Группа 1

Результаты исследований прежде всего выявили общее повышение энергетики выхода

используемых кристаллов относительно прежних показателей. Наиболее продвинутой в плане освоения новых технологий в производстве светодиодов оказалась фирма СОТСО, которая

применила в своих светодиодах новый тип кристалла на основе InGaN/GaN на подложке SiC.

Это кристаллы серий CREE XBright™, CREE XThin™, устанавливаемые способом «flip-chip» на эвтектическую прослойку, нанесенную на рамку светодиода. Они стали удачным продолжением в усовершенствовании кристаллов MBright™ на подложке SiC, отличающейся лучшей, чем сапфир, совместимостью кристаллических решеток подложки и выращенной на ней структуры InGaN/GaN. Применение кристалла XBright™ позволило практически сравнять энергетические показатели светодиодов синего и зеленого цвета излучения со светодиодами фирмы NICHIA, не изменяя цены, и, что самое важное, — надежности светодиода. А светодиоды с кристаллом CREE XThin™ фирмы Ledman превзошли по энергетическим параметрам идентичные по характеристикам приборы лидера светодиодостроения. Например высший ранк наиболее используемых в экранах светодиодов с овальной линзой и углом излучения 110×50 град светодиодов фирмы NICHIA NSP 546 имеет осевую силу света до 2,4 cd (зеленый цвет), в то время как фирма СОТСО заявляет 2,3 cd у LO5SMQPG4-BOG-A1, что подтвердилось при исследованиях. Синий СОТСО LO5SMQBL4-BOG-A1 также с углом излучения 110×50 град имеет осевую силу света до 0,75 cd (табл. 2). Световой поток кристаллов CREE представлен в таблице 3

Таблица 2 Таблица 3

Цвет	Typ. Iv, cd		Цвет	Typ F, lm при 20mA
NICHIA 110×50град	СОТСО110×50град	MBright™	XBright™	XThin™
Green	2,44	2,3	Green	1,4	1,8	2,1
Blue	1,0	0,75	Blue	0,3	0,5	0,7

Световая отдача кристаллов CREE XThin™ достигает 35–40 lm/W за счет значительного

уменьшения прямого падения напряжения Uf во всем диапазоне токов. На рис. 16, 17 показана эволюция вольт-амперных характеристик семейства кристаллов CREE, наглядно

поясняющая это

Рис.16. Прямые вольт-амперные характеристики кристаллов CREE утверждение. Использование таких светодиодов позволяет формировать экраны и табло с шагом пикселей 22 мм и яркостью до 8000

cd /m². При шаге пикселей 19 мм можно достичь яркости 10 тыс.

cd /m². При этом полностью сохраняется надежность и долговечность работы экрана.

Рис.17. Зависимость потребляемой мощности Р_dis от прямого тока I_f и динамическое сопротивление

R_din кристаллов CREE.

Рис.18. Кристаллы фирмы CREE a- MBright™, б - XBright™, высота250 мкм,

в - XThin™, высота 115мкм

В чем секрет этих светодиодов?

Особая конструкция кристаллов CREE XBright™, CREE XThin™ (рис. 18) одновременно решает несколько задач:

• Великолепный отвод тепла от p-n -перехода (тепловое сопротивление «p-n-переход - кристаллодержатель» — всего 2–5 град/Вт.), активная область расположена всего в 2–3 мкм от эвтектического слоя.

• Выгодное, с точки зрения хода оптических лучей, расположение граней и распределениеизлучения внутри кристалла — по всему объему. Поэтому выход квантов наблюдается по всей поверхности граней кристалла, а их площадь примерно в четыре раза больше, чем у кристалла на подложке из Al₂O₃ (рис. 19).

• Площадь верхнего омического контакта, несмотря на маленький размер, не влияет на равномерность растекания тока, так как p-n -переход расположен в противоположной стороне от него, а распределение тока формируется толщей подложки SiC и специальным слоем AuSn. Нижний контакт занимает всю площадь нижней грани. Поэтому вся площадь активной области работает при одинаковой плотности тока и нет локализации излучения, находящейся в зависимости от расположения омического контакта.

• Высокая механическая прочность эвтектического соединения кристалла с металлической рамкой светодиода. Устраняются проблемы разности коэффициентов линейного расширения кристалла и материала рамки (подложки) при увеличении температуры работающего кристалла.

• Кристалл имеет большой динамический диапазон и запас по импульсным токовым нагрузкам. Линейность люмен-амперной характеристики сохраняется вплоть до тока 120 мА, что соответствует его плотности почти в 200 А/см². Кристаллы конструкций на рис. 19 теряют линейность, едва достигая плотности тока 100–120 А/см².

Технология посадки кристалла способом «flip-chip» встречается не впервые. Toyoda

Gosei применяет эту технологию для кристаллов на подложках из Al₂O₃. Светодиоды фирмы отличаются высокой надежностью, которую, помимо конструкции кристалла, обеспечивает еще и смонтированный рядом с излучающим кристаллом быстродействующий диод Шоттки, включенный обратно и шунтирующий светодиод при подаче большого обратного напряжения.

Рис.19. Кристалл на подложке из сапфира. Высота 110мкм, тепловое сопротивление

«р - п - переход – кристаллодержатель» 80 – 150 град/Вт

Однако светотехнические параметры этих светодиодов ниже, чем у СОТСО.