La famiglia di composti basati su nitruro di gallio (GaN) sta suscitando molto interesse a causa delle presenti future applicazioni di questi materiali quali, ad esempio, i diodi emettitori di luce [1], diodi laser [2], fotorivelatori nellUV [3]. Precisamente, cambiamenti estremamente significativi sono in atto nella tecnologia optoelettronica. I diodi emettitori di luce (LEDs), fino a poco tempo fa usati principalmente come semplici luci-spia in elettronica e in giocattoli, stanno diventando luminosi ed efficienti in modo confrontabile alle lampade ad incandescenza nel campo della luce visibile e sono gia' presenti sul mercato (vedi, per esempio, in [4]). In realtà essi hanno gia' incominciato a sostituire le lampade a incandescenza in molte applicazioni, particolarmente in quelle che richiedono lunga durata , compattezza, operatività a freddo e/o direzionalita' (per esempio, traffico, articoli per automobili (luci di posizione), display, illuminazione per area in architettura/pubblicità [5]). Si pensa che ulteriori, anche piu' importanti, miglioramenti possano essere ottenuti in questa tecnologia se si raggiunge una conoscenza quantitativa dei meccanismi di generazione che effettivamente ancora manca, anche se alcuni prodotti sono gia' in vendita. Si sente la mancanza di tale approfondita conoscenza dei meccanismi di generazione della luce, della ricombinazione dei portatori, e della degradazione del materiale e dei dispositivi. A questo proposito, e' opportuno leggere le referenze 6,7,e 8, come esempi della vasta letteratura su questi soggetti "caldi". E' stato di recente osservata una risposta anomala nell'infrarosso in eterostrutture di GaN/InGaN, che e' stato spiegato con un modello a quattro livelli per la regione di GaN, modello che include le fluttuazioni della densita' di difetti e fenomeni di trasporto non lineari [9]. Quindi, la ricerca deve necessariamente seguire diverse direzioni: i) lo sviluppo di nuovi metodi sperimentali, ii) la completa caratterizzazione di materiali e dispositivi, iii) la creazione di modelli ai principi primi per lo sviluppo di nuovi materiali e strutture di dispositivi. Oggi uno dei piu' importanti obiettivi in assoluto per la ricerca a lungo termine sull'illuminazione e' una migliore conoscenza da un punto di vista fondamentale dei difetti elettricamente ed otticamente attivi, del drogaggio di tipo p e della possibile compensazione, l'ottimizzazione dei contatti e il miglioramento del materiale, ottenuto con l'incorporamento di indio e alluminio in InGaN e AlGaInN per rendere piu' efficienti i LEDs verdi e il confinamento dei portatori in LEDs basati su fosfuri per aumentare l'efficienza di LEDs rossi. In letteratura e' trattato la degradazione catastrofica di LEDs basati su GaN a causa di alte densita' di corrente ed e' stata avanzata tutta una serie di ipotesi relativamente ai meccanismi di guasto responsabili di questo fenomeno (vedi il modello del coordinatore). Il largo mismatch fra GaN e alcuni dei piu' usati substrati deriva dall' impatto negativo dei difetti sul tempo di vita dei dispositivi. Puntando l'attenzione sui problemi piu' strettamente connessi alle competenze dell'Unità di Bologna (UNI-BO), essi riguardano: a) i cortocircuiti probabilmente legati al riscaldamento locale, che indurrebbe una variazione locale della resistivita', b) la generazione di cammini resisitivi fra i contatti anodo e catodo sulla superficie del dispositivo, c) scariche elettrostatiche probabilmente imputabili a difetti generati all'interfaccia substrato/strato epitassiale, d) la segregazione e/o migrazione di Mg e H e dei loro complessi. Molti autori hanno trattato il fenomeno della degradazione e i meccanismi che limitano l'affidabilita' dei LEDs al GaN ad alta densita' di corrente. Tutti i meccanismi individuati sono, in effetti, riconducibili a (i) difetti estesi come dislocazioni threading, che rendono possibile la migrazione di impurezze metalliche lungo il loro core, (ii) a...
D.Cavalcoli, E.Zanoni, M.Vanzi, M. Manfredi. (2006). Affidabilità e condizioni di utilizzo di Light Emitting Diodes, LED, su GaN per illuminazione a stato solido..
Affidabilità e condizioni di utilizzo di Light Emitting Diodes, LED, su GaN per illuminazione a stato solido.
CAVALCOLI, DANIELA;
2006
Abstract
La famiglia di composti basati su nitruro di gallio (GaN) sta suscitando molto interesse a causa delle presenti future applicazioni di questi materiali quali, ad esempio, i diodi emettitori di luce [1], diodi laser [2], fotorivelatori nellUV [3]. Precisamente, cambiamenti estremamente significativi sono in atto nella tecnologia optoelettronica. I diodi emettitori di luce (LEDs), fino a poco tempo fa usati principalmente come semplici luci-spia in elettronica e in giocattoli, stanno diventando luminosi ed efficienti in modo confrontabile alle lampade ad incandescenza nel campo della luce visibile e sono gia' presenti sul mercato (vedi, per esempio, in [4]). In realtà essi hanno gia' incominciato a sostituire le lampade a incandescenza in molte applicazioni, particolarmente in quelle che richiedono lunga durata , compattezza, operatività a freddo e/o direzionalita' (per esempio, traffico, articoli per automobili (luci di posizione), display, illuminazione per area in architettura/pubblicità [5]). Si pensa che ulteriori, anche piu' importanti, miglioramenti possano essere ottenuti in questa tecnologia se si raggiunge una conoscenza quantitativa dei meccanismi di generazione che effettivamente ancora manca, anche se alcuni prodotti sono gia' in vendita. Si sente la mancanza di tale approfondita conoscenza dei meccanismi di generazione della luce, della ricombinazione dei portatori, e della degradazione del materiale e dei dispositivi. A questo proposito, e' opportuno leggere le referenze 6,7,e 8, come esempi della vasta letteratura su questi soggetti "caldi". E' stato di recente osservata una risposta anomala nell'infrarosso in eterostrutture di GaN/InGaN, che e' stato spiegato con un modello a quattro livelli per la regione di GaN, modello che include le fluttuazioni della densita' di difetti e fenomeni di trasporto non lineari [9]. Quindi, la ricerca deve necessariamente seguire diverse direzioni: i) lo sviluppo di nuovi metodi sperimentali, ii) la completa caratterizzazione di materiali e dispositivi, iii) la creazione di modelli ai principi primi per lo sviluppo di nuovi materiali e strutture di dispositivi. Oggi uno dei piu' importanti obiettivi in assoluto per la ricerca a lungo termine sull'illuminazione e' una migliore conoscenza da un punto di vista fondamentale dei difetti elettricamente ed otticamente attivi, del drogaggio di tipo p e della possibile compensazione, l'ottimizzazione dei contatti e il miglioramento del materiale, ottenuto con l'incorporamento di indio e alluminio in InGaN e AlGaInN per rendere piu' efficienti i LEDs verdi e il confinamento dei portatori in LEDs basati su fosfuri per aumentare l'efficienza di LEDs rossi. In letteratura e' trattato la degradazione catastrofica di LEDs basati su GaN a causa di alte densita' di corrente ed e' stata avanzata tutta una serie di ipotesi relativamente ai meccanismi di guasto responsabili di questo fenomeno (vedi il modello del coordinatore). Il largo mismatch fra GaN e alcuni dei piu' usati substrati deriva dall' impatto negativo dei difetti sul tempo di vita dei dispositivi. Puntando l'attenzione sui problemi piu' strettamente connessi alle competenze dell'Unità di Bologna (UNI-BO), essi riguardano: a) i cortocircuiti probabilmente legati al riscaldamento locale, che indurrebbe una variazione locale della resistivita', b) la generazione di cammini resisitivi fra i contatti anodo e catodo sulla superficie del dispositivo, c) scariche elettrostatiche probabilmente imputabili a difetti generati all'interfaccia substrato/strato epitassiale, d) la segregazione e/o migrazione di Mg e H e dei loro complessi. Molti autori hanno trattato il fenomeno della degradazione e i meccanismi che limitano l'affidabilita' dei LEDs al GaN ad alta densita' di corrente. Tutti i meccanismi individuati sono, in effetti, riconducibili a (i) difetti estesi come dislocazioni threading, che rendono possibile la migrazione di impurezze metalliche lungo il loro core, (ii) a...I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
