Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 |

3.3. Влияние энергии активации Mg в эмиттере AlGaN Вторым важным обстоятельством, влияющим на положение спада на кривой зависимости коэффициента инжекции от плотности тока накачки, является эффект увеличения энергии активации Mg в растворах AlGaN при увеличении мольной доли Al. Экспериментально показано [15], что при увеличении доли Al уровень Mg в p-легированном эмиттере AlGaN заглубляется, так что в растворе Al0.15Ga0.85N энергия активации Mg составляет 0.25 эВ вместо 0.15 в GaN. Результаты расчетов, приведенные на рис. 5, показывают, что с точки зрения картины инжекции заглубление акцепторного уровня в легированном эмиттере также приводит к смещению начала спада эффективности инжекции в область на Рис. 7. Схема и зонная диаграмма инверсной гетерострукпорядок меньших значений плотности тока. туры.

7 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 866 И.В. Рожанский, Д.А. Закгейм Рис. 8. Профили концентраций электронов (n) и дырок (p) в обычной (a, b) и инверсной (c, d) структурах. Плотность тока накачки J, А/см2: a, c Ч1; b, d Ч103.

Наилучшее согласие расчета с экспериментом (рис. 6) рах при разных плотностях тока накачки. Рис. 8, a, b на падающем участке зависимости достигнуто при зна- соответствуют обычной гетероструктуре при малой чениях подвижностей электронов и дырок в p-области (J = 1А/см2) и большой (J = 1000 А/см2) плотности p p n = 2см2/(В с), p = 0.6см2/(В с), что близко к оцен- тока, а рис. 8, c, d Ч инверсной гетероструктуре при кам и экспериментальным данным, полученным в [14], тех же плотностях тока. Видно, что при большой плота также с учетом эффекта заглубления уровня Mg в ности тока в инверсной гетероструктуре концентрация эмиттере AlGaN [15].

носителей (в данном случае дырок), проникающих за яму и снижающих эффективность инжекции в активную область, существенно ниже, чем концентрация электро4. ДИнверснаяУ гетероструктура нов в обычной гетероструктуре при тех же плотностях тока. Эти области с различной концентрацией указанных На основе моделирования инжекции носителей заряда в обычной светодиодной гетероструктуре можно пред- носителей обведены кружками на рис. 8, b, d.

положить оптимизацию гетероструктуры, направленную Соответственно инжекционная эффективность инверсна устранение эффекта спада коэффициента инжекции с ной структуры не испытывает завала, присущего обычтоком. Основная идея заключается в смещении активной ной гетероструктуре. Так, на рис. 9 приведены расчетные области в p-область, с тем чтобы интенсивность рекомзависимости коэффициента инжекции от плотности тока бинации в активной области определялась не инжекцией накачки для обычной и инверсной гетероструктур.

дырок, а инжекцией электронов, концентрация которых выше. Такую структуру назовем инверсной.

5. Заключение Широкозонный эмиттер, который ограничивал проникновение электронов в p-область, в инверсной струкТаким образом, разработанная нами диффузионнотуре ограничивает проникновение дырок в n-область.

дрейфовая модель транспорта в светодиодной гетероСхема и зонная диаграмма с учетом пьезополей для структуре позволила проанализировать зависимость эфинверсной структуры приведена на рис. 7. Уровни n- и фективности электролюминесценции от плотности тока p-легирования и составы твердых растворов такие же, накачки для реальной светодиодной гетероструктуры как и в обычной структуре (рис. 1).

На рис. 8 показаны профили концентраций элек- на основе AlGaInN. Несмотря на то что модель не тронов и дырок в обычной и инверсной структу- содержит квантово-механического описания процесса Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Анализ причин падения эффективности электролюминесценции светодиодных гетероструктур... Список литературы [1] T. Mukai, M.Yamada, S. Nakamura. Jap. J. Appl. Phys., 38, 3976 (1999).

[2] M.Yamada, T. Mitani, Y. Narukawa, S. Shioji, I. Niki, S. Sonobe, K. Deguchi, M. Sano, T. Mukai. Jap. J. Appl. Phys., 41, 1431 (2002).

[3] С.С. Мамакин, А.Э. Юнович, А.Б. Ваттана, Ф.И. Маняхин.

ФТП, 37 (9), 1131 (2003).

[4] Д.А. Закгейм, И.П. Смирнова, И.В. Рожанский, С.А. Гуревич, М.М. Кулагина, Е.М. Аракчеева6 Г.А. Онушкин, А.Л. Закгейм, Е.Д. Васильева, Г.В. Иткинсон. ФТП, 39 (7), 885 (2005).

[5] V.F. Mymrin, K.A. Bulashevich, N.I. Podolskaya, I.A. Zhmakin, S.Yu. Karpov, Yu.N. Makarov. Phys. Status Solidi (c), 2 (7), 2928 (2005).

[6] X.A. Cao, S.F. LeBoeuf, M.P. DТEvelyn, S.D. Arthur, Рис. 9. Расчетная инжекционная эффективность обычной J. Kretchmer, C.H. Yan, Z.H. Yang. Appl. Phys. Lett., 84 (21), и инверсной структур.

4313 (2004).

[7] А.Н. Ковалев, Ф.И. Маняхин, В.Е. Кудряшов, А.Н. Туркин, А.Э. Юнович. ФТП, 33 (2), 224 (1999).

[8] M.G. Cheong, E.-K. Suh, H.J. Lee, M. Dawson. Semicond.

излучательной рекомбинации в активной области гете- Sci. Technol., 17 (5), 446 (2002).

роструктуры, она позволила адекватно описать экспери- [9] А.Л. Закгейм. Светодиоды и лазеры, 1-2, 33 (2002).

[10] A. Zakauskas, R. Gaska, M. Shur. Introduction to Solid-State ментально наблюдаемые особенности зависимости эфLighting (John Wiley & Sons Inc., 2002).

фективности электролюминесценции от плотности тока [11] I. Vurgaftman, J.R. Meyer. J. Appl. Phys., 94, 3675 (2003).

накачки. Так, рост внешнего квантового выхода при ма[12] В.Л. Бонч-Бруевич, С.Г. Калашников. Физика полупроводлых значениях плотности тока J 1А/см2 обусловлен ников (М., Наука, 1990)ю конкуренцией между излучательной и безызлучательной [13] T.A. Davis. UMFPACK Version 4.4 User Guide, рекомбинацией и определяется концентрацией дефектов (2005).

и соответствующими скоростями рекомбинации. Паде- [14] Z.P. Guan, J.Z. Li, G.Y. Zhang, S.X. Jin, X.M. Ding. Semicond.

Sci. Technol., 15, 51 (2000).

ние же квантового выхода при больших плотностях [15] M.L. Nakarmi, J.Y. Lin, H.X. Jiang. Appl. Phys. Lett., 80 (7), тока J > 10 А/см2 связано с уменьшением коэффициента 1210 (2002).

инжекции дырок в активную область при увеличении прямого смещения на p-n-переходе. Как показывают Редактор Т.А. Полянская проведенные расчеты, в этом эффекте важную роль играет заглубление энергетического уровня акцепторов при Analysis of origin of the decrease увеличении доли Al в эмиттере AlGaN, а также уменьof electroluminescene efficiency шение подвижностей основных и неосновных носителей of AlGaInN LED heterostructures заряда в p-области по сравнению с их значениями в at high pumping density n-области. При этом расчетные зависимости оказываI.V. Rozhansky, D.A. Zakheim ются весьма чувствительными к значениям указанных параметров. Однако именно при значениях, близких к Ioffe Physicotechnical Institute, полученным в [14,15], результаты численного моделиRussian Academy of Sciences, рования показывают хорошее согласие с эксперимен194021 St. Petersburg, Russia тальными зависимостями внешнего квантового выхода от плотности тока. Полученный результат свидетель

Abstract

The work is devoted to theoretical explanation of the ствует в пользу того, что наблюдаемый спад внешнего decreasing of external quantum efficiency (QE) with increasing квантового выхода определяется в основном зависимоpumping density typically observed for AlInGaN heterostructures.

стью коэффициента инжекции носителей в активную It is shown as a result of numerical modeling that while the область от плотности тока накачки. Разработанная моincrease of QE at low pumping density J 1A/cm2 is due to the дель позволила предложить оптимизацию светодиодной competition between radiative and non-radiative recombination, гетероструктуры на основе AlGaInN путем смещения the decrease of QE at large pumping density J > 10 A/cm2 is активной области в p-область. В такой ДинверснойУ caused by decrease of injection efficiency for the holes into the гетероструктуре инжекционный спад эффективности с active region. It is shown that effect of increasing of acceptor ростом тока накачки наблюдаться не должен.

activation energy with increase of Al fraction in AlGaN emitter and small values of electron and holes mobilities in the p-region play Работа поддержана Советом по грантам Президенan important role in this effect. A modified LED heterostructure is та РФ для поддержки молодых российских ученых suggested, for which the effect of QE decreasing is not expected.

(№ МК-8224.2006.2).

7 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Pages:     | 1 | 2 |    Книги по разным темам