zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences10.47612/0514-7506-2023-90-1-29-34zhps-1081Research ArticleСтатьиВклад зонного флуктуационного потенциала и разупорядоченности гетерограниц в падение эффективности светодиодов на основе нитридовContribution of Zone Fluctuation Potential and Disordering of Heteroboundaries into a Decrease of Efficiency of Nitride Based LEDsШабунинаЕ. И.ShabuninaE. I.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

jenni-85@mail.ruЧерняковА. Е.ChernyakovA. E.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ИвановА. Е.IvanovA. E.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

КарташоваА. П.KartashovaA. P.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

КучинскийВ. И.KuchinskyV. I.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ПолоскинД. С.PoloskinD. S.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ТальнишнихН. А.TalnishnikhN. A.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ШмидтН. М.ShmidtN. M.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ЗакгеймА. Л.ZakgeimA. L.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАНA. F. Ioffe Institute of Physics and Technology of the Russian Academy of SciencesНаучно-технический центр микроэлектроники РАНScientific and Technical Center of Microelectronics of the Russian Academy of SciencesФизико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН; Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” имени В. И. УльяноваA. F. Ioffe Institute of Physics and Technology of the Russian Academy of Sciences; V. I. Ulyanov St. Petersburg State Electrotechnical University “LETI”2023110120239012934Copyright © Шабунина Е.И., Черняков А.Е., Иванов А.Е., Карташова А.П., Кучинский В.И., Полоскин Д.С., Тальнишних Н.А., Шмидт Н.М., Закгейм А.Л., 20232023Шабунина Е.И., Черняков А.Е., Иванов А.Е., Карташова А.П., Кучинский В.И., Полоскин Д.С., Тальнишних Н.А., Шмидт Н.М., Закгейм А.Л.Shabunina E.I., Chernyakov A.E., Ivanov A.E., Kartashova A.P., Kuchinsky V.I., Poloskin D.S., Talnishnikh N.A., Shmidt N.M., Zakgeim A.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1081

Экспериментально определены значения зонного флуктуационного потенциала (ЗФП) в квантовых ямах, расположенных в области объемного заряда (ООЗ) р–n-перехода, и латерального ЗФП в квантовых ямах вне ООЗ в синих, зеленых и ультрафиолетовых светодиодах на основе нитридов. На примере зеленых светодиодов показано, что низкая внешняя квантовая эффективность (ВКЭ) светодиодов в максимуме коррелирует с ростом ЗФП и разупорядоченностью гетерограниц в квантовых ямах, расположенных в ООЗ. Снижение ВКЭ в максимуме вызвано захватом носителей заряда на заряженные центры, локализованные на разупорядоченных гетерограницах. Величина латерального ЗФП в квантовых ямах, расположенных вне ООЗ, является основным параметром, определяющим падение ВКЭ от момента открытия р–n-перехода до плотностей тока 30—40 А/см2. 

The values of the zone fluctuation potential (ZFP) in quantum wells located in the space charge region (SCR) of the p-n junction and the lateral ZFP in quantum wells outside SCR in blue, green, and ultraviolet LEDs based on nitrides have been experimentally determined. By the example of green LEDs, it has been shown that the low external quantum efficiency (EQE) of LEDs at the maximum correlates with an increase in ZFP and disordering of heteroboundaries in quantum wells located in SCR. The decrease in EQE at the maximum is caused by the capture of charge carriers by charged centers localized at disordered heteroboundaries. The value of the lateral ZFP in quantum wells located outside SCR is the main parameter that determines the decrease of EQE from the moment of opening the p-n junction to current densities of 30—40 A/cm2. 

зонный флуктуационный потенциалвнешняя квантовая эффективностьквантовая ямаобласть объемного зарядаzone fluctuation potentialexternal quantum efficiencyquantum wellspace charge regionReferencesM. Meneghini, C. De Santi, A. Tibaldi, M. Vallone, F. Bertazzi, G. Meneghesso, E. Zanoni, M. Goano. J. Appl. Phys., 127 (2020) 211102[1] M. Meneghini, C. De Santi, A. Tibaldi, M. Vallone, F. Bertazzi, G. Meneghesso, E. Zanoni, M. Goano. J. Appl. Phys., 127 (2020) 211102L. Wang, J. Jin, Ch. Mi, Zh. Hao, Y. Luo, Ch. Sun, Y. Han, B. Xiong, J. Wang, H. Li. Materials, 10 (2017) 1233[2] L. Wang, J. Jin, Ch. Mi, Zh. Hao, Y. Luo, Ch. Sun, Y. Han, B. Xiong, J. Wang, H. Li. Materials, 10 (2017) 1233M. A. Caro, S. Schulz, E. P. O’Reilly. Phys. Rev. B, 88 (2013) 214103[3] M. A. Caro, S. Schulz, E. P. O’Reilly. Phys. Rev. B, 88 (2013) 214103A. M. Armstrong, B. N. Bryant, M. H. Crawford, D. D. Koleske, S. R. Lee, J. J. Wierer. J. Appl. Phys., 117 (2015) 134501[4] A. M. Armstrong, B. N. Bryant, M. H. Crawford, D. D. Koleske, S. R. Lee, J. J. Wierer. J. Appl. Phys., 117 (2015) 134501L. C. Le, D. G. Zhao, D. S. Jiang, L. Li, L. L. Wu, P. Chen, Z. S. Liu, J. Yang, X. J. Li, X. G. He, J. Zhu, H. Wang, S. M. Zhang, H. Yang. J. Appl. Phys., 114 (2013) 143706[5] L. C. Le, D. G. Zhao, D. S. Jiang, L. Li, L. L. Wu, P. Chen, Z. S. Liu, J. Yang, X. J. Li, X. G. He, J. Zhu, H. Wang, S. M. Zhang, H. Yang. J. Appl. Phys., 114 (2013) 143706A. I. Alhassan, N.G. Young, R. M. Farrell, C. Pynn, F. Wu, A. Y. Alyamani, Sh. Nakamura, S. P. Den Baars, J. S. Speck. Opt. Express, 26, N 5 (2018) 5591—5601[6] A. I. Alhassan, N.G. Young, R. M. Farrell, C. Pynn, F. Wu, A. Y. Alyamani, Sh. Nakamura, S. P. Den Baars, J. S. Speck. Opt. Express, 26, N 5 (2018) 5591—5601A. Tian, J. Liu, L. Zhang, Z. Li, M. Ikeda, Sh. Zhang, D. Li, P. Wen, F. Zhang, Y. Cheng, X. Fan, H. Yang. Opt. Express, 25, N 1 (2017) 415—421[7] A. Tian, J. Liu, L. Zhang, Z. Li, M. Ikeda, Sh. Zhang, D. Li, P. Wen, F. Zhang, Y. Cheng, X. Fan, H. Yang. Opt. Express, 25, N 1 (2017) 415—421T.-J. Yang, R. Shivaraman, J. S. Speck, Y.-R. Wu. J. Appl. Phys., 116 (2014) 113104[8] T.-J. Yang, R. Shivaraman, J. S. Speck, Y.-R. Wu. J. Appl. Phys., 116 (2014) 113104R. Butté, L. Lahourcade, T. K. Uždavinys, G. Callsen, M. Mensi, M. Glauser, G. Rossbach, D. Martin, J.-F. Carlin, S. Marcinkevičius, N. Grandjean. Appl. Phys. Lett., 112 (2018) 032106[9] R. Butté, L. Lahourcade, T. K. Uždavinys, G. Callsen, M. Mensi, M. Glauser, G. Rossbach, D. Martin, J.-F. Carlin, S. Marcinkevičius, N. Grandjean. Appl. Phys. Lett., 112 (2018) 032106M. Piccardo, Ch.-K. Li, Y.-R. Wu, J. S. Speck, B. Bonef, R. M. Farrell, M. Filoche, L. Martinelli, J. Peretti, C. Weisbuc. Phys. Rev. B, 95 (2017) 144205[10] M. Piccardo, Ch.-K. Li, Y.-R. Wu, J. S. Speck, B. Bonef, R. M. Farrell, M. Filoche, L. Martinelli, J. Peretti, C. Weisbuc. Phys. Rev. B, 95 (2017) 144205Ch.-K. Li, M. Piccardo, L.-Sh. Lu, S. Mayboroda, L. Martinelli, J. Peretti, J. S. Speck, C. Weisbuch, M. Filoche, Y.-R. Wu. Phys. Rev. B, 95 (2017) 144206[11] Ch.-K. Li, M. Piccardo, L.-Sh. Lu, S. Mayboroda, L. Martinelli, J. Peretti, J. S. Speck, C. Weisbuch, M. Filoche, Y.-R. Wu. Phys. Rev. B, 95 (2017) 144206M. L. Badgutdinov, A. E. Yunovich. Semiconductors, 42 (2008) 429—438[12] M. L. Badgutdinov, A. E. Yunovich. Semiconductors, 42 (2008) 429—438S. Schulz, M. A. Caro, C. Coughlan, E. P. O’Reilly. Phys. Rev. B, 91 (2015) 035439[13] S. Schulz, M. A. Caro, C. Coughlan, E. P. O’Reilly. Phys. Rev. B, 91 (2015) 035439V. N. Petrov, V. G. Sidorov, N. A. Talnishnikh, A. E. Chernyakov, E. I. Shabunina, N. M. Shmidta, A. S. Usikov, H. Helava, Yu. N. Makarov. Semiconductors, 50, N 9 (2016) 1173—1179[14] V. N. Petrov, V. G. Sidorov, N. A. Talnishnikh, A. E. Chernyakov, E. I. Shabunina, N. M. Shmidta, A. S. Usikov, H. Helava, Yu. N. Makarov. Semiconductors, 50, N 9 (2016) 1173—1179M. Mandurrino, M. Goano, M. Vallone, F. Bertazzi, G. Ghione, G. Verzellesi, M. Meneghini, G. Meneghesso, E. Zanoni. J. Comput. Electron., 14 (2015) 444—455[15] M. Mandurrino, M. Goano, M. Vallone, F. Bertazzi, G. Ghione, G. Verzellesi, M. Meneghini, G. Meneghesso, E. Zanoni. J. Comput. Electron., 14 (2015) 444—455Sh. Zhou, J. Li, Y. Wu, Y. Zhang, Ch. Zheng, Sh. Liu. J. Appl. Phys., 57 (2018) 051003[16] Sh. Zhou, J. Li, Y. Wu, Y. Zhang, Ch. Zheng, Sh. Liu. J. Appl. Phys., 57 (2018) 051003S. Steingrube, O. Breitenstein, K. Ramspeck, S. Glunz, A. Schenk, P. P. Altermatt. J. Appl. Phys., 110 (2011) 014515[17] S. Steingrube, O. Breitenstein, K. Ramspeck, S. Glunz, A. Schenk, P. P. Altermatt. J. Appl. Phys., 110 (2011) 014515A. Y. Polyakov, N. M. Shmidt, N. B. Smirnov, I. V. Shchemerov, E. I. Shabunina, N. A. Talnishnih, I.-H. Lee, L. A. Alexanyan, S. A. Tarelkin, S. J. Pearton. J. Appl. Phys., 125 (2019) 215701[18] A. Y. Polyakov, N. M. Shmidt, N. B. Smirnov, I. V. Shchemerov, E. I. Shabunina, N. A. Talnishnih, I.-H. Lee, L. A. Alexanyan, S. A. Tarelkin, S. J. Pearton. J. Appl. Phys., 125 (2019) 215701N. A. Talnishnikh, A. E. Ivanov, A. G. Smirnova, E. I. Shabunina, N. M. Shmidt. J. Phys. Conf. Ser., 1199 (2019) 012015[19] N. A. Talnishnikh, A. E. Ivanov, A. G. Smirnova, E. I. Shabunina, N. M. Shmidt. J. Phys. Conf. Ser., 1199 (2019) 012015N. M. Shmidt, A. E. Chernyakov, N. A. Talnishnih, A. E. Nikolaev, A. V. Sakharov, V. N. Petrov, E. V. Gushchina, E. I. Shabunina. J. Crystal Growth, 520 (2019) 82—84[20] N. M. Shmidt, A. E. Chernyakov, N. A. Talnishnih, A. E. Nikolaev, A. V. Sakharov, V. N. Petrov, E. V. Gushchina, E. I. Shabunina. J. Crystal Growth, 520 (2019) 82—84R. Aleksiejūnas, K. Nomeika, S. Miasojedovas, S. Nargelas, T. Malinauskas, K. Jarašiūnas, Ö. Tuna, M. Heuken. Phys. Status Solidi (b), 252, N 5 (2015) 977—982[21] R. Aleksiejūnas, K. Nomeika, S. Miasojedovas, S. Nargelas, T. Malinauskas, K. Jarašiūnas, Ö. Tuna, M. Heuken. Phys. Status Solidi (b), 252, N 5 (2015) 977—982M. Auf der Maur, A. Pecchia, G. Penazzi, W. Rodrigues, A. Di Carlo. Phys. Rev. Lett., 116 (2016) 027401[22] M. Auf der Maur, A. Pecchia, G. Penazzi, W. Rodrigues, A. Di Carlo. Phys. Rev. Lett., 116 (2016) 027401G. Pozina, R. Ciechonski, Z. Bi, L. Samuelson, B. Monemar. Appl. Phys. Lett., 107 (2015) 251106[23] G. Pozina, R. Ciechonski, Z. Bi, L. Samuelson, B. Monemar. Appl. Phys. Lett., 107 (2015) 251106A. V. Aladov, A. E. Chernyakov, A. E. Ivanov, A. L. Zakgeim. Tech. Phys. Lett., 47 (2021) 834[24] A. V. Aladov, A. E. Chernyakov, A. E. Ivanov, A. L. Zakgeim. Tech. Phys. Lett., 47 (2021) 834Е. I. Shabunina, М. Е. Levinshtein, М. М. Kulagina, S. Yu. Kurin, А. Е. Chernyakov, V. N. Petrov, V. V. Ratnikov, I. N. Smirnova, S. I. Troshkov, N. М. Shmidt, А. S. Usikov, H. Helava, Yu. N. Makarov. J. Phys. Conf. Ser., 643 (2015) 012128[25] Е. I. Shabunina, М. Е. Levinshtein, М. М. Kulagina, S. Yu. Kurin, А. Е. Chernyakov, V. N. Petrov, V. V. Ratnikov, I. N. Smirnova, S. I. Troshkov, N. М. Shmidt, А. S. Usikov, H. Helava, Yu. N. Makarov. J. Phys. Conf. Ser., 643 (2015) 012128A. Y. Polyakov, N. M. Shmidt, N. B. Smirnov, I. V. Shchemerov, E. I. Shabunina, N. A. Talnishnih, P. B. Lagov, Yu. S. Pavlov, L. A. Alexanyan, S. J. Pearton. ECS J. Solid State Sci. Technol., 7, N 6 (2018) 323—328[26] A. Y. Polyakov, N. M. Shmidt, N. B. Smirnov, I. V. Shchemerov, E. I. Shabunina, N. A. Talnishnih, P. B. Lagov, Yu. S. Pavlov, L. A. Alexanyan, S. J. Pearton. ECS J. Solid State Sci. Technol., 7, N 6 (2018) 323—328

The authors declare that there are no conflicts of interest present.