Появление светодиодов (СД) с квантовыми ямами (КЯ) на основе нитрида галлия почти тридцать лет назад, обладающих высокой квантовой эффективностью, привело к революционным изменениям в сфере разработки и эксплуатации осветительного оборудования. На сегодня нет технической области, где бы не применялись высокоэффективные СД этого вида.
При этом возник вопрос: в чём причина электрических потерь, связанных с ростом прямого напряжения при плотностях тока выше 10 А/см2 и каковы пути их снижения для повышения электрических режимов СД по току? Основные направления дальнейшего повышения их эффективности – улучшение конструктивно-технологических параметров и оптимизация электрических и тепловых режимов.
Целью работы «Электрофизические причины ограничения эксплуатационных режимов светодиодов с квантовыми ямами» группы авторов в составе: Маняхин Фёдор Иванович, Мокрецова Людмила Олеговна, Скворцов Аркадий Алексеевич, Варламов Дмитрий Олегович было выяснение причин ограничения электрических режимов работы СД с КЯ. 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 эксплуатационное ограничение – по плотности тока. Что 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.
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.
Режим отклонения ВАХ от экспоненциальной зависимости способствует ускорению временного спада потока излучения вследствие образования в области расположения КЯ электрического поля напряжённостью порядка 105 В/см, что приводит к образованию в ней горячих электронов, которые вызывают смещение атомов из узлов кристаллической решётки с образованием безизлучательных центров рекомбинации.