На основании длительных экспериментальных исследований и анализа особенностей вольт-амперных характеристик светодиодов (СД) с квантовыми ямами (КЯ) на основе широкозонных полупроводников выявлено, что у создаваемых СД с КЯ имеется неустранимое (при существующих конструктивно-технологических параметрах) эксплутационное ограничение – по плотности тока. Оно связано с образованием встроенного электрического поля внутри области расположения КЯ вследствие инжекции в КЯ избыточного заряда инжектированных носителей заряда. При образовании встроенного электрического поля в области расположения КЯ КПД снижается обратно пропорционально повышению разности потенциалов между крайними КЯ (иначе говоря, повышению плотности тока).
Таким образом, структура с множественными КЯ представима в виде многопластинчатого плоского конденсатора, заряд которого пропорционален заряду инжектированых избыточных носителей заряда (и экспоненциально зависит от напряжения, понижающего потенциальный барьер области пространственного заряда). Вследствие этого при превышении определённой плотности тока резко возрастает внешнее напряжение на СД структуре.
Плотность тока, при которой возникает избыточное напряжение Ui для существующих конструктивно-технологических параметров СД с КЯ JКР=(2kTo)/(qL), где L – произведение времени жизни носителей заряда в КЯ и расстояния между крайними КЯ, практически одинакова для всех СД и варьируется в пределах 1–10 А/см2.
1. Nakamura S., Iwasa M.S. Method of manufacturing p-tipe compound semicondoctors / Patent N 5306662, Apr. 1994, Japan.
2. Amano H., Akasaki I. et al. Method for producing a luminous element of III-group nitride / Patent N 5496766, Mar. 1996, Japan.
3. URL: https://signbusiness, ru/news/svetotechnika/svetootdacha-svetodiodov-preodolevaet-planku (дата обращения: 01.02.2025).
4. Jahn U., Kaganer V.M., Sabelfeld K.K., Kireeva A.E., Lähnemann J., Pfüller C., Flissikowski T., Chèze C., Biermann K., Calarco R., Brandt O. Carrier diffusion in GaN – a cathodoluminescence study, I: Temperature-dependent generation volum// arXiv:2002,08713v4 [condmat, mtrl-sci] 23 Nov 2021.
5. Brandt O., Kaganer V.M., Lähnemann J., Flissikowski T., Pfüller C., Sabelfeld K.K., Kireeva A.E., Chèze C., Calarco R., Grahn H.T., Jahn U. Carrier diffusion in GaN – a cathodoluminescence study, II: Ambipolar vs, exciton diffusion // arXiv:2009,13983v3 [cond-mat, mtrl-sci] 23 Nov 2021.
6. Lähnemann J., Kaganer V.M., Sabelfeld K.K., Kireeva A.E., Jahn U., Chèze C., Calarco R., Brandt O. Carrier diffusion in GaN – a cathodoluminescence study, III: Nature of nonradiative recombination at threading dislocations // arXiv:2009,14634v2 [cond-mat, mtrlsci] 23 Nov 2021.
7. Желаннов А.В., Ионов А.С., Селезнев Б.И., Федоров Д.Г. Омические контакты к приборным структурам на основе нитрида галлия // ФТП. – 2020. – Т. 54, Вып, 3. – С. 246–250,
8. Маняхин Ф.И., Мокрецова Л.О. Закономерность снижения квантового выхода светодиодов с квантовыми ямами при длительном протекании тока с позиции модели АВС // Светотехника. – 2021. – № 3. – С. 29–35,
9. Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. – 2‑е изд. М.: Физматлит, 2008. – 496 с.
10. Chhajeda S., Xib Y., Gessmanna Th., Xib J.-Q., Shaha J.M., Kima J.K., Schubert E.F. Junction temperature in light-emitting diodes assessed by different methods // 2007 IEEE International Symposium on Industrial Electronics. DOI: 10,1117/12,593696 ID: 95125905.
11. Manyakhin F.I., Varlamov D.O., Krylov V.P., Mokretsova L.O., Skvortsov A.A., Krylov V.P. The mechanism of formation of the volt-ampere dependence of LEDs with quantum wells // JMRS. – 2025 (принята редакцией журнала, на стадии рецензирования).
12. Manyakhin F.I., Varlamov D.O., Krylov V.P., Mokretsova L.O., Skvortsov A.A., Nikolaev V.K. Physico-mathematical model of the volt – current characteristics of light-emitting diodes with quantum wells based on the Sah – Noyce – Shockley recombination mechanism // Journal of Semiconductors. – 2024. – Vol. 32. DOI: 10.1088/1674‑4926/23120044.
13. Sah C.T., Noyse R.N., Shokley W. Carrier Generation and Recombination in P-N Junction Caracteristics // Proceedings of the Institute of Radio Engineers. – 1957. – Vol. 45, Is.9. – P. 1228–1243. URL: https://ieeexplore,ieee,org/document/4056679 (дата обращения: 01.02.2025).
14. Вигдорович Е.Н. Механизм формирования квантово-размерных слоёв гетероструктур AlGaN/InGaN/GaN // Изв. ВУЗов. Электроника. – 2017. – Т. 22, № 4. – С. 323–330. 15. Ковалев А.Н., Маняхин Ф.И., Кудряшов В.Е., Туркин А.Н., Юнович А.Э. Изменения люминесцентных электрических свойств светодиодов из гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN при длительной работе // ФТП. – 1999. – Т. 33, Вып. 2. – С. 224–232.
16. Karpov S. Yu. ABC-model for interpretation of internal quantum efficiency and its drop in III-nitride LEDs: a review // Opt. Quantum Electron. – 2015. – Vol. 47, No. 6. – P. 1293–1303. DOI 10.1007/s11082–014–0042–9.
17. Маняхин Ф.И., Варламов Д.О., Кукса В.В., Мокрецова Л.О. Механизм и закономерность снижения светового потока эффективных маломощных светодиодов на основе структур GaN/ InGaN при токе повышенной плотности // Светотехника. – 2023. – № 6. – С. 68–75.

• Предыдущая статья

• светодиоды
• СД
• квантовые ямы
• КЯ
• вольт-амперная характеристика
• ВАХ
• квантовый выход
• КПД