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硅衬底InGaN/GaN基蓝光发光二极管droop效应的研究

刘木林 闵秋应 叶志清

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硅衬底InGaN/GaN基蓝光发光二极管droop效应的研究

刘木林, 闵秋应, 叶志清

Efficiency droop in blue InGaN/GaN light emitting diodes on Si substrate

Liu Mu-Lin, Min Qiu-Ying, Ye Zhi-Qing
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  • InGaN/GaN基阱垒结构LED当注入的电流密度较大时, LED的量子效率随注入电流密度增大而下降, 即droop效应.本文在Si (111)衬底上生长了 InGaN/GaN 基蓝光多量子阱结构的LED,通过将实验测量的光电性能曲线与利用ABC模型模拟的结果进行对比, 探讨了droop效应的成因.结果显示:温度下降会阻碍电流扩展和降低空穴浓度, 电子在阱中分布会越来越不平衡,阱中局部区域中因填充了势能越来越高的电子而溢出阱外, 从而使droop效应随着温度的降低在更小的电流密度下出现且更为严重, 不同温度下实验值与俄歇复合模型模拟的结果在高注入时趋势相反.这此结果表明,引起 droop效应的主因不是俄歇非辐射复合而是电子溢出,电子溢出的本质原因是载流子在阱中分布不均衡.
    InGaN/GaN based light emitting diodes (LEDs) suffer from decrease in efficiency at a high injection current level which is called efficiency droop. In this paper, blue InGaN/GaN multiple quantum well light emitting diodes on Si (111) substrates are prepared, and their electroluminescence spectra are tested. Comparing the experimental measurements with the simulating results based on simple ABC model, the cause for quantum efficiency droop is investigated. The results show that the light emitting diode has worse electron spreading and less hole concentration with temperature decreasing, and the electrons will overflow frome the well after filled up in higher and higher state for their inhomogeneous distribution, thus efficiency droop will happen at a lower injection more severely for electron leakage under lower injection, and experimental measurements are in disagreement with simulation results of Auger recombination at high injection current levels under different temperatures. The results confirm that the main factor for efficiency droop is not Auger nonradiative recombination but electron leakage, and the essential cause for electron leakage is severe carrier localization.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60967002)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60967002).
    [1]

    Mukai T, Yamada M, Nakamura S 1999 Jpn. J. Appl. Phys. 38 3976

    [2]

    Schubert M F, Chhajed S, Kim J K, Schubert E F, Koleske D D, Crawford M H, Lee S R, Fischer A J, Thaler G, BanasM A 2007 Appl. Phys. Lett. 91 231114

    [3]

    Chernyakov A E, Sobolev M M, Ratnikov V V, Shmidt N M, Yakimov E B 2009 Superlattices and Microstructures 45 301

    [4]

    Shen Y C, Mueller G O, Watanabe S, Gardner N F, Munkholm A, Krames M R 2007 Appl. Phys. Lett. 91 141101

    [5]

    Kioupakis E, Rinke P, Delaney K T, Van de Walle C G 2011 Appl. Phys. Lett. 98 161107

    [6]

    Kim M H, Schubert M F, Dai Q, Kim J K, Schubert E F, Piprek J, Park Y 2007 Appl. Phys. Lett. 91 183507

    [7]

    Xu J, Schubert M F, Noemaun A N, Zhu D, Kim J K, Schubert E F, Kim M H, Chung H J, Yoon S, Sone C, Park Y 2009 Appl. Phys. Lett. 94 011113

    [8]

    Vampola K J, Iza M, Keller S, DenBaars S P, Nakamura S 2009 Appl. Phys. Lett. 94 061116

    [9]

    Piprek J 2010 Phys. Status Solidi A 207 2217

    [10]

    Özgür Ü, Liu H Y, Li X, Ni X F, Morkoc H 2010 Proceedings of the IEEE 98 1180

    [11]

    Ryu H Y, Kim H S, Shim J I 2009 Appl. Phys. Lett. 95 081114

    [12]

    Mo C L, Fang W Q, Pu Y, Liu H C, Jiang F Y 2005 J. Cryst. Growth 285 312

    [13]

    Xiong C B, Jiang F Y, Fang W Q, Wang L, Mo C L 2008 Acta Phys. Sin. 57 3176 (in Chinese) [熊传兵, 江风益, 方文卿, 王立, 莫春兰 2008 物理学报 57 3176]

    [14]

    Xiong C B, Jiang F Y, Wang L, Fang W Q, Mo C L 2008 Acta Phys. Sin. 57 7861 (in Chinese) [熊传兵, 江风益, 王立, 方文卿, 莫春兰 2008 物理学报 57 7861]

    [15]

    Mao Q H, Jiang F Y, Cheng H Y, Zheng C D, 2010 Acta Phys. Sin. 59 8078 (in Chinese) [毛清华, 江风益, 程海英, 郑畅达 2010 物理学报 59 8078]

    [16]

    Basu P K 1997 Theory of Optical Processes in Semiconductors: Bulk and Microstructures (Oxford: Oxford University Press) p192, 213, 231

    [17]

    Zhang M, Bhattacharya P, Singh J, Hinckley J 2009 Appl. Phys. Lett. 95 201108

    [18]

    Meneghini M, Trivellin N, Meneghesso G, Zanoni E, Zehnder U, Hahn B 2009 Appl. Phys. Lett. 106 114508

  • [1]

    Mukai T, Yamada M, Nakamura S 1999 Jpn. J. Appl. Phys. 38 3976

    [2]

    Schubert M F, Chhajed S, Kim J K, Schubert E F, Koleske D D, Crawford M H, Lee S R, Fischer A J, Thaler G, BanasM A 2007 Appl. Phys. Lett. 91 231114

    [3]

    Chernyakov A E, Sobolev M M, Ratnikov V V, Shmidt N M, Yakimov E B 2009 Superlattices and Microstructures 45 301

    [4]

    Shen Y C, Mueller G O, Watanabe S, Gardner N F, Munkholm A, Krames M R 2007 Appl. Phys. Lett. 91 141101

    [5]

    Kioupakis E, Rinke P, Delaney K T, Van de Walle C G 2011 Appl. Phys. Lett. 98 161107

    [6]

    Kim M H, Schubert M F, Dai Q, Kim J K, Schubert E F, Piprek J, Park Y 2007 Appl. Phys. Lett. 91 183507

    [7]

    Xu J, Schubert M F, Noemaun A N, Zhu D, Kim J K, Schubert E F, Kim M H, Chung H J, Yoon S, Sone C, Park Y 2009 Appl. Phys. Lett. 94 011113

    [8]

    Vampola K J, Iza M, Keller S, DenBaars S P, Nakamura S 2009 Appl. Phys. Lett. 94 061116

    [9]

    Piprek J 2010 Phys. Status Solidi A 207 2217

    [10]

    Özgür Ü, Liu H Y, Li X, Ni X F, Morkoc H 2010 Proceedings of the IEEE 98 1180

    [11]

    Ryu H Y, Kim H S, Shim J I 2009 Appl. Phys. Lett. 95 081114

    [12]

    Mo C L, Fang W Q, Pu Y, Liu H C, Jiang F Y 2005 J. Cryst. Growth 285 312

    [13]

    Xiong C B, Jiang F Y, Fang W Q, Wang L, Mo C L 2008 Acta Phys. Sin. 57 3176 (in Chinese) [熊传兵, 江风益, 方文卿, 王立, 莫春兰 2008 物理学报 57 3176]

    [14]

    Xiong C B, Jiang F Y, Wang L, Fang W Q, Mo C L 2008 Acta Phys. Sin. 57 7861 (in Chinese) [熊传兵, 江风益, 王立, 方文卿, 莫春兰 2008 物理学报 57 7861]

    [15]

    Mao Q H, Jiang F Y, Cheng H Y, Zheng C D, 2010 Acta Phys. Sin. 59 8078 (in Chinese) [毛清华, 江风益, 程海英, 郑畅达 2010 物理学报 59 8078]

    [16]

    Basu P K 1997 Theory of Optical Processes in Semiconductors: Bulk and Microstructures (Oxford: Oxford University Press) p192, 213, 231

    [17]

    Zhang M, Bhattacharya P, Singh J, Hinckley J 2009 Appl. Phys. Lett. 95 201108

    [18]

    Meneghini M, Trivellin N, Meneghesso G, Zanoni E, Zehnder U, Hahn B 2009 Appl. Phys. Lett. 106 114508

  • [1] 曹文彧, 张雅婷, 魏彦锋, 朱丽娟, 徐可, 颜家圣, 周书星, 胡晓东. 超晶格插入层对InGaN/GaN多量子阱的应变调制作用研究. 物理学报, 2024, 0(0): 0-0. doi: 10.7498/aps.73.20231677
    [2] 刘庆彬, 蔚翠, 郭建超, 马孟宇, 何泽召, 周闯杰, 高学栋, 余浩, 冯志红. 多晶金刚石对硅基氮化镓材料的影响. 物理学报, 2023, 72(9): 098104. doi: 10.7498/aps.72.20221942
    [3] 雷振帅, 孙小伟, 刘子江, 宋婷, 田俊红. 氮化镓相图预测及其高压熔化特性研究. 物理学报, 2022, 71(19): 198102. doi: 10.7498/aps.71.20220510
    [4] 苑营阔, 郭伟玲, 杜在发, 钱峰松, 柳鸣, 王乐, 徐晨, 严群, 孙捷. 石墨烯晶体管优化制备工艺在单片集成驱动氮化镓微型发光二极管中的应用. 物理学报, 2021, 70(19): 197801. doi: 10.7498/aps.70.20210122
    [5] 谢飞, 臧航, 刘方, 何欢, 廖文龙, 黄煜. 氮化镓在不同中子辐照环境下的位移损伤模拟研究. 物理学报, 2020, 69(19): 192401. doi: 10.7498/aps.69.20200064
    [6] 周幸叶, 吕元杰, 谭鑫, 王元刚, 宋旭波, 何泽召, 张志荣, 刘庆彬, 韩婷婷, 房玉龙, 冯志红. 基于脉冲方法的超短栅长GaN基高电子迁移率晶体管陷阱效应机理. 物理学报, 2018, 67(17): 178501. doi: 10.7498/aps.67.20180474
    [7] 刘长菊, 卢敏, 苏未安, 董太源, 沈文忠. 纳米半导体中多重激子效应研究进展. 物理学报, 2018, 67(2): 027302. doi: 10.7498/aps.67.20171917
    [8] 何菊生, 张萌, 潘华清, 邹继军, 齐维靖, 李平. 基于变温霍尔效应方法的一类n-GaN位错密度的测量. 物理学报, 2017, 66(6): 067201. doi: 10.7498/aps.66.067201
    [9] 封波, 邓彪, 刘乐功, 李增成, 冯美鑫, 赵汉民, 孙钱. 等离子体表面处理对硅衬底GaN基蓝光发光二极管内置n型欧姆接触的影响. 物理学报, 2017, 66(4): 047801. doi: 10.7498/aps.66.047801
    [10] 时强, 李路平, 张勇辉, 张紫辉, 毕文刚. GaN/InxGa1-xN型最后一个量子势垒对发光二极管内量子效率的影响. 物理学报, 2017, 66(15): 158501. doi: 10.7498/aps.66.158501
    [11] 黄斌斌, 熊传兵, 汤英文, 张超宇, 黄基锋, 王光绪, 刘军林, 江风益. 硅衬底氮化镓基LED薄膜转移至柔性黏结层基板后其应力及发光性能变化的研究. 物理学报, 2015, 64(17): 177804. doi: 10.7498/aps.64.177804
    [12] 丁美斌, 娄朝刚, 王琦龙, 孙强. GaAs量子阱太阳能电池量子效率的研究. 物理学报, 2014, 63(19): 198502. doi: 10.7498/aps.63.198502
    [13] 李水清, 汪莱, 韩彦军, 罗毅, 邓和清, 丘建生, 张洁. 氮化镓基发光二极管结构中粗化 p型氮化镓层的新型生长方法. 物理学报, 2011, 60(9): 098107. doi: 10.7498/aps.60.098107
    [14] 毛清华, 江风益, 程海英, 郑畅达. p-AlGaN电子阻挡层Al组分对Si衬底绿光LED性能影响的研究. 物理学报, 2010, 59(11): 8078-8082. doi: 10.7498/aps.59.8078
    [15] 杜晓晴, 常本康. 负电子亲和势光电阴极量子效率公式的修正. 物理学报, 2009, 58(12): 8643-8650. doi: 10.7498/aps.58.8643
    [16] 李炳乾, 郑同场, 夏正浩. GaN基蓝光发光二极管正向电压温度特性研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7189-7193. doi: 10.7498/aps.58.7189
    [17] 江洋, 罗毅, 汪莱, 李洪涛, 席光义, 赵维, 韩彦军. 柱状与孔状图形衬底对MOVPE生长GaN体材料及LED器件的影响. 物理学报, 2009, 58(5): 3468-3473. doi: 10.7498/aps.58.3468
    [18] 沈光地, 张剑铭, 邹德恕, 徐 晨, 顾晓玲. 大功率GaN基发光二极管的电流扩展效应及电极结构优化研究. 物理学报, 2008, 57(1): 472-476. doi: 10.7498/aps.57.472
    [19] 邹继军, 常本康, 杨 智. 指数掺杂GaAs光电阴极量子效率的理论计算. 物理学报, 2007, 56(5): 2992-2997. doi: 10.7498/aps.56.2992
    [20] 刘乃鑫, 王怀兵, 刘建平, 牛南辉, 韩 军, 沈光地. p型氮化镓的低温生长及发光二极管器件的研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1424-1429. doi: 10.7498/aps.55.1424
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-12-15
  • 修回日期:  2012-03-02
  • 刊出日期:  2012-09-05

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