WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

В рамках туннельно-рекомбинационной модели из3.2. Влияние дизайна p-n-гетероструктуры менение относительной яркости с током объясняется на однородность свечения по площади присутствием отрицательного заряда состояний гетерорабочих светодиодов в стационарном границы, Q- [8]. При малых напряжениях это приводит режиме к более быстрому росту инжекционного тока в участках Полученные ЭЛ-изображения свидетельствуют о ла- с повышенной плотностью отрицательного заряда и соответственно более яркому свечению. Но с увеличением теральной неоднородности инжекции носителей заряда напряжения пиннинг уровня Ферми приводит к подавлев квантовую яму до и после деградации. Для выяснения нию инжекции и относительная яркость уменьшается.

механизма деградации необходимо рассмотреть причины неоднородности инжекции в рабочем светодиоде. Све- Подтверждением вывода о том, что насыщение интентодиоды на основе GaN выращены на изолирующей сивности ЭЛ вблизи p-контакта с током не связано с рассапфировой подложке и инжекционный ток в них про- теканием тока по слою n-GaN, является более слабая ЭЛ текает латерально от p-контактной площадки через рас- в области наименьшего расстояния между угловыми nпределенное слоевое сопротивление полупрозрачного и p-контактами в светодиодах фирмы Nichia (рис. 4, d).

слоя NiO/Au, p-n-гетероструктуру с активной областью Более слабая интенсивность ЭЛ в этой области при Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 126 Н.И. Бочкарева, А.А. Ефремов, Ю.Т. Ребане, Р.И. Горбунов, А.В. Клочков, Ю.Г. Шретер рабочих токах была ранее отмечена в работе [11], однако более яркой и более темной — при напряжениях, прене было предложено объяснений этим наблюдениям. вышающих рабочие. Отсюда можно сделать вывод, что деградация, сопровождающаяся увеличением емкости, Отметим, что в работе [12] в InGaN-светодиодах начинается вблизи p-контакта.

при больших токах наблюдался голубой сдвиг спекВыскажем некоторые общие соображения о влиятра ЭЛ вокруг p-контакта, что связывалось авторами нии утечки, шунтирующей p-n-гетероструктуру свес эффектами механических напряжений, вызванными тодиода, на распределение ЭЛ по площади. Растекаметаллизацией p-контакта. В то же время голубой сдвиг ние тока утечки вызывает падение напряжения на nспектра ЭЛ обычно наблюдается в InGaN-светодиодах и p-резистивных электродах, так что соседние участпри увеличении плотности тока. Поведение локального ки оказываются под меньшим прямым напряжением свечения в области p-контакта при изменении тока дает и соответственно должны быть менее яркими, чем основания полагать, что голубой сдвиг спектра ЭЛ моудаленные от дефектного участка. Можно получить жет быть связан с влиянием заряда состояний гетерограпростую оценку эффективной длины растекания тока ницы InGaN/p-GaN в области p-контакта на локальную локальной утечки Ll через участок гетероструктуры плоплотность тока.

щадью Sl S и внутренним сопротивлением rl < rt-r :

При пиннинге уровня Ферми на гетерогранице поLl(V ) =Ls [1 +(RJS - rlSl)/c]1/2. При росте прямого нижение барьера в p-GaN с ростом напряжения сонапряжения и уменьшении RJ воздействие шунтируюставляет только малую долю внешнего напряжения.

щего диода должно эффективно экранироваться, и локаНа эквивалентной схеме светодиода это может быть лизация утечки должна быть более четко видна в виде отображено заменой диода с сопротивлением RJ на темных участков на ЭЛ-изображении, что и наблюдается „идеальный“ диод с сопротивлением REL, в котором в эксперименте (рис. 2, h–i).

ток безызлучательной рекомбинации на гетерогранице отсутствует, и последовательное сопротивление, равное 3.4. Возможный механизм деградации RJ - REL. Характеристическая длина растекания тока при этом увеличится, для ее качественной оценки мож- В работах [8,9] на основании анализа температурных но записать: Lt-r (U) =Ls [1 +(RJ - REL)/c]1/2. Заметим, зависимостей емкости и эффективности голубых светочто в исследованных светодиодах наблюдалось вырав- диодов сделан вывод о том, что пиннинг уровня Ферми нивание интенсивности ЭЛ при низких температурах на гетерограницах структуры p-GaN/InGaN/n-GaN связан с сегрегацией остаточных примесей — водорода и (300 > T > 77 K), когда туннельно-рекомбинационный кислорода. Процесс деградации оптической мощности ток доминирует уже при малых токах [8].

связывается с увеличением плотности состояний на гетерограницах и изменением их распределения в запре3.3. Распределение интенсивности ЭЛ щенной зоне [9]. Корреляция особенностей I-V -харакпо площади в импульсном режиме теристик светодиодов до и после деградации, наблюдавдо и после деградации шаяся в данной работе, также позволяет сделать вывод, что дефекты, генерируемые в процессе деградации на Распределение интенсивности ЭЛ по площади гетегетерограницах, характеризуются теми же уровнями роструктуры в импульсном режиме определяется переэнергии, что и до деградации. Это служит указанием на ходным процессом в резистивно-емкостной цепи с расто, что образование каналов утечек тока на начальной пределенными параметрами (рис. 2). При приложении стадии деградации связано с электрической активностью прямоугольного импульса напряжения в момент времеостаточных примесей, а не с электромиграцией атомов ни t = 0 напряжение на гетероструктуре на расстоянии, металлов из контактов.

равном L, от краев n-контакта устанавливается за время:

Влияние p-металлизации на I-V - и L-V -характеtL =(rnL2 + c)C, где C — удельная емкость.

ристики светодиода [13], а также на спектры ЭЛ под Задержка в распределении яркости по площади после p-контактом [12] связывалось ранее с изменением p-кондеградации может быть вызвана увеличением емкотактного сопротивления, индуцированного процессами сти светодиода при деградации, наблюдавшимся ранее интердиффузии и межфазовых химических реакций [13], при V < VEL [7,9]. Это подтверждает предположение и механическими напряжениями в активной области [12].

о формировании электрического диполя на гетероТак, в работе [14] изменение сопротивления слоя p-GaN границах структуры при деградации и соответственно и p-контактного сопротивления при окислении бислоя уменьшении ширины обедненной области. Так как слой Ni/Au связывалось с перераспределением профиля воp-GaN легирован слабее (Na = 3 · 1017 см-3), чем слой дорода. Планарная неоднородность ЭЛ-изображений, наn-GaN (Nd = 1018 см-3), увеличение емкости указывает блюдаемая в данной работе до и после деградации, на уменьшение потенциального барьера в слое p-GaN в говорит о влиянии p-металлизации на локальное внутпроцессе деградации.

реннее сопротивление гетероструктуры. Это влияние На ЭЛ-изображениях деградировавшего светодиода, может быть вызвано диффузионными процессами и полученных в импульсном режиме, темный круг вокруг рождением электрически активных дефектов, индуциp-контакта виден уже при малых напряжениях. До рованных механическими напряжениями, создаваемыдеградации при малых напряжениях эта область была ми p-металлизацией. Эти процессы могут приводить, Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Неоднородность инжекции носителей заряда и деградация голубых светодиодов например, к корреляции плотности пассивированных [3] M. Osinski, D.L. Barton, P. Perlin, J. Lee. J. Cryst. Growth, 189/190, 808 (1998).

водородом оборванных связей с планарной неоднород[4] Introduction to Nitride Semiconductor Blue Laser and ностью контакта к слою p-GaN, обусловливая планарLigth Emitting Diodes, eds. by S. Nakamura, S.F. Chichibu но-неоднородную инжекцию носителей заряда еще до (London-N. Y.: Taylor & Francis, 2000).

деградации светодиода.

[5] А.Н. Ковалев, Ф.И. Маняхин, В.Е. Кудряшов, А.Н. Туркин, Дополнительная неоднородность инжекции и временА.Э. Юнович. ФТП, 33, 242 (1999).

ная задержка свечения под p-контактом после деграда[6] A.E. Yunovich, V.E. Kudryashov, S.S. Mamakin, A.N. Turkin, ции может быть вызвана появлением дополнительного A.N. Kovalev, F.I. Manyakhin. MRS Int. J. Nitride Semicond.

отрицательного заряда на гетерогранице InGaN/p-GaN Res., 5S1, W11.25 (2000); http://nsr.mij.mrs.org /5S1/W11.25/.

и формированием электрического диполя. Формирова[7] Y.T. Rebane, N.I. Bochkareva, V.E. Bougrov, D.V. Tarkhin, ние диполя и деградация светодиода в участках под Y.G. Shreter, E.A. Girnov, S.I. Stepanov, W.N. Wang, p-контактом может быть связана с электромиграцией P.T. Chang, P.J. Wang. Proc. SPIE, 4996, 113 (2003).

водорода, а также трансформацией водородсодержащих [8] Н.И. Бочкарева, E.A. Zhirnov, А.А. Ефремов, Ю.Т. Ребане, комплексов на межфазных и межзеренных границах Р.И. Горбунов, Ю.Г. Шретер. ФТП, 39, 627 (2005).

[9] Н.И. Бочкарева, Е.А. Жирнов, А.А. Ефремов, Ю.Т. Ребане, гетероструктуры, индуцированной захватом дырок. Это Р.И. Горбунов, Ю.Г. Шретер. ФТП, 39, 829 (2005).

может приводить к образованию проводящих каналов, [10] X. Guo, E.F. Schubert. Appl. Phys. Lett., 78, 3337 (2001).

вероятнее всего, вдоль дефектных трубок, шунтирующих [11] P.Fischer, J. Christen, S. Nakamura. Jpn. J. Appl. Phys., 39, p-n-гетероструктуру светодиода.

L129 (2000).

[12] P. Fischer, J. Christen, M. Zacharias, V. Schwegler, C. Kirchner, M. Kamp. Jpn. J. Appl. Phys., 39, 2414 (2000).

4. Заключение [13] D.L. Hibbard, S.P. Jung, C. Wang, D. Ullery, Y.S. Zhao, H.P. Lee, W. So, H. Liu. Appl. Phys. Lett., 83, 311 (2003).

После деградации голубых InGaN/GaN-светодиодов, [14] T. Arai, H. Sueyoshi, Y. Koide, M. Moriyama, M. Murakami.

ускоренной токовыми импульсами амплитудой до 50 мА, J. Appl. Phys., 89, 2826 (2001).

наблюдаются нестабильные утечки прямого тока. В режиме коротких (tp 20-40 нс) импульсов наблюдается Редактор Л.В. Беляков задержка в распределении интенсивности ЭЛ по площади, а при увеличении длительности импульсов — темCharge carrier injection non-uniformity ные участки вблизи p-контактных площадок. В рабочем and degradation of blue light-emitting светодиоде при малых постоянных токах (I < 100 мкА) diodes эти участки светятся наиболее интенсивно, а при больших токах (I > 20 мА) — менее интенсивно. Измене- N.I. Bochkareva, A.A. Efremov, Y.T. Rebane, ние относительной яркости с напряжением в участках R.I. Gorbunov, A.V. Klochkov, Y.G. Shreter под p-контактом в рабочем светодиоде связывается с Ioffe Physicotechnical Institute, повышенной плотностью отрицательно заряженных акRussian Academy of Sciences, цепторных граничных состояний. Предполагается, что 194021 St. Petersburg, Russia в процессе деградации увеличивается плотность со St. Petersburg State Polytechnical University, стояний на гетерограницах InGaN/GaN и формируется 194025 St. Petersburg, Russia электрический диполь. При формировании диполя потенциальные барьеры в n- и p-слоях GaN снижаются,

Abstract

The electroluminescence intensity distribution over the а емкость соответственно увеличивается. Это приводит area and during time before and after optical degradation of к возрастанию токов утечки, а также к временной за blue InGaN/GaN light-emitting diodes (LEDs) are studied. The держке растекания инжекционного тока и распределения measurements of I-V -characteristics are made. It is found that интенсивности ЭЛ по площади в импульсном режиме.

initially strongest electroluminescence intensity around p-contact Планарная неоднородность инжекции носителей заряда в InGaN-квантовую яму до и после оптической дегра- metallization changes on a weak one after LED degradation.

дации связывается с диффузией и электромиграцией A time delay ( 20-40 ns) of electroluminescence intensity водорода, индуцированной механическими напряжени- distribution over the LED area has been found after degradation. It ями. Металлизация p-контакта может быть причиной is supposed that the excess current increase after LED degradation генерации механических напряжений.

is due to increasing of InGaN/GaN interface states density InGaN/GaN and the formation of an electrical interface dipole, Работа частично поддержана грантом Президента РФ which decreases the potential barriers in p-GaN and n-GaN layers.

НШ-2223.2003.2.

Corresponding increase of capacitance leads to the time delay of current spreading and brightness distribution over the LED Список литературы area. Planar non-uniform injection of charge carriers in the InGaN quantum well before and after optical degradation is related to [1] S. Nakamura, G. Fasol. The Blue Laser Diode: GaN Based a strain-induced diffusion and electromigration of hydrogen. The Light Emitters and Lasers (Springer, 1998).

p-contact metallization could be a reason for the strain generation [2] M. Osinski, J. Zeller, P.-C. Chiu, B.S. Phillips, D.L. Barton.

around the p-contact.

Appl. Phys. Lett., 69, 898 (1996).

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.