Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка конструкции и технологии изготовления сверхмощных светоизлучающих кристаллов на основе инверсных GaN-гетероструктур

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.523.11.3008
Организация
ЗАО "ЭПИ-ЦЕНТР"
Руководитель работ
Бауман Дмитрий Андреевич
Продолжительность работ
2007 - 2008, 14 мес.
Бюджетные средства
140 млн
Внебюджетные средства
60 млн

Разработка технологии производства светоизлучающих гетероструктур и кристаллов, излучающих в синем диапазоне спектра (450-470 нм). Создание основ для развития производства сверхмощных светоизлучающих кристаллов и светодиодов с эффективностью не менее 40% на рабочем токе, успешно конкурирующих с лучшими импортными образцами.

Соисполнители

Этапы проекта

1
15.08.2007 - 31.10.2007
3. Результаты
Анализ экспериментального и численного моделирования электро-оптических свойств СГ и СИК. Разработанная диффузионно-дрейфовая модель транспорта в светодиодной гетероструктуре позволила проанализировать зависимость эффективности электролюминесценции от плотности тока накачки для реальной светодиодной гетероструктуры AlGaInN.
На основе моделирования растекания тока и прохождения света внутри кристалла была разработана топология кристалла, включающая в себя площадь активной области, конфигурацию разводки токоведущих шин, оптимальный угол наклона глубокой (до сапфировой подложки) меза-структуры, обеспечивающая его работу при больших токах накачки, низкое последовательное сопротивление и эффективный вывод света из кристалла.
Разработка дизайна СГ. Для преодоления падения квантового выхода с ростом тока накачки предложена модификация дизайна гетероструктуры, заключающаяся в том, что, в отличие от стандартного дизайна, активная область размещается в области с p типом проводимости. Рассчитаны толщины и состав слоев предлагаемой гетероструктуры.
Проведение исследований процессов эпитаксиального роста светодиодных гетероструктур (СГ) и технологии изготовления светоизлучающих кристаллов (СИК). В результате отработки технологии эпитаксиального роста слоев, входящих в гетероструктуру были получены слои с необходимыми характеристиками. Экспериментально подобраны оптимальные толщины слоев, обеспечивающие наилучшее качество материала. Существенное внимание уделено резкости интерфейсных границ. Решена задача оптимизации процесса роста всей светоизлучающей гетероструктуры для соблюдения заданных характеристик.
В рамках отработки технологии изготовления светоизлучающих кристаллов на основе многослойной эпитаксиальной гетероструктуры в системе AlInGaN, выращенной на сапфировой подложке, были оптимизированы постростовые технологические операции, такие как создание меза-рельефа в структуре, нанесение металлических контактов к n- и p-областям структуры, нанесение диэлектрических защитных слоев, формирование площадок под флип-чип монтаж, шлифование пластины и разделение ее на отдельные кристаллы.
  Комплексная диагностика экспериментальных образцов СГ и СИК. В процессе работы в целях оптимизации конструкции и отработки технологических операций были изготовлены экспериментальные образцы СГ и СИК, которые проходили комплексную диагностику характеристик по следующим методикам: Методика сканирующей электронной микроскопии (СЭМ); Методика измерения вольт-амперных характеристик СИК; Методика определения внешнего квантового выхода СИК; Методика определения длины волны излучения СИК; Методика атомно-силовой микроскопии (АСМ); Комплекс методик прогнозирования рабочего ресурса СИК. Апробация перечисленных методик показала хорошие результаты оценки физических свойств СГ и электрооптических характеристик СИК. Полученные результаты свидетельствуют о том, что предложенная конструкция и технология изготовления мощного светоизлучающего кристалла являются хорошей базой для создания сверхмощного кристалла. Разработаны эскизные методики выполнения измерений, использованных для контроля технических характеристик экспериментальных образцов СГ и СИК.
Развернуть
2
01.11.2007 - 31.12.2007
В течение отчетного периода осуществлялась отработка технологического процесса изготовления СГ и СИК, по результатам которой были разработаны комплекты рабочей конструкторской документации на СИК и рабочей технологической документации на технологический процесс изготовления СГ и СИК, а также рабочие методики выполнения измерений характеристик СГ и СИК. С целью защиты полученных технических решений проведены патентные исследования. Для проверки рабочих характеристик светоизлучающих кристаллов была осуществлена сборка тестовых изделий (светодиодов) и проведены их испытания.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.04.2008
Разработанные Программа и методики предварительных испытаний опытной партии сверхмощного светоизлучающего кристалла на основе инверсных GaN-гетероструктур содержат 9 пунктов, посвященных проверке электрических и оптических характеристик кристалла и 5 пунктов проверки характеристик кристалла в корпусе с заливкой компаундом. Программа и методики предварительных испытаний опытной партии светоизлучающих гетероструктур содержат 6 пунктов контроля характеристик светоизлучающих гетероструктур.
По результатам предварительных испытаний опытных партий светоизлучающих гетероструктур, сверхмощного светоизлучающего кристалла и светоизлучающего кристалла в корпусе с заливкой компаундом была осуществлена корректировка конструкторской и технологической документации и доработан технологический процесс изготовления СИК и СГ. Комплектам конструкторской и технологической документации присвоена литера "О".
Комплект методик выполнения измерений, разработанный на данном этапе работ, включает следующие методики: измерений вольт-амперных характеристик (ВАХ), определения внешнего квантового выхода, измерения длины волны излучения.
Методика измерений вольт-амперных характеристик позволяет проводить измерение ВАХ СИК на пластинах с использованием зондов, а также позволяет расширить диапазон измерения токов утечки до 10-11А. Методика определения внешнего квантового выхода СИК допускает измерение на пластинах с использованием зондов и позволяет повысить точность определения величины внешнего квантового выхода. Методика определения длины волны излучения СИК позволяет проводить измерение длины волны излучения СИК на пластинах СГ с использованием зондов и обеспечивает оперативный контроль величины длины волны излучения СИК, что делает возможным внесение корректив в режимы процесса роста СГ в более короткие сроки, не дожидаясь результатов измерения СИК, собранных в корпус.
Программа моделирования электро-оптических свойств СГ и СИК предназначена для моделирования процесса инжекции и излучения в светодиодной гетероструктуре, распространения и вывода света из светодиодного кристалла и позволяет рассчитывать следующие электрооптические характеристики светодиодного кристалла: зависимость эффективности излучения от тока накачки, зависимость напряжения от тока накачки – вольт-амперную характеристику, эффективность вывода света из кристалла, угловую диаграмму направленности излучаемого света, поляризованность излучаемого света. Выполненные результаты расчета подтверждены экспериментальными данными.
Патентные исследования, выполненные на данном этапе работ, подтвердили новизну и патентную чистоту использованных технических решений. Исследования проводились согласно ГОСТ Р 15.011-96.
Разработанный бизнес-план проекта рассматривает основные области применения результатов проекта и на основе анализа рынков и плана предполагаемых мероприятий подтверждает его экономическую эффективность.
Развернуть
4
01.05.2008 - 31.10.2008
2.1. На отчетном этапе завершена разработка двух технологий: техно-логии изготовления светоизлучающих инверсных GaN-гетероструктур и тех-нологии изготовления светоизлучающих кристаллов на основе инверсных GaN-гетероструктур. Каждая из технологий может применяться независимо для изготовления соответствующего вида продукции (гетероструктур или кристаллов), при этом обе технологии являются основной частью производ-ственного цикла изготовления ярких светодиодов синего и белого диапазона излучения.
По разработанным технологиям для Государственных приемочных ис-пытаний были изготовлены опытные партии светоизлучающих гетерострук-тур и светоизлучающих кристаллов. Опытные партии успешно выдержали приемочные испытания и полностью соответствуют требованиям техниче-ского задания. Полученная эффективность излучения светоизлучающих кри-сталлов в сборке (в корпусе и с линзой) – 40% – позволит эффективно ис-пользовать разработанные технологии для производства инновационной кон-курентоспособной продукции: ярких белых светодиодов и полупроводнико-вых светильников для систем общего освещения.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

2.3 Осуществление комплексных проектов, в том числе разработка конкурентоспособных технологий, предназначенных для последующей коммерциализации в области индустрии наносистем
Тема
Разработка конструкции и технологии изготовления сверхмощных светоизлучающих кристаллов на основе инверсных GaN-гетероструктур.
Продолжительность работ
2007 - 2008, 14 мес.
Бюджетные средства
140 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка методов изготовления наноразмерных светоизлучающих гетероструктур для светодиодов ближнего ультрафиолетового диапазона.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 14 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка методов получения светоизлучающих наноразмерных гетероструктур InGaAlN и монолитных белых светодиодов на их основе с квантовой эффективностью не менее 10%.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 14 мес.
Бюджетные средства
19,47 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка комплекса технологий выращивания кристаллов для изготовления оптических элементов, создание гиперспектральных приборов диапазона 0,2-1,0 мкм на их основе.
Продолжительность работ
2011 - 2013, 29 мес.
Бюджетные средства
220 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка энергосберегающих светотехнических приборов для систем мачтового освещения на основе сверхмощных многокристальных светодиодов.
Продолжительность работ
2009 - 2011, 26 мес.
Бюджетные средства
90 млн
Количество заявок
4