УДК 621.382

О связи локальных параметров электролюминесценции зеленых  InGaN светодиодов с параметрами вольт-амперных и шумовых характеристик в диапазоне токов начала свечения

 

И. В. Фролов ^1,2, О. А. Радаев ^1,2, А. А. Гавриков ¹, В. А. Сергеев ^1,2

¹ Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники РАН, 432071, г. Ульяновск, ул. Гончарова, д. 48/2

² Ульяновский государственный технический университет, 432027, г. Ульяновск, ул. Северный венец, д. 32

 

Статья поступила в редакцию 7 октября 2019 г.

 

Аннотация. Представлена модель связи крутизны K ватт-амперной характеристики светодиода, измеренной в диапазоне микротоков, с концентрацией дефектов в гетероструктуре светодиода. Согласно модели более дефектной является структура, свечение которой возникает при большем токе. Ватт-амперная характеристика таких светодиодов имеет большую крутизну. Выполнена экспериментальная проверка корреляционной связи среднего значения и степени неоднородности распределения параметра K по площади кристалла со степенью дефектности гетероструктуры на примере коммерческих InGaN светодиодов зеленого свечения. Степень дефектности  гетероструктуры оценивалась косвенным способом по уровню низкочастотного шума S_I и коэффициенту неидеальности вольт-амперной характеристики m. Профиль распределения крутизны ватт-амперных характеристик по кристаллу светодиода определялся как отношение интенсивностей изображений кристалла при токах 500 нА и 5 мкА, полученных цифровой камерой микроскопа Levenhuk D320L. Оценка неоднородности распределения крутизны ватт-амперной характеристики выполнялась на основе среднего квадратического отклонения σ, нормированного на среднее значение параметра K_ср по кристаллу. Определена сильная корреляционная связь между параметрами  K_ср − S_I и K_ср – m (коэффициент корреляции ρ составляет 0,93 и 0,89 соответственно) и слабая корреляционная связь между параметрами σ/K_ср – m (ρ = 0,42). Полученные результаты могут быть использованы для выявления локальных областей кристаллов светодиодов с повышенной дефектностью.

Ключевые слова: InGaN светодиод, электролюминесценция, ватт-амперная характеристика, крутизна характеристики, вольт-амперная характеристика, низкочастотный шум, корреляция.

Abstract. A model of the relationship between the steepness K of the P-I characteristic of the LED measured in the microcurrent range and the defects concentration in the heterostructure of the LED is presented. According to the model, the higher the current causing the luminescence, the more defective is the structure. The P-I characteristic of such LEDs has a large steepness. An experimental verification of the correlation between the average value and the heterogeneity degree of the K parameter distribution over the chip area with the defectness degree of the heterostructure using commercial InGaN green LEDs was carried out. The degree of the heterostructure defectness was estimated indirectly by the low-frequency noise level S_I and the non-ideality coefficient of the I-V characteristic m. The distribution profile of the steepness of the P-I characteristics over the LED chip was determined as the ratio of the intensities of the chip images at currents of 500 nA and 5 μA obtained by a Levenhuk D320L digital microscope camera. The inhomogeneity of the steepness distribution of the P-I characteristic was estimated based on the mean square deviation σ normalized to the average value of the parameter K_av over the chip. We determined a strong correlation between the parameters K_av − S_I and K_av − m (the correlation coefficient ρ is 0.93 and 0.89, respectively) and a weak correlation between the parameters σ/ K_av − m (ρ = 0.42). The results can be used for identification local areas of LED chip with increased defectness.

Key words: InGaN-based LED, electroluminescence, P-I characteristic, steepness of the characteristic, I-V characteristics, low-frequency noise, correlation.

 

Для цитирования:

И. В. Фролов, О. А. Радаев, А. А. Гавриков, В. А. Сергеев. О связи локальных параметров электролюминесценции зеленых InGaN светодиодов с параметрами вольт-амперных и шумовых характеристик в диапазоне токов начала свечения. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 10. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/oct19/5/text.pdf

DOI 10.30898/1684-1719.2019.10.5