Properties of the Original Electron-Irradiated LEDs Homojunction GaP, GaAsP and Heterojunction InGaN Structures

Abstract

Робота містить детальний огляд опублікованих в останні роки результатів досліджень гомоперехідних світлодіодів (СД), вирощених на основі твердого розчину GaP і GaAsP, а також гетероперехідних структур InGaN з квантовими ямами (КЯ). Для виявлення причини нестабільності світіння мікроплазми важливо проаналізувати електричні та спектральні характеристики досліджуваних структур. Метою дослідження було виявлення причини, що призводить до відхилення від типових залежностей I(U) та L(I) та виявлення можливих фізичних факторів, які лежать в основі виникнення аномалій світлодіодного випромінювання. Оригінальна частина базується на порівняльному аналізі експериментальних даних, отриманих при дослідженні електрофізичних і спектральних характеристик обох типів світлодіодів. Також наведено результати дослідження впливу радіаційних дефектів, внесених електронами з E = 2 МеВ, на основні та робочі параметри досліджуваних діодів. Збільшення диференціального опору гомоперехідних світлодіодів GaP і GaAsP за рахунок зниження температури і опромінення зумовлено захопленням носіїв струму глибокими домішковими рівнями, а також рівнями радіаційних дефектів. Значення бар’єрного потенціалу діодів при використовуваних дозах (Fmax = 1015 см – 2 для діодів GaP; Fmax = 2,64 см– 2 для діодів GaAsP) практично не змінюється. У гетероструктурних світлодіодах InGaN з квантовими ямами (hν = 505 нм) область НДЦ починається після охолодження до Т ≤ 130 К; його виникнення може бути пов'язане з ефектом резонансного тунелювання носіїв струму. Короткохвильові частини ліній випромінювання світлодіодів GaP, GaAsP і InGaN добре узгоджуються з класичним розподілом Гауса; довгохвильові розтягуються в бік довгохвильових, що зумовлено ефектом хвостів густини станів як у гомо-, так і в гетероперехідних структурах.

The work contains a detailed review of the results of research published in recent years on homojunction light-emitting diodes (LEDs) grown on the basis of GaP and GaAsP solid solution, as well as InGaN heterojunction structures with quantum wells (QWs). In order to identify the cause of the instability of the microplasma glow, it is important to analyze the electrical and spectral characteristics of the studied structures. The purpose of the study was to identify the cause that leads to the deviation from the typical dependences of I(U) and L(I) and to identify possible physical factors that underlie the occurrence of anomalies of the LEDs-radiation. The original part is based on a comparative analysis of experimental data obtained during the study of the electrophysical and spectral characteristics of both types of LEDs. The results of the study of the influence of radiation defects introduced by electrons with E = 2 MeV on the fundamental and operational parameters of the studied diodes are also presented. The increase in the differential resistance of homotransient GaP and GaAsP LEDs due to a decrease in temperature and irradiation is caused by the capture of current carriers by deep impurity levels, as well as levels of radiation defects. The value of the barrier potential of the diodes at the doses used (Fmax = 1015 cm – 2 for GaP diodes; Fmax = 2.64 cm – 2 for GaAsP diodes) is practically unchanged. In InGaN heterostructure LEDs with QWs (hν = 505 nm) the NDC region begins after cooling to T ≤ 130 K; its occurrence may be related to the effect of resonant tunneling of current carriers. The short-wavelength parts of the GaP, GaAsP, and InGaN LEDs emission lines agree well with the classical Gaussian distribution; long-wavelength ones are stretched towards long-wavelengths, which is caused by the effect of the tails of the density of states (TDS) in both homo- and heterotransition structures.