ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

 

Спектры электролюминесценции, исследованных нами светодиодов представлены на рис. 3-4.

Рис. 3,а. Спектры излучения (ЭЛ) «фиолетового» светодиода при Т=300 К в зависимости от величины тока I, mA: 4.1 ; 11.9; 15.2.

 

Рис. 3, б. Спектр излучения (ЭЛ) «фиолетового» светодиода при Т=90 К в зависимости от величины тока I mA: 2.76; 4.53; 6.7; 15.8

 

Рис. 4,а. Спектры излучения (ЭЛ) «желтого» светодиода при Т=300 К, величина тока I =12.9 mA

 

Рис. 4, б. Спектр излучения (ЭЛ) «желтого» светодиода при Т=90 К в зависимости от величины тока I mA: 0.23; 1.0; 2.15; 3.7

Вольт-амперные и люкс-амперные характеристики светодиодов представлены на рис. 5-8, а температурные зависимости токов и интенсивности их излучения на рис. 9-10.

Рис. 5. Вольт-амперные характеристики «фиолетового» светодиода

Рис. 6. Люкс-амперные характеристики «фиолетового» светодиода

Рис. 7. Вольт-амперные характеристики «желтого» светодиода

 

Рис. 8. Люкс-амперные характеристики «желтого» светодиода

Рис. 9. Температурные зависимости тока «фиолетового» светодиода и интенсивности его излучения

 

Рис. 10. Температурные зависимости тока «желтого» светодиода и интенсивности его излучения

Полученные экспериментальные данные показывают, что с понижением температуры у «фиолетовых» светодиодов наблюдается уменьшение интенсивности излучения (рис. 3 и рис. 9) и изменгение механизма протекания тока (рис. 5). Для выведения данного светодиода в рабочий режим при 90 К необходимо увеличивать величину рабочего напряжения в два раза. Рост напряжения питания светодиода приводит к S-образной вольт-амперной характеристике (рис. 5), что свидетельствует о «шнуровании» тока протекания.

У «желтого» светодиода температурная зависимость интенсивности излучения имеет более сложный вид (рис. 10), при 90 К интенсивность излучения становится больше, чем при 300 К (сравни рис. 4а и 4б). При этом, спектр излучения состоит из квазидискретных полос. Для вывода светодиода в рабочий режим при 90 К необходимо увеличивать напряжение питания более, чем в два раза.

 

3 ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

 

Излучательная способность «фиолетовых» светодиодов, изготовленных на основе p-n-гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN с квантовыми ямами (рис. 11), определяется интенсивностью процессов туннельной излучательной рекомбинации [2]. Туннелирование

Рис. 11. Энергетическая диаграмма гетероструктуры типа InGaN/AlGaN/GaN c одиночной квантовой ямой InGaN. Стрелкой показан туннельный переход электронов из квантовой ямы в p-область с излучением кванта света

Рис. 12. Энергетическая диаграмма p-n+ - структуры на основе GaP. Стрелкой показан переход электронов при аннигиляции экситонов с излучением кванта света

Носителей заряда из квантовых ям носит активационный характер и зависит, как от величины электрических полей в гетероструктуре, так и от температуры. Полученные нами экспериментальные результаты, скорее всего являются следствием того, что при понижении температуры туннелирование носителей заряда из квантовых ям уменьшается, и интенсивность излучения светодиода падает (рис. 3 и 9).

Понижение температуры проводит к тому, что в силу уменьшения энергии термической ионизации, в квантовых ямах инжектированные носители заряда заполняют не только нижние, но и верхние квантовые уровни. Идет накопление электрического заряда в квантовых ямах, что сопровождается ростом внутреннего электрического поля в гетероструктуре. Когда величина поля достигает критического значения, наступает туннельный «пробой», что сопровождается шнурованием тока (S-образная ВАХ на рис. 5) и резким увеличением интенсивности излучения (рис. 6).

«Желтые» светодиоды изготавливаются из p-n-гомоструктур на основе фосфида галлия (рис. 12). Основным механизмом излучательной рекомбинации в них является экситонный [3]. Спектры излучения экситонов состоят из серии узких полос. Вследствие температурного уширения спектральных полос при Т=300 К спектр излучения «желтого» светодиода состоит из одной полосы со слабо выраженной структурой (рис. 4,а). При понижении температуры от 300 до 90 К температурное уширение спектральных линий постепенно «снимается» и при 90 К начинает полностью проявляться квазидискретный спектр экситонной люминесценции (рис. 4,б). Интенсивность этой люминесценции будет определяться концентрацией связанных электронно-дырочных пар, которая в свою очередь зависит от концентрации инжектированных носителей заряда (рис. 7, 8).

ВЫВОДЫ

На основании проведенных экспериментов, было установлено:

1. При температурах ниже – 200 С наблюдаются нарушения режимов работы светодиодов, что сопровождается изменениями в их спектральных и токовых характеристиках;

2. Температурная неустойчивость режимов работы светодиодов определяется механизмом рекомбинации инжектированных носителей заряда в гомо - и гетероструктурах.

Литература

 

1. А.Э. Юнович. Светит больше – греет меньше. // Экология и жизнь. 2003, № 4 (33), с. 61-64.

2. В.Е. Кудряшов, А.Э Юнович. Туннельная излучательная рекомбинация в p-n-гетероструктурах на основе нитрида галлия // Журнал экспериментальной и теоретической физики, 2003, т. 124, в. 5, с. 1133-1137.

3. В.И.Гавриленко, А.М. Грехов, Д.В. Корбутяк, В.Г. Литовченко. Оптические свойства полупроводников (справочник). // Киев: изд-во "Наукова Думка".-1987, с.369-379.