compound Semiconductor, April, 13, 2005.

64. Jinschek J.R. et al. Local indium segregation and band gap variations in high efficiency green light emitting InGaN/GaN diodes. Solid State Com., 137, 230-234, 2006.

65. Ермаков О.Н. Излунательные характеристики гетероструктур на основе широкозонных четырёхкомпонентных твёрдых растворов А3В5. // Электронная техника. Сер. 2, Полупроводниковые приборы, 1984, вып. 6, стр. 16-26.

66. Аладинский В.К., Барышников Д.А., Соляр В.Г. Расчёт нелинейности температурной зависимости прямого напряжения р-n перехода. // Электронная техника. Сер. 2, Полупроводниковые приборы, 1984, вып. 6, стр. 16-26.

67. Николаев Ю.Н., Кулешов В.М. Зависимость температурного коэффициента излучения светодиодов от тока питания. // Тез. докл. на 5 Всесоюз. конф. «Фотометрия и её метрологическое обеспечение». М., 1984, стр. 164.

68. Кравцов В.Е., Кузнецов В.И., Ловинский Л.С. Метод температурной стабилизации потоков излучения светодиодов. // Метрология. 1979, №8, стр. 15-19.

69. Баринова Э.Ю., Вишневская Б.И., Коган Л.М. Температурная зависимость зелёного светодиода из GaP в интервале температур от -60 до +60°С. // Электронная техника. Сер. 2, Полупроводниковые приборы, 1982, вып. 7, стр. 46-53.

70. Птащенко А.А., Мороз Н.В., Цап Б.В. Деградация излучающих р-п-переходов // Обеспечение качества и надежности РЭА и ЭВА. Межвузовск. сборн. научн. труд. Москва. МИП. 1989.-С.62-79.

71. Закон «Об обеспечении единства измерений» (в ред. Федерального закона от 10.01.2003 № 15-ФЗ).

72. ГОСТ Р 51000.4-96. Система аккредитации в РФ. «Общие требования к аккредитации испытательных лабораторий». Госстандарт РФ, официальная копия документа № 036.637.

73. ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2000. «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий».

74. Кудряшов В.Е., Туркин А.Н., Юнович А.Э., Ковалёв А.Н., Маняхин Ф.И. Люминесцентные и электрические свойства светодиодов с множественными квантовыми ямами. // «Физика и техника полупроводников», 1999г, том 33, вып. 4, стр. 445 450.