СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №3/2014

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2014 Характеристики и особенности светодиодов компании SemiLEDs В статье приведён обзор светодиодов и светодиодных модулей тайваньской компании SemiLEDs. Разработав новую технологию производства светодиодных кристаллов, компания сумела стремительно выйти в лидеры рынка светодиодной продукции. Андрей Туркин (Москва) В ВЕДЕНИЕ В последнее время происходит бур- ный рост производства и применения светодиодных осветительных при- боров. Этому способствует развитие технологии производства светодио- дов всех типов, в том числе сверхъяр- ких, мощных, а также светодиодных модулей. Лидерами рынка остаются компании, разработавшие основопо- лагающие технологии производства светодиодов. Так, специалисты ком- пании Nichia первыми в мире полу- чили белый светодиод путём возбуж- дения жёлто-зелёного люминофо- ра свечением синего кристалла [1–3]. Компания Philips Lumileds, в 2003 году представившая первый мощный свето- диод Luxeon I [1–4], сегодня успешно развивает свою светодиодную линей- ку [4–6]. Светодиоды Luxeon I по свето- вой отдаче почти в два раза превзошли лампы накаливания [1–6], что позволи- ло говорить о светодиодах как о новых и эффективных источниках света. Компания Cree, использующая соб- ственную технологию выращивания гетероструктур нитрида галлия (GaN) на подложках из карбида кремния (SiC), во второй половине 2006 года выпусти- ла серию эффективных мощных све- тодиодов XLamp XR-E. Это стало свое- образным прорывом в области полу- проводниковых источников света, так как световой поток достиг значения 100 лм, а световая отдача – 90 лм/Вт [2, 3, 7–11]. Так был преодолён первый «пси- хологический» рубеж – 100 лм. Тайваньская компания SemiLEDs, основанная в 2004 году, разработала собственную технологию производства светодиодных кристаллов и в настоя- щее время выходит в лидеры рынка све- тодиодов. С ВЕТОДИОДНЫЕ КРИСТАЛЛЫ КОМПАНИИ S EMI LED S Многие компании при производстве кристаллов использовали технологию выращивания гетероструктур GaN на сапфировых (Al 2 O 3 ) подложках [1–3]. Технология была достаточно отрабо- тана, но имела определённые недостат- ки, связанные, например, с 15%-нымрас- согласованием постоянной кристалли- ческой решётки материала подложки ибазового слоя структуры. Как следствие этого рассогласования, в базовом слое GaN возникали дислокации и дефекты, которые приводили к снижению кван- тового выхода излучения и росту вну- треннего сопротивления, и, как след- ствие, к увеличению прямого напря- жения и потребляемой мощности [12]. Указанные ограничения удалось преодо- леть специалистамкомпании SemiLEDs, которые разработали промышленный способ отсоединения структуры GaN от сапфировойподложки. Эта техноло- гия получила название «lift-off» [12]. Она состоит в том, что структуруGaNна сап- фировойподложке подвергают воздей- ствиюлазерногоимпульса с определён- ными значениями длиныволныимощ- ности [12]. Излучение лазера активирует имеющийся в структуре примесный кис- лород, сконцентрированный в буферном слое у границы с подложкой, где сосре- доточены основные дефекты и дисло- кации. В результате в данной области образуется повышенная концентрация оксида галлия, что позволяет небольшим усилием отделить подложку от гетеро- структурыGaN [12]. С помощью такой технологии специ- алисты компании SemiLEDs добились существенных результатов. Во-первых, им удалось значительно снизить кон- центрацию дефектов в структуре GaN, и, как следствие, уменьшить безызлу- чательную рекомбинацию и повы- сить квантовый выход излучения. Во-вторых, стало возможным изготав- ливать кристаллы с контактами на про- тивоположных гранях проводящей под- ложки, обеспечивая вертикальное про- текание тока. Это позволило снизить внутреннее сопротивление структуры и, как следствие, уменьшить потребляе- муюмощность при номинальном токе. В-третьих, данная технология позволя- ла многократно использовать сапфиро- вые подложки в процессе роста и сни- зить себестоимость кристаллов. Описанные технологические дости- жения позволили компании SemiLEDs выйти в лидеры светодиодного рын- ка. Далее будут рассмотрены основные виды светодиодов, производимых ком- панией. С ВЕТОДИОДНЫЕ ИЗДЕЛИЯ КОМПАНИИ S EMI LED S Светодиодные изделия компании SemiLEDs можно условно разделить на три основные группы. 1. Мощные светодиоды. В данную группу входят светодиоды в керами- ческом корпусе с линзовым куполом. В корпусе светодиода данного типа может быть один или несколько кри- сталлов, соединённых как последова- тельно, так и последовательно и парал- лельно. Потребляемая мощность дан- ных светодиодов составляет от 1 до 55 Вт (см. табл. 1). Благодаря нали- чию первичной линзы, а также кор- пуса, имеющего стандартный для дан- ного типа светодиодов форм-фактор, светодиоды могут применяться со вто- ричной оптикой – линзами и рефлек- торами, что позволяет использовать их в системах освещения, там, где требу- ется определённая кривая силы света (КСС), – прожекторах направленного Таблица 1. Основные типы и серии светодиодов и светодиодных модулей Мощные светодиоды Светодиодные модули Сверхъяркие светодиоды С35: 1…3 Вт С1919: 10…15 Вт PBC-3014: 0,1 Вт N5: 5…10 Вт С2828: 15…30 Вт PAC-3022: 0,2 Вт M63: 5…10 Вт С4246: 50…120 Вт PAC-5630: 0,5 Вт M90: 12…40 Вт, 16…55 Вт PAC-3030: 1 Вт © СТА-ПРЕСС