ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ INGAN/GAN ПРИ ВЫСОКОМ УРОВНЕ ИНЖЕКЦИИ 

Вострецова Любовь Николаевна, кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра инженерной физики, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого, 42), E-mail: Kapiton04@yandex.ru
Амброзевич Александр Сергеевич, кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра инженерной физики, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого, 42), E-mail: ambrozevich@mail.ru
Кузнецова Татьяна Эдуардовна, студент, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого, 42), E-mail: tanechka-kuznetsova-2013@mail.ru 

621.315.592 

DOI

10.21685/2072-3040-2019-2-7 

Актуальность и цели. Излучающие гетероструктуры с квантовыми ямами на основе InGaN/GaN являются предметом интенсивного исследования. Интерес к таким структурам связан с широким практическим применением светодиодов: светофоры, экраны, цифровые табло и т.д. Однако в настоящее время дискуссионным является механизм, ответственный за снижение эффективности излучения в области высоких токов. Целью данной работы является экспериментальное исследование вольт-амперных характеристик структур на основе InGaN/GaN в диапазоне токов до 1 А для определения механизмов, ответственных за протекание тока при разных уровнях инжекции.
Материалы и методы. Для решения поставленной цели были измерены вольт-амперные характеристики структуры на основе InGaN/GaN в диапазоне токов до 1 А и диапазоне температур 25–90 °С. В диапазоне токов > 40 мА измерение вольт-амперных характеристик проводилось в импульсном режиме с регистрацией тока с помощью осциллографа. Для анализа полученных температурных вольт-амперных характеристик использовалась обобщенная модель рекомбинации, которая позволяет описать процесс токопереноса в пространственно неупорядоченной структуре, когда одной из стадий процесса является туннелирование.
Результаты. Проведен анализ температурных вольт-амперных характеристик структур на основе InGaN/GaN в диапазоне токов до 1 А и диапазоне температур 25–90 °С. В области высоких токов было учтено падение напряжения на сопротивлении объемной базы структуры. Выявлено, что на этих характеристиках можно выделить два участка – участок резкого роста тока с ростом напряжения в диапазоне токов < 30 мА и участок насыщения при токах > 30 мА. При этом на участке насыщения наблюдается слабая зависимость от температуры. Каждый из участков вольт-амперных характеристик проанализирован с использованием механизма обобщенной модели рекомбинации.
Выводы. На основе обобщенной модели рекомбинации показано, что в диапазоне токов до 30 мА основным механизмом, формирующим вольтамперные характеристики, является рекомбинация носителей заряда в исследуемой структуре. В диапазоне токов более 30 мА ограничительной стадией процесса токопереноса является процесс туннелирования, ограничение пропускной способности канала туннелирования при увеличении уровня инжекции основных носителей заряда объясняет участок насыщения на вольт-амперной характеристики исследуемой структуры. 

Ключевые слова

вольт-амперная характеристика, инжекция, туннелирование, обобщенная модель рекомбинации 

 Скачать статью в формате PDF

1. Auger recombination in InGaN measured by photoluminescence / Y. C. Shen, G. O. Mueller, S. Watanabe, N. F. Gardner, A. Munkholm, M. R. Krames // Applied Physics Letters. – 2007. – Vol. 91, iss. 14. – Р. 10.1063/1.2785135
2. Direct Measurement of Auger Electrons Emitted from a Semiconductor Light-Emitting Diode under Electrical Injection: Identification of the Dominant Mechanism for Efficiency Droop / J. Iveland, L. Martinelly, J. Peretti, J. S. Speck, C. Weisbuch // Phys. Rev. Lett. – 2013. – Vol. 110. – Р. 177406.
3. Origin of electrons emitted into vacuum from InGaN light emitting diodes / J. Iveland, M. Piccardo, L. Martinelly, J. Peretti, J. W. Choi, N. Young, S. Nakamura, J. S. Speck, C. Weisbuch // Applied Physics Letters. – 2014. – Vol. 105. – Р. 052103.
4. Бочкарева, Н. И. Влияние глубоких центров на конфайнмент носителей в квантовых ямах InGaN/GaN и эффективность светодиодов / Н. И. Бочкарева, Ю. Г. Шретер // Физика и техника полупроводников. – 2018. – Т. 52, № 7. – С. 796–803.
5. Temperature dependence of the electrical activity of localized defects in InGaN-based light emitting diodes / M. Pavesi, M. Manfredi, F. Rossi, M. Meneghini, E. Zanoni, U. Zehnder, U. Strauss // Applied Physics Letters. – 2006. – Vol. 89. – Р. 041 917.
6. New developments in green LEDs / M. Peter, A. Laubsch, W. Bergbauer, T. Meyer, M. Sabathil, J. Baur, B. Hahn M. Peter, A. Laubsch, W. Bergbauer, T. Meyer, M. Sabathil, J. Baur, B. Hahn // Phys. Status Solidi A. – 2009. – Vol. 206. – Р. 1125.
7. Bochkareva, N. I. Efficiency droop and incomplete carrier localization in InGaN/GaN quantum well light-emitting diodes / N. I. Bochkareva, Y. T. Rebane, Y. G. Shreter // Applied Physics Letters. – 2013. – Vol. 103. – Р. 191.
8. Бочкарева, Н. И. Рост скорости рекомбинации Шокли – Рида – Холла в квантовых ямах InGaN/GaN как основной механизм падения эффективности светодиодов при высоких уровнях инжекции / Н. И. Бочкарева, Ю. Т. Ребане, Ю. Г. Шретер // Физика и техника полупроводников. – 2015. – Т. 49, № 12. – С. 1714–1719.
9. Бочкарева, Н. И. Падение эффективности GaN-светодиодов при высоких плотностях тока: туннельные токи утечки и неполная латеральная локализация носителей в квантовых ямах InGaN/GaN / Н. И. Бочкарева, Ю. Т. Ребане, Ю. Г. Шретер // Физика и техника полупроводников. – 2014. – Т. 48, № 8. – С. 1107–1115.
10. Гетероструктуры InGaN/GaN, полученные методом молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием аммиака в качестве источника азота / С. И. Петров, А. П. Кайдаш, Д. М. Красовицкий, И. А. Соколов, Ю. В. Погорельский, В. П. Чалый, А. П. Шкурко, М. В. Степанов, М. В. Павленко, Д. А. Баранов // Письма в Журнал технической физики. – 2004. – Т. 30, № 14. – С. 13–19.
11. Туннельная рекомбинация в полупроводниковых структурах с наноразупорядочением / С. В. Булярский, Ю. В. Рудь, Л. Н. Вострецова, А. С. Кагарманов, О. А. Трифонов // Физика и техника полупроводников. – 2009. – № 4. – С. 460.
12. Chichibu, S. Spontaneous emission of localized excitons in InGaN single and multiquantum well structures / S. Chichibu, T. Azuhata, T. Sota, S. Nakamura // Applied Physics Letters. – 1996. – Vol. 69. – Р. 4188.
13. Influence of pressure on photoluminescence and electroluminescence in GaN/InGaN/AlGaN quantum wells / P. Perlin, V. Iota, B. A. Weinstein, P. Wisniewski, T. Suski, P. G. Eliseev, M. Osinski // Appl. Phys. Lett. – 1997. – Vol. 70. – Р. 2993.
14. Аронов, В. Л. Испытания и исследования полупроводниковых приборов / В. Л. Аронов, Я. А. Федотов. – Москва : Высш. шк., 1975. – 325 с.