Способ измерения времени жизни неосновных носителей заряда в активной области светодиода

 

Использование: изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для контроля параметров полупроводниковых диодов. Сущность: через светодиод пропускают импульс прямого тока и после его прохождения измеряют время релаксации электролюминесценции, по которому затем определяют время жизни неосновных носителей заряда в активной области светодиода. Изменение длительности подаваемых импульсов тока от w²D^-1 до 2τm позволяет определить распределение времени жизни неосновных носителей по глубине.

Изобретение относится к оптоэлектронике, в частности к светодиодной технике.

Известны способы измерения времени жизни неосновных носителей заряда τ_н в активной области светодиода, состоящие в том, что измеряется время релаксации электролюминесценции τ во время и после пропускания через светодиод прямоугольного импульса прямого тока длительностью Δt>τ [1, 2]. При этом время релаксации электролюминесценции отождествляется со временем жизни неосновных носителей заряда, т.е. полагается τ_н=τ.

Недостатком этого способа является отсутствие информации о пространственном распределении τ_н.

Наиболее близким к заявляемому является способ измерения времени жизни неосновных носителей заряда, включающий пропускание через светодиод прямоугольного импульса тока и измерение времени релаксации электролюминесценции после окончания импульса тока [3].

Время жизни электронов, инжектированных в p-области светодиода, измерялось по кривой спадания электролюминесценции по формуле τ_н= , (1) где Φ_o и Φ_t - значения потока излучения светодиода в момент окончания и через время t после окончания прямоугольного импульса тока.

При данном способе измерения предполагается постоянство τ_н во всей активной области светодиода. Недостатком данного способа является отсутствие информации о пространственном расположении величины τ_н.

В реальных светодиодах τ_н может изменяться по глубине активной области. Наличие в активной области слоев с пониженным временем жизни носителей заряда, так называемых мертвых слоев, приводит к уменьшению яркости электролюминесценции. Поэтому сведения о неоднородностях пространственного распределения τ_н в активной области светодиодов необходимы для оптимизации и контроля технологии данных приборов.

Целью изобретения является осуществления возможности определения пространственного распределения τ_н по глубине τ_н в активной области светодиода.

Это достигается тем, что в способе измерения времени жизни неосновных носителей заряда в активной области светодиода, включающем пропускание через светодиод прямоугольного импульса тока и измерение времени релаксации электролюминесценции после окончания импульса тока, длительность пропускаемого импульса последовательно изменяют в пределах от W²D^-1 до 2τ_m где W - равновесная толщина обедненного слоя; D - коэффициент диффузии неосновных носителей; τ_m - максимальное значение времени жизни неосновных носителей в данном светодиоде, а измерения проводят при пропускании каждого из них.

При осуществлении данного способа использовано то, что при длительности импульса тока Δt<τ_н неосновные носители проникают в активную область на глубину ΔX = , поэтому изменение длительности импульса тока Δt изменяет глубину проникновения ΔХ неосновных носителей заряда. При этом время релаксации электролюминесценции τ равняется среднему времени жизни неосновных носителей заряда в слое толщиной ΔХ активной области светодиода.

Нижний предел длительности импульса тока при данных измерениях равняется W²D^-1. При более низких длительностях импульса тока неосновные носители заряда не успевают продиффундировать сквозь обедненный слой и рекомбинируют в этом слое. Верхний предел длительности импульса тока устанавливается 2τ_m. Указанное значение верхнего предела для Δt обусловлено тем, что как показывают расчеты при Δt = =2 τ_mустанавливается распределение неосновных носителей заряда в активной области, лишь незначительно отличающееся от стационарного. Поэтому при Δt> 2τ_m глубина проникновения неосновных носителей заряда остается неизменной.

П рт и м е р 1. Данный способ был реализован для измерения пространственного распределения времени жизни неосновных носителей заряда электронов в активной области (p-области) светодиода на основе GaP зеленого свечения. Измерительная установка включает генератор прямоугольных импульсов тока длительностью от 10 до 400 нс, фотоэлектронный умножитель ФЭУ-77, блок питания Б5-24, стробоскопический осциллограф С7-8 и двухкоординатный самописец ПДП4-002.

При измерениях использовались следующие длительности импульса тока: 10, 20, 50, 100, 200, 400 нс. Амплитуда импульсного тока регулировалось от 10 до 1000 мА. При пропускании импульсов тока указанной длительности записывалась кинетика электролюминесценции образца. По кривым спадании электролюминесценции рассчитывалось время жизни неосновных носителей заряда. Глубина проникновения носителей при t_u <τ оценивалось по формуле ΔX = . При t_и>τ глубина проникновения носителей слабо отличается от диффузионной длины ΔX = .

Для образца на основе GaP < Zn, N> определены значения времени жизни при t_и = 10 нс: τ= 150 нс на глубине Х = 2,2 мкм; t_и = 20 нс: τ= 170 нс, Х= 3,1 мкм; t_и = 50 нс: τ=200 нс, Х = 5 мкм; t_и = 100 нс: τ=230 нс, Х = 7 мкм; t_и = 200 нс: τ=250 нс, Х = 9,9 мкм; t_и = 400 нс: τ= 300 нс, Х=11 мкм. Т.е. на расстоянии от границы обедненного слоя от 2,2 до 11 мкм время жизни линейно растет от 150 до 300 нс.

П р и м е р 2. На образце на основе GaP<Zn, N > при описанных в примере 1 условиях получены значения: t_и = 10 нс: τ= 210 нс, Х=2,2 мкм; t_и = 20 нс: τ= 210 нс, Х=3,1 мкм; t_и=50 нс: τ=220 нс, Х=5 мкм; t_и=100 нс: τ=245 нс, Х = 7 мкм; t_и=200 нс,τ=220 нс, Х = 9,9 мкм; t_и = 400 нс: τ=215 нс, Х = 11 мкм, т.е. на глубине от 2,2 до 11 мкм время жизни практически не меняется.

Использование изобретения позволит контролировать неразрушающим способом неоднородности распределения времени жизни неосновных носителей заряда в активной области светодиодов на разных стадиях их изготовления, а также готовых приборов в процессе испытаний. Это даст возможность оптимизировать технологию светодиодов для повышения их эффективности и надежности.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В АКТИВНОЙ ОБЛАСТИ СВЕТОДИОДА, включающий пропускание через светодиод импульса прямого тока, возбуждение электролюминесценции, измерение времени релаксации электролюминесценции после прохождения импульса и определение времени жизни на основе измерений, отличающийся тем, что, с целью определения распределения времени жизни по глубине, длительность импульса последовательно изменяют в пределах от W^-2D^-1 до 2τ_m , где W - равновесная толщина обедненного слоя, D - коэффициент диффузии неосновных носителей заряда, τ_m - максимальное время жизни неосновных носителей в светодиоде.