Высокоэффективные излучающие приборы на основе гетероструктур AlGaInN тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им А Ф ИОФФЕ

На правах рукописи

Смирнова Ирина Павловна

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ ИЗЛУЧАЮЩИЕ ПРИБОРЫ НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР АЮаШЧ

Специальность:

01 04 10 - физика полупроводников

III

003 161703

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2007

Работа выполнена в Физико-техническом институте им А Ф Иоффе РАН

Научный руководитель

доктор физико-математических наук С А Гуревич Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук А Н Пихтин доктор физико-математических наук О М Сресели

Ведущая организация

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Защита состоится 2007г в/^ас на заседании

диссертационного совета К002 205 02 Физико-технического института им А Ф Иоффе РАН по адресу 194021, Санкт-Петербург, ул Политехническая, д 26, ФТИ им А Ф Иоффе РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Отзывы об автореферате в двух экземплярах, заверенные печатью, просим высылать по указанному адресу ученому секретарю диссертационного совета

Автореферат разослан " 2007г

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук

Г С Куликов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В последние годы достигнут значительный прогресс в технологии эпитаксиального выращивания гетероструктур АКЗаШЯ, что привело к созданию на основе этих структур эффективных светодиодов, работающих в видимой, синей и ближней ультрафиолетовой областях спектра [1] Такие светодиоды находят все большее широкое применение в системах индикации, подсветки, навигации и т д Наиболее важная область применения - создание на основе синих светодиодов АЮа1пЫ источников белого света, способных составить конкуренцию традиционным лампам накаливания, флуоресцентным и галогеновым лампам

В большинстве случаев эффективность использования светодиодных систем возрастает с ростом мощности излучения самих светодиодов Для достижения значительной мощности излучения светодиода необходимо обеспечить высокую внутреннюю квантовую эффективность исходной гетероструктуры АЮаМЫ, а также создать условия для эффективного вывода генерируемого света из кристалла Важная особенность гетероструктур АЮаЫЫ состоит в том, что в них, как правило, наблюдается довольно резкий спад внутренней квантовой эффективности с увеличением плотности тока накачки Поэтому высокая мощность излучения не может достигаться только путем увеличения плотности тока накачки, необходимо также использовать кристаллы светодиодов с большой площадью излучающей поверхности В светодиодах на основе гетероструктур АЮа1п1Я, чаще всего выращенных на подложках из сапфира, эффективность вывода излучения ограничена эффектом полного внутреннего отражения генерируемого света на границах полупроводника с воздухом и с подложкой Наиболее эффективные способы повышения эффективности вывода генерируемого излучения состоят в создании отражающих контактов, формировании оптических неоднородностей в структуре прибора, в частности, рассеивающего свет микрорельфа на

з

поверхности кристалла В кристаллах светодиодов АЮаШЧ большой мощности и, соответственно, большой площади, на первый план выходит также проблема однородности распределения тока накачки по площади р-п перехода Решение этой проблемы требует использования специальной конфигурации контактов Актуальной задачей является минимизация последовательного электрического сопротивления и создание условий для эффективного отвода тепла от активной области Отмеченные проблемы могут быть наиболее эффективно решены при использовании обращенной (флип-чип) конструкции кристалла светодиода, в которой п- и /»-контакты расположены с одной (лицевой) стороны и свет выводится через прозрачную сапфировую подложку

Таким образом, разработка конструкций и технологии изготовления светодиодов на основе гетероструктур АЮаШ^Г, получение и исследование свойств низкоомных, отражающих и рассеивающих свет контактов к эпитаксиальным слоям ОаЫ, направленные на достижение высоких значений эффективности и мощности излучения светодиодов, является актуальной задачей

Цели работы

- Увеличение эффективности вывода излучения из кристаллов светодиодов на основе гетероструктур АЮаЫМ (X = 430-470 нм) путем оптимизации конструкции и технологии изготовления (применение флип-чип конструкции с двухуровневой меза-структурой)

- Разработка технологии получения и исследование характеристик низкоомных контактов к слоям СаИ р- и и-типа проводимости, создание низкоомных контактов, обеспечивающих высокий коэффициент отражения света в синей области спектра

- Создание и исследование оптических свойств диффузно-рассеивающего и диффузно-отражающего микрорельефа на поверхности кристаллов светодиодов АЮаШ^ с целью увеличения внешней квантовой эффективности излучения

- Исследование возможности достижения предельно высокой удельной и абсолютной мощности излучения кристаллов синих светодиодов на основе гетероструктур AlGalnN, разработка технологии изготовления кристаллов с площадью активной области ~ 1 мм2, работающих при плотности тока накачки более 100 А/см2 и обеспечивающих мощность излучения свыше 500 мВт

Научная новизна работы

- Показано, что по сравнению со стандартными конструкциями светодиодов на основе AlGalnN в кристаллах с контактными площадками на поверхности структуры (геометрия флип-чип) существенное увеличение внешней квантовой эффективности излучения может быть достигнуто благодаря применению двухуровневой меза-структуры и отражающих омических контактов к слоям GaN р- и и-типа проводимости

- Предложены оригинальные системы омических контактов к слою «-GaN на основе Ti/Au и Ti/Ag, обеспечивающие удельное контактное сопротивление < 5 10~6 Ом см2 без применения высокотемпературного отжига (контакт Ti/Ag является отражающим)

- Показано, что создание рассеивающего свет микрорельефа на поверхности кристалла светодиода AlGalnN ведет к значительному увеличению эффективности излучения, при этом величина эффективности практически не зависит от размера кристалла

- Впервые на отдельном кристалле светодиода AlGalnN осуществлена операция лазерного удаления (lift-off) сапфировой подложки с последующим созданием рассеивающего свет микрорельефа на поверхности w-GaN

- Предложена новая конструкция кристалла светодиода AlGalnN высокой мощности с площадью активной области 1мм2 Применение двухуровневой разводки контактов позволило обеспечить равномерное распределение тока накачки по поверхности кристалла и достичь значения выходной оптической мощности 550 мВт

Практическая ценность работы

- Разработана технология получения омических контактов к и-GaN на основе двухслойной металлизации Ti/Au и Ti/Ag, обеспечивающая удельное контактное сопротивление < 5 1СГ6 Ом см2 без применения высокотемпературного отжига, а также технология омического контакта к слою p-GaN на основе Ni/Ag с удельным сопротивлением < 1 10~3 Ом см2 Контакты Ti/Ag и Ni/Ag обладают высоким коэффициентом отражения (-0,85) в синей области спектра Разработанная технология может использоваться при изготовлении различных оптоэлектронных и электронных приборов на основе гетероструктур AlGalnN

- Разработана конструкция и технология изготовления синих светодиодов AlGalnN средней мощности (конструкция с двухуровневой меза-структурой), работающих в непрерывном режиме при комнатной температуре и обеспечивающих выходную мощность излучения 150 мВт (ток накачки 800А, максимальная внешняя квантовая эффективность 33%, дифференциальное сопротивление 1 8 Ом)

- Разработана оригинальная конструкция и технология изготовления синих светодиодов AlGalnN высокой мощности (конструкция с двухуровневой разводкой контактов) Максимальная мощность излучения в непрерывном режиме составляет 550 мВт (рабочая площадь - 1 мм2, ток накачки - до 2 А, максимальная внешняя квантовая эффективность - 26%, тепловое сопротивление - 9-10 К/Вт, рекордно низкое дифференциальное сопротивление — 0 67 Ом)

- На основе разработанных кристаллов высокой мощности изготовлены белые светодиоды (кристалл синего светодиода, покрытый люминофором) с максимальной эффективностью излучения 33 Лм/Вт

- Разработанная технология изготовления высокоэффективных синих и белых светодиодов на основе гетероструктур AlGalnN используется в ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника» в условиях серийного производства

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1 Омические контакты к и-GaN с низким удельным контактным сопротивлением, < 5 10"6 Ом см2, могут быть получены на основе двухслойных металлизаций Ti/Au и Ti/Ag без применения отжига при условии предварительной обработки поверхности полупроводника ионами Аг в плазме ВЧ разряда непосредственно перед напылением металлов

2 В кристаллах светодиодов AlGalnN, применение отражающего ¿»-контакта на основе Ni/Ag, вместо стандартного полупрозрачного /»-контакта Ni/Au, обеспечивает однородное распределение тока накачки по активной области, ведет к значительному уменьшению последовательного сопротивления прибора и более чем двукратному возрастанию внешней квантовой эффективности излучения

3 Для увеличения внешней квантовой эффективности излучения светодиодов AlGalnN флип-чип конструкции целесообразно использовать отражающий и-контакт на основе Ti/Ag

4 Создание диффузно-отражающего /»-контакта позволяет увеличить внешнюю квантовую эффективность кристалла светодиода AlGalnN в 1,5 раза

5 Применение операции лазерного удаления сапфировой подложки с последующим созданием рассеивающего микрорельефа на поверхности слоя и-GaN приводит к возрастанию внешней эффективности светодиода AlGalnN на 25-30%

6 Применение флип-чип конструкции светодиода на основе AlGalnN с двухуровневой разводкой контактов позволяет получить высокую однородность распределения тока накачки по активной области и высокую мощность излучения (до 550мВт)

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на 12-й

международной конференции "Nanostrnctures Physics and Technology", Санкт-

Петербург 2004 г, на 2-й, 3-й, 4-й и 5-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", Санкт-Петербург 2003г и 2005г, Москва 2004г и 2007г, на 5-й международной конференции "International Symposium on Blue Laser and Light Emitting Diodes ISBLLED-2004" Gyeongju, Korea 2004 г, на 5-й международной конференции "International Conference on Solid State Lighting", Bellingham, USA 2005, a также на научных семинарах лаборатории полупроводниковой квантовой электроники ФТИ им А Ф Иоффе РАН

Результаты работы успешно применяются в условиях серийного производства синих и белых светодиодов на основе гетероструктур AlGalnN в ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника» Публикации

По результатам исследований, вошедших в диссертационную работу, опубликовано 15 научных работ, список которых приведен в конце автореферата

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы Общий объем диссертации составляет 153 страницы, в том числе 80 страниц основного текста, 63 рисунка на 63 страницах и 2 таблицы Список литературы включает в себя 83 наименования

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель диссертации, изложены основные положения, выносимые на защиту

В первой главе рассматриваются различные конструкции светодиодов на основе квантово-размерных гетероструктур AlGalnN, выращенных на разных типах подложек Проанализированы преимущества и недостатки этих конструкций с точки зрения их использования для создания эффективных

светодиодов высокой мощности, работающих в синей области спектра, а также источников белого света на базе синих светодиодов, покрытых люминофором

Показано, что для решения проблем эффективного вывода излучения из кристалла и эффективного отвода тепла от его активной области наиболее перспективно применение обращенной (флип-чип) конструкции, в которой обе контактные площадки расположены со стороны эпитаксиальных слоев, а вывод излучения происходит через прозрачную сапфировую подложку [2] В этой конструкции контактные площадки используются для последующего монтажа кристалла на теплоотвод по способу "флип-чип", в качестве контакта к слою /)-СаЫ используется комбинация металлов с высокой отражающей способностью При флип-чип монтаже минимизируется тепловое сопротивление между активной областью светодиода и теплоотводом, тк тепло от р-п перехода отводится через тонкий слой СЗаМ, а не через сапфировую подложку На основе работ по моделированию оптических [3] и электрических свойств [4] светодиодных кристаллов предлагается оригинальная флип-чип конструкция излучающего кристалла с двухуровневой меза-структурой При такой конструкции кристалла первое травление проводится для вскрытия площадок под нанесение «-контакта, а второе травление (до сапфировой подложки) по всему контуру светоизлучающего кристалла осуществляется с целью повышения эффективности вывода света из кристалла за счет дополнительного отражения света от боковых стенок меза-структуры Рассмотрены основные элементы технологии изготовления этих кристаллов и светодиодов средней мощности (работающие при токе накачки 400-800мА) на их основе Экспериментально показано, что наличие глубокой меза-структуры приводит к возрастанию внешней квантовой эффективности излучающего кристалла на 10-15%

Вторая глава посвящена разработке технологии получения и исследованию свойств низкоомных омических контактов к эпитаксиальным слоям СаЫ п- и /»-типа проводимости

Для нанесения металлических слоев использовались установка магнетронного/термического напыления SCM-450 (фирма Alcatel) и установка электронно-лучевого/магнетронного напыления производства фирмы Torr, США В обеих установках предусмотрена возможность предварительной очистки поверхности образца путем травления в плазме Ar при рабочем давлении 10"'-10 Па, причем в установке фирмы Torr при низкой мощности ВЧ разряда (менее 50 Вт) В процессе напыления металлов подложкодержатель с образцами мог нагреваться до температуры 300°С Для проведения отжига контактов была специально разработана установка, позволяющая проводить процесс в атмосфере чистого N2, при давлении близком к атмосферному, при температурах от 300°С до 900°С

В качестве контакта к слою и-GaN была рассмотрена система Ti/Al/Ti/Au (25нм/120нм/60нм/100нм) Для исследования электрических характеристик и определения удельного сопротивления и-контактов применялась методика TLM (Transmission Line Method) Была исследована зависимость удельного сопротивления «-контакта от температуры отжига Минимальное удельное сопротивление было получено при температуре отжига 700°С и времени 5мин и составило 1 10~5 Ом см2 Однако, было установлено, что даже при 700°С наблюдалось частичное ухудшение излучательных характеристик светодиодов, а дальнейшее увеличение температуры отжига приводило к полной деградации светодиодной гетероструктуры AlGalnN Поэтому, с целью уменьшения контактного сопротивления при отсутствие отжига «-контакта, было изучено влияние параметров предварительной обработки поверхности полупроводника в ВЧ плазме Ar на удельное сопротивление и-контакта, а именно, зависимость от давления Ar, мощности ВЧ разряда и времени травления Показано, что для всех исследованных режимов травления, контакт к и-GaN является омическим Для определения величины удельного сопротивления контактов было взято минимальное значение контактного сопротивления и-контакта, измеренного методом TLM, и проведен численный

ю

расчет, учитывающий трехмерное растекание тока в структуре Минимальное удельное сопротивление 110~4 Ом см2 было достигнуто при мощности ВЧ разряда 75Вт, давлении Аг 1Па и времени травления 2мин Была также отмечена тенденция уменьшения контактного сопротивления с уменьшением мощности ВЧ разряда, однако в используемой установке SCM-450 (Alcatel) при мощностях менее 75Вт нельзя достичь стабильного разряда

Оптимизация технологии нанесения контакта к слою и-GaN проводилась на установке электронно-лучевого напыления При отжиге контактов низкое контактное сопротивление достигается за счет диффузии А1 к границе GaN и образования TiAIN Однако, было показано, что уже при 700°С наблюдается деградация светодиодной структуры AlGalnN, тогда как применение очистки в аргоновой плазме позволяет значительно снизить контактное сопротивление даже в отсутствие отжига Таким образом, в отсутствие отжига контактное сопротивление определяется состоянием поверхности и-GaN и свойствами металла, лежащим непосредственно на поверхности полупроводника, те Ti, а значит, отпадает необходимость нанесения А1 По этой причине, в качестве п-контакта нами было предложено использовать двухслойную систему Ti/Au (25нм/120нм) без последующего отжига Было также исследовано влияние параметров обработки поверхности и-GaN в ВЧ плазме Аг на удельное сопротивление «-контакта Ti/Au Подбор режимов травления (мощность разряда 10-12Вт, время травления ЗОмин, давление Аг Ша) позволил получить удельное сопротивление ~5 10"6 Ом см2 для «-контактов на основе Ti/Au без отжига Влияния толщины слоя Ti (в диапазоне 3-30 нм) на удельное сопротивление и-контакта и его адгезию отмечено не было

В качестве отражающего контакта к слою p-GaN исследованы различные двухслойные комбинации металлов Ni/Ag, Pt/Ag, Ni/Ai, Ni/Au Показано, что лучшими отражающими свойствами обладают комбинации №М^(4нм/220нм) и Pt/Ag(4HM/220HM) Однако показано, что светодиодные кристаллы с отражающим контактом Ni/Ag имеют лучшие вольт-амперные характеристики (ВАХ), чем кристаллы с контактом Pt/Ag Проведено сравнение кристаллов с

отражающим /»-контактом Ni/Ag(4HM/22ÜHM) и полупрозрачным /»-контактом Ni/Au(4hm/4hm) Показано, что отражающий контакт обеспечивает более низкое последовательное сопротивление прибора, большую однородность распределения тока и увеличение внешней квантовой эффективности светодиода более чем в два раза

Было исследовано влияние температуры отжига в атмосфере N2 отражающего /»-контакта Ni/Ag на ВАХ кристаллов, а также зависимость от температуры нагрева образцов во время нанесения металлов контакта Поскольку ионное травление, при котором в приповерхностном слое образуются радиационные дефекты, неприменимо для очистки поверхности р-GaN, было рассмотрено влияние различных видов предварительной химической обработки поверхности /»-GaN на ВАХ и внешнюю эффективность кристаллов Показано, что химическая обработка в кипящем растворе HNO3 HCl (1 3), нагрев образцов во время напыления металлов до 300°С и, как следствие этого, применение прямой фотолитографии для формирования контактных площадок обеспечивают снижение работы выхода приповерхностной области /»-GaN и уменьшение прямого падения напряжения на светодиоде до 2 8В при токе накачки 20мА Численное моделирование растекания электрического тока в структуре светодиода (из-за высокого сопротивления слоя /»-GaN гетероструктуры AlGalnN невозможно определить сопротивление контактов к этому слою методом TLM) позволило заключить, что удельное контактное сопротивление полученного /»-контакта составляет менее 10~3 Ом см2

Применение прецизионного метода электронно-лучевого испарения металлов позволило более точно контролировать толщины наносимых слоев и исследовать зависимость внешней квантовой эффективность кристалла от толщины слоя N1 в отражающем /»-контакте Ni/Ag Показано, что уменьшение этой толщины от 4 5нм до 1 5нм позволяет заметно (на 20%) повысить внешнюю эффективность светодиода при незначительном ухудшении его ВАХ

В данной главе представлены также оптические и электрические характеристики разработанных флип-чип светодиодов средней мощности Впервые для светодиодов флип-чип конструкции предложено использовать отражающий контакт к области и-СаИ На рис 1 показано, что применение отражающего «-контакта Т1/А§(2нм/220нм) приводит к существенному увеличению внешней квантовой эффективности светодиодов

- контакты №Ад и Т1/Аи -отражающие контакты М/Ад и "П/Ад

Рис 1 Сравнение оптических характеристик светодиодов флип-чип конструкции с /»-контактом №М£(1 5НМ/220НМ) и и-контактами Т1/Аи(25нм/120нм) и Т1М£(2нм/220нм)

1 10 Плотность тока, А/св/

100

В третьей главе рассматривается создание диффузно-рассеивающих поверхностей на границах полупроводник/подложка и полупроводник/металл С этой целью исследовано химическое травление в поверхности />-ОаК в концентрированном растворе Н3РО4 Выявлена взаимосвязь между исходным микрорельфом структуры и возможностью создания диффузно-рассеивающего рельефа Показано, что при оптимальных режимах травления поверхности р-ОаИ в концентрированном растворе Н3РО4, нанесении на нее контакта на основе N1/^, для которого слой Ag наносился магнетронным методом, и последующем отжиге контакта в вакууме формируется диффузно-отражающий /»-контакт на границе металл/полупроводник Для количественной оценки рассеивающей способности /7-контактов была проведена серия прямых экспериментов по измерению диаграмм рассеяния на них лазерного излучения Приведены основные характеристики светодиодов с

диффузно-отражающим контактом к слою p-GaN и получено увеличение внешней квантовой эффективности светодиодов в 1 5 раза

В данной главе также представлены результаты по удалению сапфировой подложки (lift-off) на готовом светодиодном кристалле, смонтированном флип-чип монтажом на кремниевой плате Для создания рассеивающей поверхности после проведения операции lift-off применялось реактивное ионное травление поверхности и-GaN в газовой смеси С1г Аг Показано, что в результате этого увеличение внешней эффективности излучающего кристалла составило 25-30% Светодиоды, изготовленных из этих кристаллов устойчиво работали в диапазоне токов накачки до 300мА, достигая оптической мощности 110мВт

В четвертой главе приводятся результаты теоретического и экспериментального исследования распределения тока накачки по активной области светоизлучающих кристаллов Рассмотрена численная модель растекания тока в кристаллах светодиода, основанная на вычислении потенциалов и токов в трехмерной линейной сетке сопротивлений путем решения системы линейных уравнений Кирхгоффа Результаты численного моделирования сопоставляются с экспериментальными данными, полученными методом сканирования ближнего поля излучения кристалла светодиода На основании анализа теоретических и экспериментальных данных предложена оригинальная конструкция излучающего кристалла большой площади (1мм2), использующая двухслойную металлизацию через промежуточный диэлектрик Рассмотрены конструкция и технология изготовления этого кристалла Особое внимание уделено оптимизации процесса нанесения диэлектрика Показано, что введение Нг в аргоновую плазму при нанесении пленок Si02 приводит к заметному улучшению свойств пленок диэлектрика, осаждаемых методом магнетронного распыления

В данной главе подробно обсуждаются оптические, электрические и тепловые характеристики разработанных синих светодиодов высокой мощности Приведено экспериментальное распределение температуры по

поверхности излучающего кристалла, измеренное при помощи специально разработанной методики, в которой проводилось сравнение локальных спектральных характеристик излучения светодиода в непрерывном режиме работы и режиме коротких импульсов

На рис 2 приведено сравнение характеристик разработанного синего светодиода высокой мощности с параметрами лучшего коммерческого светодиода серии Luxeon III Star фирмы "Lumileds"

Плотность тока, ЛсМ2

О 10 20 30 40 50

70 80 S0 100 110 120 130 140 150

Рис 2 Оптические характеристики синих светодиодов высокой мощности (сплошные кривые) и их сравнение с характеристиками 8 * светодиодов "Ьихеоп™" (пунктирные кривые)

Также рассмотрены характеристики источников белого света, изготовленных на основе синих кристаллов большой площади

В заключении сформулированы основные результаты диссертации 1 Разработана технология получения низкоомных омических контактов к слоям ОаЫ п- и р-типа для светодиодов на основе гетероструктур АЮаМЫ Удельное сопротивление контакта к слою и-СаМ на основе Т1/Аи составило <5 10~6 Ом см2 Разработанный отражающий контакт к слою р-ОаЫ на основе №/А§ одновременно обеспечивает равномерное распределение тока по структуре и высокий коэффициент отражения (85% в диапазоне длин волн 430-470 нм) Удельное сопротивление /»-контакта составило <10~3 Ом см2

2 Предложена оптимизированная конструкция и разработана технология изготовления кристаллов светодиода средней мощности синего спектрального диапазона (А,рсак=430-470нм) на основе квантово-размерных гетероструктур AlGalnN на сапфировых подложках Изготовлены образцы синих светодиодов, работающие в непрерывном режиме при токах накачки до 800А с максимальной выходной мощностью 150мВт и максимальной внешней квантовой эффективностью 33% Дифференциальное сопротивление светодиодов в диапазоне токов 400-800мА составило 1 80м

3 Получен рассеивающий микрорельеф на поверхности />-GaN и предложена технология создания диффузно-отражающего контакта к слою />GaN Для светодиодов с диффузно-отражающего /»-контактом получено увеличение внешней эффективности в 1,5 раза

4 Впервые на готовом светодиодном кристалле осуществлена операция лазерного удаления (lift-off) сапфировой подложки и разработана методика создания рассеивающего микрорельефа на поверхности w-GaN Это позволило увеличить внешнюю квантовую эффективность кристалла на 2530% Светодиоды устойчиво работали в диапазоне токов накачки до ЗООмА, достигая оптической мощности 110мВт

5 Предложена оригинальная конструкция и разработана технология изготовления кристалла светодиода высокой мощности с площадью активной области 1мм2, излучающего в диапазоне длин волн 430-470нм Применение двухуровневой разводки контактов через промежуточный слой диэлектрика позволило получить рекордно низкое значение сопротивления светодиодов 0 670м и высокую однородность распределения тока накачки по активной области Светодиоды работали в непрерывном режиме в диапазоне токов накачки 0-2А Максимальная выходная оптическая мощность составила 550 мВт, максимальная внешняя квантовая эффективность — 26 %, тепловое сопротивление светодиода — 9-10 К/Вт

6 На основе разработанного кристалла высокой мощности были изготовлены белые светодиоды с эффективностью 33 Лм/Вт

7 Результаты работы применяются в условиях серийного производства синих и белых светодиодов на основе AlGalnN в ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника»

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих

работах

1 1 С А Гуревич, Д А Закгейм, И П Смирнова, Е М Аракчеева, Е М Танклевская, A JI Закгейм, Е Д Васильева, Г В Иткинсон, "Высокомощные (70мВт) синик светодиоды на основе меза-структуры AlGAInN с отражающими контактами", Тезисы докладов 2-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия -структуры и приборы", стр 116 (Санкт-Петербург, 2003)

2 С А Гуревич, Д А Закгейм, И П Смирнова, Е М Аракчеева, Е М Танклевская, A JI Закгейм, Е Д Васильева, Г В Иткинсон, "Высокомощные (70мВт) синие светодиоды на основе меза-структуры AlGalnN с отражающими контактами", "Светодиоды и лазеры" 1-2, 12 (2003)

3 IP Smirnova, D AZakheim, I VRozhansku, M M Kulagma, E M Arakcheeva, S A Gurevich, A L Zakheim, E D Vasil'eva, G V Itkinson, "Large area InGaN/GaN MQW based LED with two-level contact topology for high-power applications", Proc of Intenational Symposium "Nanostructures Physics and Technology", St -Petersburg, p 99 (2004)

4 DA Zakheim, IP Smirnova, E M Arakcheeva, M M Kulagma, S A Gurevich, V W Lundin, A F Tsatsulmkov, A V Sakharov, A F Fomin, A L Zakheim, E D Vasil'eva and G V Itkinson, "Fabrication of high-power flip-chip blue and white LEDs operating under high current density", Тезисы к "The 5th International Symposium on Blue Laser and Light Emitting Diodes ISBLLED-2004", pp 34-35 (Gyeongju, Korea, 2004)

5 Г А Онушкин, A JI Закгейм, Д А Закгейм, И П Смирнова, И В Рожанский, А Ф Цацульников, В В Лундин, "Исследование микроэлектролюминесцентных характеристик мощных AlGalnN меза-планарных светодиодов" Тезисы докладов 3-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", стр 96 (Москва, 2004)

6 ДА Закгейм, И П Смирнова, Е М Аракчеева, М М Кулагина, С А Гуревич, A JI Закгейм, Е Д Васильева, Г В Иткинсон, "Основные элементы технологии изготовления светодиодов большой мощности на основе AlGalnN", Тезисы докладов 3-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", стр 138 (Москва, 2004)

7 АЛ Закгейм, Д А Закгейм, И П Смирнова, И В Рожанский, Е М Аракчеева, М М Кулагина, С А Гуревич, Е Д Васильева, Г В Иткинсон, "Высокомощные синие (350мВт) и белые (бОлм) меза-

планарные светодиоды на основе AlGalnN квантово-размерных гетероструктур", Тезисы докладов 3-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", стр 139140 (Москва, 2004)

8 DA Zakheim, IР Smirnova, Е М Arakcheeva, М М Kulagina, S A Gurevich, I V Rozhansky, V W Lundin, A F Tsatsulnikov, A V Sakharov, A V Fomin, A L Zakheim, E D Vasil'eva, G V Itkinson, "Fabrication of high-power flipchip blue and white LEDs operating under high current density", Physica status solidi (c), Vol 1, No 10,2401-2404(2004)

9 ДА Закгейм, И П Смирнова, И В Рожанский, С А Гуревич, М М Кулагина, Е М Аракчеева, Г А Онушкин, А Л Закгейм, Е Д Васильева, Г В Иткинсон, "Высокомощные синие флип-чип светодиоды на основе AlGalnN", ФТП, 39, вып 7, стр 885-889 (2005)

10 И П Смирнова, ДА Закгейм, ММ Кулагина, JIК Марков, "Создание рассеивающего р-контакта в светодиодах на основе AlGalnN" Тезисы докладов 4-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", стр 134 (Санкт-Петербург, 2005)

11 JI К Марков, Д А Закгейм, Е М Аракчеева, И П Смирнова, М Р Рымалис, "Синие светодиоды меза-планарной конструкции на основе AlGalnN гетероструктур с удаленной сапфировой подложкой", Тезисы докладов 4-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия -структуры и приборы", стр 130 (Санкт-Петербург, 2005)

12 A JI Закгейм, Д А Закгейм, И П Смирнова, И В Рожанский, Г А Онушкин, С А Гуревич, Е Д Васильева, Г В Иткинсон "Тепловые характеристики мощных AlInGaN светодиодов", Тезисы докладов 4-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", стр 128 (Санкт-Петербург, 2005)

13 VK Malyutenko, OYu Malyutenko, AVZmovchuk, A L Zakheim, D A Zakheim, IP Smirnova, S A Gurevich "Remote temperature mapping of high-power InGaN/GaN MQW flip-chip design LEDs", Fifth International Conference on Solid State Lighting, Procof SPIE 5941, 59411K-1 (SPIE, Belhngham, WA, USA 2005)

14 И П Смирнова, JI К Марков, Д А Закгейм, Е М Аракчеева, М Р Рымалис "Синие флип-чип светодиоды на основе AlGalnN с удаленной сапфировой подложкой", ФТП, 40, вып 11, 1397-1401 (2006)

15 И П Смирнова, ДА Закгейм, ММ Кулагина, ЕМ Аракчеева "Оптимизация технологии изготовления отражающих контактов в флип-чип светодиодах большой мощности на основе AlGalnN", Тезисы докладов 5-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", стр 63 (Москва, 2007)

Цитированная литература.

[1] М Yamada, Т Mitam, Y Narukawa, et al Jpn J Appl Phys 41, L1431 (2002)

[2] J Wierer, D Steigewaid, et al Appl Phys Lett 78, 3379 (2001)

[3] V A Zabelxn, D A Zakheim, S A Gurevich IEEE J of Quantum Electronics 40, No 12, 1675 (2004)

[4] Д А Закгейм, И П Смирнова, И В Рожанский и др , ФТП 39, 885 (2005)

Лицензия ЛР №020593 от 07 08 97

Подписано в печать 26 09 2007 Формат 60x84/16 Печать цифровая Уел печ л 1,0 Тираж 100 Заказ 203 6Ь

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул , 29 Тел 550-40-14 Тел/факс 297-57-76

Ввсдеппе.

Глава 1. Конструкции и технология изготовления синих светоднодов на основе гетероструктур AIGalnN

1.1. Введение.

1.2. Конструкция светодиодов на основе гетероструктур AIGalnN.

1.3. Светодиод флип-чип конструкции с отражающим р-контактом.

1.4. Конструкция флип-чип светодиода средней мощности на основе

AIGalnN.

1.5. Влияиие глубокой меза-структуры на внешнюю квантовую эффективность светодиодных кристаллов.

Глава 2. Разработка технологии получения н исследования свойств контактов для светоднодов па основе гетероструктур AIGalnN

2.1. Введение.

2.2. Формирование омического контакта к слою л-GaN.

2.3. Омический контакт к слою л-GaN на основе двухслойной системы Ti/Au.

2.4. Низкоомный отражающий контакт к слоюp-GaN.

2.5. Влияние толщины слоя Ni в отражающем ^-контакте на внешнюю квантовую эффективность кристалла.

2.6. Отражающий контакт к слою и-GaN на основе Ti/Ag.

2.7. Характеристики светодиодов средней мощности па основе гетероструктур AIGalnN.

Глава 3. Создание рассеивающего свет микрорельефа па поверхности слоев /j-GaN н л-GaN для повышения внешней квантовой эффективности светоднодов на основе гетероструктур AIGalnN

3.1. Введение.

3.2. Диффузно-отражающий контакт к слою />GaN

3.2.1. Технология формирования диффузно-отражающего контакта.

3.2.2. Угловые диаграммы рассеяния излучения диффузно-отражающих ф контактов к слою p-GaN.

3.2.3. Характеристики кристаллов светодиодов с диффузно-отражающим контактом к слою р-GaN.

3.3. Светодиоды с удаленной сапфировой подложкой (технология "lift-off') и рассеивающим микрорельефом на поверхности слоя л-GaN.

Глава 4. Светодиоды AIGalnN высокой мощности

4.1. Введение.

4.2. Численное моделирование растекания тока в кристаллах свето диодов.

4.3. Исследование распределения интенсивности электролюминесценции в пределах активной области светодиодов.

4.4. Конструкция кристалла свето диода высокой мощности.

4.5 Технология изготовления кристалла светодиода высокой мощности.

4.6. Оптимизация процесса нанесения диэлектрика.

4.7. Характеристики светодиодов высокой мощности.

4.8. Белые светодиоды, изготовленные на основе синих кристаллов высокой мощности.

В последние годы достигнут значительный прогресс в технологии эпитаксиального выращивания гетероструктур AlGalnN, что привело к созданию на основе этих структур эффективных светодиодов, работающих в видимой, синей и ближней ультрафиолетовой областях спектра [1]. Такие светодиоды находят все большее широкое применение в системах индикации, подсветки, навигации и т.д. Наиболее важная область применения - создание на основе синих светодиодов AlGalnN источников белого света, способных составить конкуренцию традиционным лампам накаливания, флуоресцентным и галогеиовым лампам.

В большинстве случаев эффективность использования светодиодных систем возрастает с ростом мощности излучения самих светодиодов. Для достижения значительной мощности излучения светодиода необходимо обеспечить высокую внутреннюю квантовую эффективность исходной гетероструктуры AlGalnN, а также создать условия для эффективного вывода генерируемого света из кристалла. Важная особенность гетероструктур AlGalnN состоит в том, что в них, как правило, наблюдается довольно резкий спад внутренней квантовой эффективности с увеличением плотности тока накачки. Поэтому высокая мощность излучения не может достигаться только путем увеличения плотности тока накачки, необходимо также использовать кристаллы светодиодов с большой площадью излучающей поверхности. Однако, для кристаллов большой площади актуальна задача поддержания однородного распределения плотности тока накачки по площади излучающего р-п перехода. Проблема заключается в том, что светодиодные гетероструктуры, как правило, выращиваются на изолирующей сапфировой подложке, и проводимости тонкого (4-5мкм) слоя п-GaN недостаточно для обеспечения однородного распределения тока накачки по активной области в случае, если линейные размеры кристалла превышают 300-400 мкм.

В светодиодах высокой мощности должны быть решены еще несколько важных проблем. Так, в светодиодах на основе гетероструктур AlGalnN, чаще всего

• выращенных на подложках из сапфира, эффективность вывода излучения ограничена эффектом полного внутреннего отражения генерируемого света на границах полупроводника с воздухом и с подложкой. Наиболее эффективные способы повышения эффективности вывода генерируемого излучения состоят в создании отражающих контактов, формировании оптических неоднородностей в структуре прибора, в частности, рассеивающего свет микрорельфа на поверхности кристалла.

Актуальной задачей является также минимизация последовательного электрического сопротивления светодиода и создания условий для эффективного отвода тепла от его активной области, т.к. требуемый диапазон токов составляет несколько ампер.

Отмеченные проблемы могут быть наиболее эффективно решены при использовании обращенной (флип-чип) конструкции излучающего кристалла, в котором обе контактные площадки к материалу п- и р- типа расположены с одной (лицевой) стороны, и кристалл монтируется на теплоотвод своей лицевой стороной. При этом в качестве контакта к />-GaN используется комбинация металлов с высокой отражающей способностью, а свет выводится через прозрачную сапфировую подложку. Кроме того, при флип-чип монтаже минимизируется тепловое сопротивление между активной областью светодиода и теплоотводом, т.к. тепло от р* п перехода отводится через тонкий слой GaN, а не через сапфировую подложку, обладающую низкой теплопроводностью.

Таким образом, разработка конструкций и технологии изготовления светодиодов на основе гетероструктур AlGalnN, получение и исследование свойств низкоомных, отражающих и рассеивающих свет контактов к эпитаксиальным слоям GaN, направленные на достижение высоких значений эффективности и мощности излучения светодиодов, является актуальной задачей.

Цели работы.

- Увеличение эффективности вывода излучения из кристаллов светодиодов на основе гетероструктур AlGalnN (К = 430-470 им) путем оптимизации конструкции и технологии изготовления (применение флип-чип конструкции с двухуровневой меза-структурой).

- Разработка технологии получения и исследование характеристик низкоомных контактов к слоям GaN р- и «-типа проводимости; создание низкоомных контактов, обеспечивающих высокий коэффициент отражения света в синей области спектра.

• - Создание и исследование оптических свойств диффузно-рассеивающего и диффузно-отражающего микрорельефа на поверхности кристаллов светодиодов AlGalnN с целью увеличения внешней квантовой эффективности излучения.

- Исследование возможности достижения предельно высокой удельной и абсолютной мощности излучения кристаллов синих светодиодов на основе гетероструктур

AlGalnN; разработка технологии изготовления кристаллов с площадью активной области ~ 1 мм2, работающих при плотности тока накачки более 100 А/см2 и обеспечивающих мощность излучения свыше 500 мВт.

Научная новизна работы.

- Показано, что по сравнению со стандартными конструкциями светодиодов на основе AlGalnN в кристаллах с контактными площадками на поверхности структуры (геометрия флип-чип) существенное увеличение внешней квантовой эффективности излучения может быть достигнуто благодаря применению двухуровневой меза-структуры и отражающих омических контактов к слоям p-GaN и и-GaN.

- Предложены оригинальные системы омических контактов к слою и-GaN на основе Ti/Au и Ti/Ag, обеспечивающие удельное контактное сопротивление < 5-Ю"6 Ом •см без применения высокотемпературного отжига (контакт Ti/Ag является отражающим).

- Показано, что создание рассеивающего свет микрорельефа на поверхности кристалла светодиода AlGalnN ведет к значительному увеличению эффективности излучения, при этом величина эффективности практически ire зависит от размера кристалла.

- Впервые на отдельном кристалле светодиода AlGalnN осуществлена операция лазерного удаления (lift-off) сапфировой подложки с последующим созданием рассеивающего свет микрорельефа на поверхности л-GaN.

- Предложена новая конструкция кристалла светодиода высокой мощности с площадью активной области 1мм2. Применение двухуровневой разводки контактов позволило обеспечить равномерное распределение тока накачки по поверхности кристалла и достичь значения выходной оптической мощности 550 мВт.

Практическая ценность работы.

- Разработана технология получения омических контактов к слою л-GaN на основе двухслойной металлизации Ti/Au и Ti/Ag, обеспечивающая удельное контактное с л сопротивление <5-10' Ом-см без применения высокотемпературного отжига, а также технология омического контакта к слою p-GaN на основе Ni/Ag с удельным сопротивлением < 1-Ю"3 Ом •см . Контакты Ti/Ag и Ni/Ag обладают высоким коэффициентом отражения (~ 0,85) в синей области спектра. Разработанная технология может использоваться при изготовлении различных оптоэлектронных и электронных приборов на основе гетероструктур AlGalnN.

- Разработана конструкция и технология изготовления синих светодиодов AlGalnN средней мощности, работающих в непрерывном режиме при комнатной температуре и обеспечивающих выходную мощность излучения 150 мВт (ток накачки 800 А, максимальная внешняя квантовая эффективность 33%, дифференциальное сопротивление 1.8 Ом).

- Разработана оригинальная конструкция и технология изготовления синих светодиодов AlGalnN высокой мощности (конструкция с двухуровневой разводкой контактов). Максимальная мощность излучения в непрерывном режиме составляет 550 мВт (рабочая площадь - 1 мм , ток накачки - до 2 А, максимальная внешняя квантовая эффективность - 26%, тепловое сопротивление - 9-10 К/Вт, рекордно низкое дифференциальное сопротивление - 0.67 Ом).

- На основе разработанных кристаллов высокой мощности изготовлены белые светодиоды (кристалл синего светодиода, покрытый люминофором) с максимальной эффективностью излучения 33 Лм/Вт.

- Разработанная технология изготовления высокоэффективных синих и белых светодиодов на основе гетероструктур AlGalnN используется в ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника» в условиях серийного производства.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Омические контакты к я-GaN с низким удельным контактным сопротивлением, менее 5-10'6 Ом-см2, могут быть получены на основе двухслойных металлизаций Ti/Au и Ti/Ag без применения отжига при условии предварительной обработки поверхности полупроводника ионами Аг в плазме ВЧ разряда непосредственно перед напылением металлов.

2. В кристаллах светодиодов AlGalnN, применение отражающего р- контакта на основе Ni/Ag, вместо стандартного полупрозрачного контакта Ni/Au, обеспечивает однородное распределение тока накачки по активной области, ведет к значительному уменьшению последовательного сопротивления прибора и более чем двукратному возрастанию внешней квантовой эффективности излучения.

3. Для увеличения внешней квантовой эффективности излучения светодиодов AlGalnN флип-чип конструкции целесообразно использовать отражающий «-контакт на основе Ti/Ag.

4. Создание диффузно-отражающего ^-контакта позволяет увеличить внешнюю квантовую эффективность кристалла светодиода AlGalnN в 1,5 раза.

5. Применение операции лазерного удаления сапфировой подложки с последующим созданием рассеивающего микрорельефа на поверхности и-GaN приводит к возрастанию внешней эффективности светодиода AlGalnN на 25-30 %.

6. Применение флип-чип конструкции светодиода на основе AlGalnN с двухуровневой разводкой контактов позволяет получить высокую однородность распределения тока накачки по активной области и высокую мощность излучения, до 550 мВт.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на 12-й международной конференции "Nanostructures: Physics and Technology", Санкт-Петербург 2004 г.; на 2-й, 3-й, 4-й и 5-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", Санкт-Петербург 2003г. и 2005г., Москва 2004г. и 2007г.; на 5-й международной конференции "International Symposium on Blue Laser and Light Emitting Diodes: ISBLLED-2004" Gyeongju, Korea 2004 г; на 5-й международной конференции "International Conference on Solid State Lighting", Bellingham, USA 2005, а также на научных семинарах лаборатории полупроводниковой квантовой электроники ФТИ им. А. Ф. Иоффе.

Результаты работы применяются в условиях серийного производства синих и белых светодиодов на основе гетероструктур AlGalnN в ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника».

Публикации.

По результатам исследований, вошедших в диссертационную работу, опубликовано 15 научных работ, список которых приведен в заключении по диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы.

7. Результаты работы применяются в условиях серийного производства синих и белых светодиодов на основе AlGalnN в ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника».

Возможности оптимизации разработанной конструкции мощного светодиодного кристалла не исчерпаны и станут предметом дальнейших исследований. Основные резервы по дальнейшему повышению эффективности светодиодов связаны как с улучшением условий вывода света из светодиодного кристалла за счет дополнительных рассеивающих и отражательных элементов, так и с оптимизацией исходных полупроводниковых гетероструктур на основе AlGalnN. Тем не менее, разработанная на настоящий момент технология изготовления мощных синих и белых светодиодов может быть положена в основу промышленного выпуска твердотельных источников света, вполне конкурентно-способных на мировом рынке.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. С.А.Гуревич, Д.А.Закгейм, И.П.Смирнова, Е.М.Аракчеева, Е.М.Танклевская, А.Л.Закгейм, Е.Д.Васильева, Г.В.Иткинсон, "Высокомощные (70мВт) синие светодиоды на основе меза-структуры AlGAInN с отражающими контактами", Тезисы докладов 2-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", стр. 116 (Санкт-Петербург, 2003).

2. С.А.Гуревич, Д.А.Закгейм, И.П.Смирнова, Е.М.Аракчеева, Е.М.Танклевская, А.Л.Закгейм, Е.Д.Васильева, Г.В.Иткинсон, "Высокомощные (70мВт) синие светодиоды на основе меза-структуры AlGalnN с отражающими контактами", "Светодиоды и лазеры" 1-2,12 (2003).

3.1. P. Smimova, D.A. Zakheim, I.V. Rozhanskii, M. M. Kulagina, Е. М. Arakcheeva, S. А. Gurevich, A. L. Zakheim, E. D. Vasil'eva, G. V. Itkinson, "Large area InGaN/GaN MQW based LED with two-level contact topology for high-power applications", Proceedings of Intenational Symposium:"Nanostructures: Physics and Technology", St.-Petersburg, p. 99 (2004)

4. D.A.Zakheim, I.P.Smirnova, E.M.Arakcheeva, M.M.Kulagina, S.A.Gurevich, V.W.Lundin, A.F.Tsatsulnikov, A.V.Sakharov, A.F.Fomin, A.L.Zakheim, E.D.Vasil'eva and G.V.Itkinson,

Fabrication of high-power flip-chip blue and white LEDs operating under high current density", Тезисы к "The 5th International Symposium on Blue Laser and Light Emitting Diodes: ISBLLED-2004", pp. 34-35 (Gyeongju, Korea, 2004).

5. Д.А.Закгейм, И.П.Смирнова, Е.М.Аракчеева, М.М.Кулагина, С.А.Гуревич, А.Л.Закгейм, Е.Д.Васильева, Г.В.Иткинсон, "Основные элементы технологии изготовления светодиодов большой мощности на основе AlGalnN", Тезисы докладов 3-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", стр. 138 (Москва, 2004).

6. Г.А. Онушкин, A.JI. Закгейм, Д.А. Закгейм, И.П. Смирнова, И.В. Рожанский, А.Ф. Цацульников, В.В. Лундин, "Исследование микроэлектролюминесцентных характеристик мощных AlGalnN меза-планарных светодиодов". Тезисы докладов 3-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", стр. 96 (Москва, 2004).

7. А.Л.Закгейм, Д.А.Закгейм, И.П.Смирнова, И.В.Рожанский, Е.М.Аракчеева, М.М.Кулагина, С.А.Гуревич, Е.Д.Васильева, Г.В.Иткинсон, "Высокомощные синие (350мВт) и белые (бОлм) меза-плапарные светодиоды на основе AlGalnN квантово-размерных гетероструктур", Тезисы докладов 3-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", стр. 139-140 (Москва, 2004).

8. D. A. Zakheim, I. P. Smirnova, Е. М. Arakcheeva, М. М. Kulagina, S. A. Gurevich, I. V. Rozhansky, V. W. Lundin, A. F. Tsatsulnikov, A. V. Sakharov, A. V. Fomin, A. L. Zakheim, E.

D. Vasil'eva, G. V. Itkinson, "Fabrication of high-power flip-chip blue and white LEDs operating under high current density", Physica status solidi (c), Vol. 1, No. 10,2401-2404 (2004).

9. Д.А.Закгейм, И.П.Смирнова, И.В.Рожанский, С.А.Гуревич, М.М.Кулагина,

E.М.Аракчеева, Г.А.Онушкин, А.Л.Закгейм, Е.Д.Васильева, Г.В.Иткинсон, "Высокомощные синие флип-чип светодиоды на основе AlGalnN", ФТП, 39, вып. 7, стр. 885-889 (2005).

10. И.П. Смирнова, Д.А. Закгейм, М.М. Кулагина, Л.К. Марков, "Создание рассеивающего р-контакта в светодиодах на основе ". Тезисы докладов 4-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", стр. 134 (Санкт-Петербург, 2005).

11. Л.К. Марков, Д.А. Закгейм, Е.М. Аракчеева, И.П. Смирнова, М.Р. Рымалис, "Синие светодиоды меза-планарной конструкции па основе AlGalnN гетероструктур с удаленной сапфировой подложкой", Тезисы докладов 4-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", стр. 130 (Санкт-Петербург, 2005).

12. А.Л. Закгейм, Д.А. Закгейм, И.П. Смирнова, И.В. Рожанский, Г.А. Онушкин, С.А. Гуревич, Е.Д. Васильева, Г.В. Иткинсон. "Тепловые характеристики мощных AlInGaN светодиодов", Тезисы докладов 4-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", стр. 128 (Санкт-Петербург, 2005).

13. V.K. Malyutenko, O.Yu. Malyutenko, A.V. Zinovchuk, A.L. Zakheim, D.A. Zakheim, I.P. Smirnova, S.A. Gurevich "Remote temperature mapping of high-power InGaN/GaN MQW flip-chip design LEDs", Fifth International Conference on Solid State Lighting, Proc.of SPIE 5941, 59411K-1 (SPIE, Bellingham, WA, USA 2005)

14. И.П. Смирнова, JI.K. Марков, Д.А. Закгейм, Е.М. Аракчеева, М.Р. Рымалис

Синие флип-чип светодиода на основе AlGalnN с удаленной сапфировой подложкой", ФТП, 40, вып. 11, 1397-1401 (2006)

15. И.П. Смирнова, Д.А. Закгейм, М.М. Кулагина, Е.М. Аракчеева "Оптимизация технологии изготовления отражающих контактов в флип-чип светодиодах большой мощности на основе AlGalnN", Тезисы докладов 5-й Всероссийской конференции "Нитриды Галлия, Индия и Алюминия - структуры и приборы", стр. 63 (Москва, 2007).

В заключение автор хотела бы выразить благодарность своему научному руководителю Сергею Александровичу Гуревичу, а также сотрудникам лаборатории полупроводниковой квантовой электроники Дмитрию Закгейму, Марине Кулагиной, Игорю Рожанскому и Льву Маркову за непосредственное участие в исследованиях и обсуждениях результатов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. M.Yamada, T.Mitani, Y.Narukawa, S.Shioji, 1.Niki, S.Sonobe, K. Deguchi, M.Sano, T.Mukai, JpnJ.Appl.Phys. 41, LI43I (2002)

2. S.Nakamura, G.Fasol. "The blue laser diode" Chap. 10.4 "White LEDs", 343, Springer-Verlag, Berlin (1997)

3. S. Nakamura, M. Senoh, N. Iwasa and S. Nagahama. Jpn. J. Appl. Phys. 34, L797 (1995).

4. S. Nakamura, M. Senoh, N. Iwasa, S. Nagahama, T. Yamaka, T. Mukai, Jpn. J. Appl. Phys. 34, LI332 (1995).

5. R. F. Davis, S. Einfeldt, E. A. Preble, A. M. Roskowski, Z. J. Reitmeier and P. Q. Miraglia. Gallium nitride and related materials: challenges in materials processing, Acta Materialia 51, Nol9, 5961 (2003)

6. GaN (AlGaN/GaN) Si GaN substrates, SiC and SOI CMOS Hiten, III-Vs Review 16, No 6,10(2003)

7. III-Vs Review 15, No 4,20 (2002).

8. M. -A. di Forte-Poisson, A. Romann, M. Tordjman, M. Magis, J. Di Persio, Ch. Jacques and P. Vicente. LPMOCVD growth of GaN on silicon carbide, Journal of Crystal Growth 248, 533 (2003)

9. J.C.Bat et al. High Efficiency Monochromatic and White InGaN Flip-Chip Dice. http://www.lumiled.com/pdfs/techpaperspres/ISCS2001.pdf.

10. J. Wierer, D. Steigewald, M.R. Krames et.al. High-power AlGalnN flip-chip light emitting diodes. Appl.Phys.Lett. 78, 3379 (2001)

11. К.Г.Золина, В.Е.Кудряшов, А.Н.Туркин, А.Э.Юнович, ФШ 31, 1055 (1997)

12. Ж.И. Алферов и др. Гетеросветодиод с внешним квантовым выходом г|е = 40% (ЗООК). Письма вЖТФ 3, No 14, 657 (1977)

13. A.JT. Закгейм и др. Мощные AlGaAs гетероэпитаксиальные излучающие диоды многомезовой конструкции. Письма в ЖТФ 6, No 17, 1034 (1980)

14. С.А. Гуревич, Д.А. Закгейм, И.П. Смирнова, Е.М. Аракчеева, Е.М.Танклевская, A.JI. Закгейм, Е.Д. Васильева, Г.В. Иткинсон. Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы. Тезисы докладов 2-й Всероссийской конференции, С.Петербург, 2003, с.116

15. V.A. Zabelin, D.A. Zakheim, S.A. Gurevich, IEEE J. of Quantum Electronics 40, No 12, 1675 (2004)

16. Д.А. Закгейм, И.П. Смирнова, И.В. Рожанский, С.А. Гуревич, М.М. Кулагина, Е.М. Аракчеева, Г.А. Онушкин, АЛ. Закгейм, Е.Д. Васильева, Г.В. Иткинсон, ФТП 39, 885 (2005)

17. S. J. Pearton and R. J. Shul, in Gallium Nitride 1, edited by J. I. Pankove, and T. D. Moustakas, Academic, San Diego, 1998

18. P. Gillis, D. A. Choutov, P. A. Steiner, J. D. Piper, J. H. Crouch, P. M. Dove, and K. P. Martin, Appl. Phys. Lett. 66,2475 (1995)

19. R. J. Shul, in Processing of Wide Bandgap Semiconductors, edited by S,J. Pearton Noyes, Park Ridge, NJ, 1999

20. I. Adesida, A. Mahajan, E. Andideh, M. Asif Khan, D. T. Olsen, and J. N. Kuznia, Appl. Phys. Lett. 63,2777 (1993)

21. I. Adesida, A. T. Ping, C. Youtsey, T. Sow, M. Asif Khan, D. T. Olson, and J. N. Kuznia, Appl. Phys. Lett. 65, 889 (1994)

22. S. J. Pearton, J. C. Zolper, R. J. Shul, F. Ren, GaN: Processing, defects, and devices J. Appl. Phys. 86,1 (1999)

23. S. Miller and P. H. Holloway, J. Electron. Mater. 25,1709 (1996)

24. Y. F. Wu, W. N. Jiang, B. P. Keller, D. Kapolneck, S. P. DenBaars, and U. K. Mishra, Solid-State Electron. 41, 165 (1997)

25. B. P. Luther, S. E. Mohney, T. N. Jackson, et.al., Appl. Phys. Lett. 70, 57 (1997)

26. H. Kawai, M. Mara, F. Nakamura, and S. Imanaga, Electron. Lett. 34, 592 (1998)

27. N. A. Papanicolaou, A. Edwards, M. V. Rao et.al, J. Appl. Phys. 87, 380 (2000)

28. С. T. Lee and H. W. Kao, Appl Phys. Lett. 76,2364 (2000)

29. Z. Fan, S. N. Mohammad, W. Kim, et.al, Appl. Phys. Lett. 68, 1672 (1996)

30. L. F. Lester, J. M. Brown, J. C. Ramer, L. Zhang, S. D. Hersee, and J. C. Zolper, Appl. Phys. Lett. 69,2737 (1996)

31. A. T. Ping, Q. Chan, J. W. Yang, M. A. Khan, and I. Adesida, J. Electron. Mater. 27,261 (1998)

32. С. Зи Физика полупроводниковых приборов М., Мир 1984

33. S. Nakamura, М. Senoh, and Т Mukai, Appl. Phys. Lett. 62,2390 (1993)

34. J.S. Jang, I.S. Chang, H.K. Kim, et.al, Appl Phys. Lett. 74, 70 (1999)

35. T.B.Бланк, ЮЛ.Гольдберг, Ф777 37, 1025 (2003)

36. T.Sands, E.D.Marshall, and L.C.Wang, J.Mater.Res. 3, 914 (1988)

37. S. Nakamura, T. Mukai, and M. Senoh, Appl. Phys. Lett. 64,1687 (1994)

38. H. Ishikawa, S. Kobayashi, Y. Koide, S. Yamasaki, S. Nagai, J. Umezaki, M. Koike, and M. Murakami, J. Appl. Phys. 81,1315 (1997)

39. C. Huh, H. S. Kim, S. W. Kim, et.al. J. Appl. Phys. 87,4464 (2000)

40. J. K. Shen, Y. K. Su, G. C. Chi, et.al., Appl. Phys. Lett. 74,2340 (1999)

41. B.A.Hull, S.E.Mohney, H.S.Venugopalan, J.C.Ramer, Appl.Phys.Lett. 76, 2271 (2000)

42. J. L. Lee, et.al, Appl. Phys. Lett. 74,2289 (1999)

43. C. Huh, S. W. Kim, H. S. Kim, H. Hwang, S. J. Park, Appl Phys. Lett. 78, 1766 (2001)

44. V. Adivarahan, A. Lunev, M. A. Khan, et.al, Appl. Phys. Lett. 78,2781 (2001)

45. P.M.Mensz, P.Kellawon, R.Roijen, P.Kozodoy and S.Denbaars, Electron. Lett. 33, N24(1997)

46. S. A. Smith, C. A. Wolden, M. D. Bremser, A. D. Hanser, and R. F. Davis, Appl. Phys. Lett. 71, 3631 (1997)

47. R. J. Shul, in GaN and Related Materials II, edited by S. J. Pearton Gordon and Breach, New York, 1998

48. J. M. Lee, К. M. Chang, S. W. Kim, C. Huh, I. H. Lee, and S. J. Park, J. Appl Phys. 87,7667 (2000)

49. J. L. Lee, J. K. Kim, J. W. Lee, et.al, Electrochem. and Solid-State Lett. 3, 53 (2000)

50. Технология тонких пленок. Под ред. JI. Майссела, Р. Глэнга, М., 1977w 52. D.A.Zakheim, I.P.Smirnova, E.M.Arakcheeva, M.M.Kulagina, S.A.Gurevich,

51. W.W.Lundin, A.F.TsatsuInikov, A.V.Sakharov, A.F.Fomin, A.L.Zakheim, E.D.Vasil'eva, G.V.Itkinson, Phys.Stat.Sol. (с) 1,2401 (2004)

52. Г.А. Онушкин, A.Jl. Закгейм, Д.А. Закгейм, И.П. Смирнова, И.В. Рожанский,

53. A.Ф. Цацульников, В.В. Лундин Нитриды галлия, индия и алюминия структуры и приборы. Тезисы докладов 3-й Всероссийской конференции, Москва, 2004, с.96

54. S. Nakamura et.al. High-power InGaN single-quantum-well structure blue and violet light-emitting diodes, Appl.Phys.Lett. 67 No 13,1868 (1995)

55. T.Fujii, Y.Gao, Y.Gao, R. Sharma, E.L.Hu, S.P.DenBaars, S.Nakamura, Appl. Phys. Lett. 84, 855 (2004)

56. Y.C.Shen, JJ.Wierer, M.R.Krames, M.J.Ludowise, M.S.Misra, F.Ahmed, A.V.Kim, G.O.Mueller, J.C.Bhat, S.A.Stockman, P.S.Martin, Appl. Phys. Lett. 82,2221 (2003)

57. JJ.Wierer, M.R.Krames, J.E.Epler, N.F.Gardner, M.G.Craford, J.R.Wendt, J.A.Simmons, .M.Sigalas, Appl. Phys. Lett. 84, 3885 (2004)

58. K. Tadatomo, H. Okagawa, Y. Ohuchi, T. Tsunekawa, Y. Imada, M. Kato and T. Taguchi, Jpn. J. Appl Phys. 40, L583 (2001)

59. Y.P. Hsu, S.J. Chang, Y.K. Su, at.el, J. Cryst. Growth 261,466 (2004),

60. Y.J. Lee, T.C. Hsu, H.C. Kuo, S.C. Wang, et.al. Materials Science and Engineering:1. B, 122, 184 (2005)

61. C.Huh, K.S.Lee, EJ.Kang, and S.J.Park Improved light-output and electrical performance of InGaN-based light-emitting diode by microroughening of the p-GaN surface, J. Appl. Phys 93, 9383 (2003)

62. С. B. Vartuli, S. J. Pearton, J. W. Lee, C. R. Abernathy, J. D. MacKenzie, J. C. Zolper, R. J. Shul, and F. Ren, J. Electrochem. Soc. 143,3681 (1996)

63. C.H.Ko, Y.K.Su, S.J.Chang, W.H.Lan, J.Webb, M.C. Tu, and Y.T.Cherg, Materials Science and Engineering: В 96,43 (2002)

64. W. S. Wong, T. Sands, N. W. Cheung, M. Kneissl, et.al. Appl. Phys. Lett. 75, 1360 (1999)

65. J. Xu, R. Zhang, Y. P. Wang, X. Q. Xiu, et.al. Materials Letters 56,43 (2002)

66. J. T. Chu, H. C. Kuo, С. C. Kao, H.W. Huang, C. F. Chu, C. F. Lin, S. C. Wang Phys.Stat.Sol. (с) 1,2413 (2004)

67. X.Guo, E.F.Shubert Current crowding and optical saturation effects in GalnN/GaN light-emitting diodes grown on insulating substrates. Appl.Phys.Lett. 78, 1901 (2001)

68. H.Kim, J.Lee et.al. Modeling of a GaN based LED for uniform current spreading Appl.Phys.Lett. 77, 3337 (2000)

69. M.Shatalov, G.Simin, V.Avidarahan et.al. Lateral current crowding in deep UV LEDs over sapphire Substrates, Jpn.J.Appl.Phys. 41, (2002), L5083.

70. V.Harle, B.Hahn, J.Baur, M.Fehrer, A.Weimar, S.Kaiser, D.Eisert, F.Eberhard, A.Plossl, S.Bader, Proc. SPIEInt. Soc. Opt. Eng., 5187, 34 (2004)

71. T. A.Davis, UMFPACK Version 4.1 User Guide, http://www.cise.ufl.edu/research/sparse/umfpack/ (2003)

72. К. Нага, Y. Suzuki, and Y. Taga, Jpn.J.Appl.Phys. 18, 2027 (1979)

73. Т. Yachi, Т. Serikawa, J.Electrochem.Soc. 131,2720 (1984)

74. R.E. Jones, H.F. Winter, and L.I. Maissel, J. Vac.Sci.Technol. 5, 84 (1968)

75. T. Serikawa, T. Yachi, J.Electrochem.Soc. 131,2105 (1984)

76. H. R. Hoenig and L.I. Maissel, IBM J. Res. Develop. 14,168 (1970)

77. I. P. Smirnova, D.A. Zakheim, I.V. Rozhanskii, et.al. Large area InGaN/GaN MQW based LED with two-level contact topology for high-power applications, Proc. of Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St.-Petersburg, p. 99 (2004)

78. Luxeon® III Emitter, Technical Datasheet DS45, http://wvw.lumileds.com/pdfs/DS45.PDF

79. А.Э. Юнович. Свет из гетеропереходов. Природа, N6, 38 (2001)

80. Light Emitting Diodes for General Illumination. Tutorial materials (2002); http://lighting/sandia.gov82. http://compoundsemiconductor.net/articles/news/11/1 /20?alert= 1 (2007)

81. Y. Narukawa, J. Narita, T.Sakamoto, K.Deguchi, T.Yamada, and T.Mukai, Jpan. J. Appl. Phys. 45, L1084-L1086 (2006)