РАСЧЕТ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СВЕТОДИОДОВ С КВАНТОВЫМИ ЯМАМИ

РАСЧЕТ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СВЕТОДИОДОВ С
КВАНТОВЫМИ ЯМАМИ
Батальцев Д.А., Важов С.И.
Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики
Самара, Россия
SPECTRAL CHARACTERISTICS OF LEDS WITH QUANTUM WELLS
Bataltsev D.A., Vazhov S.I.
Povolzhsky State University of Telecommunication and Informatics
Samara, Russia
В последние годы были достигнуты большие успехи в создании излучающих
гетероструктур с квантовыми ямами. Для создания светодиодов для коротковолновой
(фиолетовой, голубой, зелёной) части видимого спектра используется метод
молекулярно-лучевой эпитаксии [1]. На основе многослойных гетероструктур,
содержащих слои нитрида галлия, возможно создание светодиодов в указанной
спектральной области с большой внешней квантовой эффективностью [2]. В связи с
этим большой интерес представляет экспериментальное и теоретическое изучение
спектров люминесценции светодиодов в зависимости от различных параметров.
Теоретическое изучение спектральных характеристик представляет интерес для
понимания механизмов излучательной и безызлучательной рекомбинации электроннодырочных пар и факторов, влияющих на величину внешней квантовой эффективности
гетероструктур.
Рассмотрим гетероструктуру на основе слоев нитрида галлия
GaN с
различными примесями. Пусть толщина слоев гетероструктуры достаточно мала для
того, чтобы могли проявляться квантово-размерные эффекты. Рассмотрим особенности
спектров излучения в одномерной квантовой яме. Интенсивность излучения в
квантовой яме рассчитывается в рамках теории, предложенной в работе [3]:
где
,
,
Fn и Fp - квазиуровни Ферми для электронов и дырок в активной области, связанные
соотношениями:
U – падение напряжения на активной области,
,
Параметры
и
характеризуют доли энергии
, которую имеет
электрон над эффективным краем зоны проводимости Ec* и дырка под эффективным
потолком валентной зоны Ev*.
Рассмотрим спектральные характеристики гетероструктур на основе слоев
нитрида галлия GaN.
Произведём расчёт и построим зависимости интенсивности
излучения от величины энергии фотона (эВ) при различных значениях напряжений и
абсолютных температур. Результаты расчетов приведены на рисунках 1 и 2.
Рис.1. График зависимости интенсивности I от энергии E для гетероструктуры
InGaN/AlGaN/GaN при различных температурах и напряжении U=2.8 В. Сплошная
кривая: Т=225 К, точечная кривая: Т=245 K,штрих-кривая: T=278 K, кривая
штрихпунктир: T=300 K.
Из рисунков видно, что при напряжении U=2.8 В максимальное значение энергии
фотона E≈2.72 эВ, интенсивность же изменялась при увеличении абсолютных
температур в диапазоне от 225 K до 300 K, т.е. при T=225 K : I≈1.18, при T=245 K:
I≈1.13, при T=278 K: I≈1.07, при T=300 K: I≈1.03. Аналогично при напряжении
U=2.9 В, E≈2.675 эВ. При T=225 K: I≈1.34, при T≈245 K: I≈1.33, при T=278 K: I≈1.32, а
при T=300 K: I≈1.3. Это означает, что с увеличением абсолютной температуры
интенсивность излучения светодиода уменьшается.
Рис.2 График зависимости интенсивности I от энергии E при различных температурах и
напряжении U=2.9В. Сплошная кривая:T=225K, точечная кривая: Т=245 K, штрихкривая: T=278 K, кривая штрихпунктир: T=300 K.
Таким образом, в результате теоретического исследования спектральных
характеристик голубого светодиода, состоящего из гетероструктуры с квантовыми
ямами, показано, что с увеличением абсолютной температуры интенсивность
излучения голубого светодиода на основе изученных гетероструктур с квантовыми
ямами уменьшается. Результаты теоретического расчета качественно совпадают с
результатами других исследователей [3]. Полученные в работе данные могут
использоваться при создании светоизлучающих диодов.
Литература
1. Бобровникова И.А., Ивонин И.В., Новиков В.А., Преображенский В.В.
Теоретическое и экспериментальное исследование поверхностных процессов при
молекулярно-лучевой эпитаксии нитрида галлия // Физика и техника
полупроводников. -2009. –Т. 43. - Вып. 3. –С. 422-428.
2. Смирнова И.П. , Марков Л.К., Закгейм Д.А. , Аракчеева Е.М., Рымалис М.Р. Синие
флип-чип светодиоды на основе AlGaInN с удалённой сапфировой подложкой //
Физика и техника полупроводников. -2006. Том 40. -Вып. 11. –С. 1397-1401.
3. Золина К.Г., Кудряшов В.Е., Туркин А.Н., Юнович А.Э. Спектры люминесценции
голубых и зеленых светодиодов на основе многослойных гетероструктур
InGaN/AlGaN/GaN с квантовыми ямами // Физика и техника полупроводников. 1997. – Т. 31. - № 9. С. 1055-1061.
4. Сейкора Г. Применение светодиодов для общего освещения // Полупроводниковая
светотехника . -2010. -№ 2. –С.50-52.