Моделирование энергетической структуры p—i—n-перехода на основе GaN
https://doi.org/10.17073/1609-3577-2017-4-284-290
Аннотация
Получено дифференциальное уравнение второго порядка, включающее функцию распределения плотности подвижного заряда в компенсированном слое p—i—n-перехода диода на основе GaN. Решение уравнения выполнено численным методом с применением программы MathCad. Электрическое поле на границе легированного слоя и компенсированного слоя (КС) рассчитано из условия, что концентрация диффундировавших в КС электронов много больше концентрации неподвижных скомпенсированных ионов примеси. Электроны из сильно легированного слоя диффундируют в КС, оставляя в нем положительно заряженные ионы донорной примеси. Между слоями подвижных электронов и ионов создается электрическое поле e, которое дрейфовым потоком уравновешивает диффузионный поток. Заряженные слои подвижных носителей заряда экранируют внешнее электрическое поле. По результатам решения дифференциального уравнения построены диаграммы распределения электрического поля и потенциала в области пространственного заряда (ОПЗ) p—i—n-перехода на основе GaN с учетом влияния свободных носителей заряда. Показано, что на участке вольт-амперной характеристики, когда нарушается ее экспоненциальная зависимость, в компенсированном слое создается дрейфовое поле, ограничивающее рост прямого тока.
Об авторах
Ф. И. МаняхинРоссия
Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049
Маняхин Федор Иванович — доктор физ.-мат. наук, профессор
Л. О. Мокрецова
Россия
Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049
Мокрецова Людмила Олеговна — кандидат технических наук, доцент
Список литературы
1. Meneghini M., Tazzoli A., Mura G., Meneghesso G., Zanoni E. High brightness GaN LEDs degradation during dc and pulsed stress // Proc. 17 Europ. Symp. Reliability of Electron Devices, Failure Physics and Analysis. Wuppertal (Germany), 2006. V. 46, Iss. 9-11. P. 1720—1724.
2. Рыжков М. В. О деградации и отказах белых светодиодов // Светотехника. 2010. № 4. C. 25—28.
3. Никифоров С. Повесть о «вечной» молодости светодиодов // Полупроводниковая светотехника. 2010. № 4. C. 32—36.
4. Shuichiro Yamamoto, Yuji Zhao, Chih-Chien Pan, Roy B. Chung, Kenji Fujito, Junichi Sonoda, DenBaars S. P., Shuji Nakamura. High-efficiency single-quantum-well green and yellow-green light-emitting diodes on semipolar (2021) GaN substrates // Appl. Phys. Express. 2010. V. 3, N 12. P. 122102. DOI: 10.1143/APEX.3.122102
5. Ya-Ju Lee, Ching-Hua Chiu, Chih Chun Ke, Po Chun Lin, Tien-Chang Lu, Hao-Chung Kuo, Shing-Chung Wang. Study of the excitation power dependent internal quantum efficiency in InGaN/GaN LEDs grown on patterned sapphire substrate // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2009. V. 15, N 4. P. 1137—1143. DOI: 10.1109/JSTQE.2009.2014967
6. Бочкарева Н. И., Вороненков В. В., Горбунов Р. И., Зубрилов А. С., Леликов Ю. С., Латышев Ф. Е., Ребане Ю. Т., Цюк А. И., Шретер Ю. Г. Механизм падения эффективности GaN-светодиодов с ростом тока // Физика и техника полупроводников. 2010. Т. 44, вып. 6. С. 822—828.
7. Кудряшов В. Е., Мамакин С. С., Туркин А. Н., Юнович А. Э., Ковалев А. Н., Маняхин Ф. И. Спектры и квантовый выход издучения светодиодов с квантовыми ямами на основе гетероструктур из GaN — зависимость от тока и напряжения // Физика и техника полупроводников. 2001. Т. 35, вып. 7. С. 861—868.
8. Mishori B., Muñoz M., Mourokh L., Pollak F. H., DeBray J. P., Ting S., Ferguson I. Surface photovoltage spectroscopy of InGaN/GaN/AlGaN multiple quantum well light emitting diodes // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 2001. V. 680. P. E4.2,1—E4.2,6.
9. Шукайло В. П., Оболенский С. В., Басаргина Н. В., Ворожцова И. В., Дубровских С. М., Ткачёв О. В. Исследование спектров электролюминесценции светодиодов на основе GаN структур при нейтронном облучении // Радиофизика. Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2012. № 6-1. С. 51—55.
10. Pinnington T., Koleske D. D., Zahler J. M., Ladous C., Park Y.-B., Crawford M. H., Banas M., Thaler G., Russell M. J., Olson S. M., Atwater H. A. InGaN/GaN multi-quantum well and LED growth on wafer-bonded sapphire-on-polycrystalline AlN substrates by metalorganic chemical vapor deposition // J. Crystal Growth. 2008. V. 310, Iss. 10. P. 2514—2519. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2008.01.022
11. Guan-Bo Lin, Dong-Yeong Kim, Qifeng Shan, Jaehee Cho, E. Fred Schubert, Hyunwook Shim, Cheolsoo Sone, Jong Kyu Kim. Effect of quantum barrier thickness in the multiple-quantum-well active region of GaInN/GaN light-emitting diodes // IEEE Photonics Journal. 2013. V. 5, N 4. DOI: 10.1109/JPHOT.2013.2276758
12. McBride P. M., Yan Q., Van de Walle C. G. Effects of In profile on simulations of In-GaN/GaN multi-quantum-well light-emitting diodes // Appl. Phys. Lett. 2014. V. 105, Iss. 8. P. 083507. DOI: 10.1063/1.4894464
13. Shah J. M., Li Y.-L., Gessmann Th., Schubert E. F. Experimental analysis and theoretical model for anomalously high ideality factors (n≫2.0) in AlGaN/GaN p-n junction diodes // J. Appl. Phys. 2003. V. 94, N 4. P. 2627—2630. DOI: 10.1063/1.1593218
14. Адирович Э. И., Карагеоргий-Алкалаев П. М., Лейдерман А. Ю. Токи двойной инжекции в полупроводниках / под ред. Е. И. Гальперина. М.: Сов. радио, 1978. 320 c.
15. Зайцев С. Н., Рыжиков И. В. Влияние глубоких центров рекомбинации и прилипания на диффузионные токи двойной инжекции в несимметричных p—i—n-структурах, облученных нейтронами // Вестник Московского государственного университета приборостроения и информатики. Серия: Приборостроение и информационные тех-нологии. 2013. № 44. С. 115—126.
16. Рабинович О. И., Сушков В. П. Моделирование зависимости квантового выхода InGaN/Si светодиодов от плотности тока // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2012. № 3. С. 50—53. DOI: 10.17073/1609-3577-2012-3-50-53
17. Панченко П. В., Малаханов А. А., Рыбалка С. Б., Радьков А. В. Моделирование вольт-амперных характеристик диода Шоттки на основе карбида кремния Ti/H4-SiC // Журнал радиоэлектроники. 2016. № 8. С. 3.1—3.10.
18. Маняхин Ф. И. Роль компенсированного слоя в формировании вольт-амперной характеристики светодиодов на основе широкозонных полупроводников // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2009. № 3. C. 51—56.
19. Маняхин Ф. И., Калинина Е. В. Особенности распределения заряда, напряженности электрического поля и потенциала в высоковольтных барьерных структурах на основе SiC // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2003. № 2. С. 50—56.
Рецензия
Для цитирования:
Маняхин Ф.И., Мокрецова Л.О. Моделирование энергетической структуры p—i—n-перехода на основе GaN. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2017;20(4):284-290. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2017-4-284-290
For citation:
Manyakhin F.I., Mokretsova L.O. Modeling of energy structure p-i-n transition on the basis of GaN. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2017;20(4):284-290. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2017-4-284-290
Послать статью по эл. почте 