Modelowanie zjawiska spadku sprawności dla dużych gęstości prądów w diodach elektroluminescencyjnych z azotków

• Autorzy: Cegielski T.

Warianty tytułu

EN

Modeling of efficiency droop effect in GaN leds

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Pomimo rozwoju, który nastąpił w technologii wytwarzania białych elektroluminescencyjnych źródeł światła, w urządzeniach tych ciągle istotną ograniczającą rolę pełni zjawisko spadku sprawności generacji światła dla dużych gęstości prądu. Ponadto wciąż nierozpoznane dostatecznie są jego fizyczne podstawy. W referacie przedstawiono możliwe modele opisujące ten efekt, opierając się na dyskutowanych w literaturze hipotetycznych przyczynach: różnych rodzajach rekombinacji Augera, efektach termicznych, występowaniu silnych pól elektrycznych i asymetrii występowania nośników, itp. Poznanie potencjalnych powodów zjawiska spadku efektywności pozwoli na dalszy rozwój źródeł światła opartych na elektroluminescencji. Przełoży to się na niższy koszt uzyskania zamienników tradycyjnych źródeł światła i większe ich rozpowszechnienie, co w istotny sposób może ograniczyć wzrost światowego zużycia energii.

EN

Despite the development that occurred in the technology of white Light-Emitting Diodes, this devices are still limited by the phenomenon of the efficiency droop that occurs in light generation for large current densities. Moreover, its physical basis is still not sufficiently recognized. The paper presents possible models describing this effect, based on the hypothetical reasons discussed in the literature: different types of Auger recombination, thermal effects, the presence of strong electric fields and the occurrence of the asymmetry of carriers, etc. Knowing the potential reasons for the droop phenomenon will allow the further development of Solid State Light sources. This leads to lower cost retrofits or replacements of traditional light sources and greater their market penetration, which may significantly reduce global energy consumption increase.

Słowa kluczowe

PL

oświetlenie; elektroliminescencja; LED; GaN; InGaN; wewnetrzna sprawność kwantowa; studnia kwantowa; rekombinacja; spadek sprawności

EN

solid state lighting; LED; GaN; InGaN; internal quantum efficiency; quantum well; recombination; efficiency droop

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2012
• Tom: Z. 255
• Strony: 7--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys.

Twórcy

autor

Cegielski T.

• NIVISS, Gdynia, POLAND,

Bibliografia

• 1. Acevedo I.L., Morgan G., Morgan F.: The Transition to Solid-State Lighting, Proceedings of the IEEE, vol. 97, No. 3, s. 481-510, 2009.
• 2. Bogdanov M.V. i inni: Current crowding effect on light extraction efficiency, Phys. Stat. Solidi (c) 7, No 7-8, s. 2124-2126, 2010.
• 3. Chow W.W.: Modeling excitation-dependent bandstructure effects on InGaN light-emitting diode efficiency, Opt. Express 19, s. 21818-21831, 2011.
• 4. Crawford M.H.: LEDs for Solid-State Lighting: Performance Challenges and Recent Advances, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 15, No. 4, s. 1028-1040, 2009.
• 5. Dai Q. i inni: Carrier recombination mechanisms and efficiency droop in GaInN/GaN light-emitting diodes, Appl. Phys. Lett. 97, 133507, 2010.
• 6. Dai Q. i inni: On the symmetry of efficiency-versus-carrier concentration curves in GaInN/GaN light-emitting diodes and relation to droop-causing mechanisms, Appl. Phys. Lett. 98, 133507, 2011.
• 7. David A., Grundmann M.J.: Droop in InGaN light-emitting diodes: A differential carrier lifetime analysis, Appl. Phys. Lett. 96, 103504, 2010.
• 8. David A., Grundmann M.J.: Influence of polarization fields on carrier lifetime and recombination rates in InGaN-based light-emitting diodes, Appl. Phys. Lett. 97, 033501, 2010.
• 9. Ding K. i inni: A wide-narrow well design for understanding the efficiency droop in InGaN/GaN light-emitting diodes, Appl Phys B 97, s. 465-468, 2009.
• 10. Hader J., Moloney J.V., Koch S.W.: Density-activated defect recombination as a possible explanation for the efficiency droop in GaN-based diodes, Appl. Phys. Lett. 96, 221106, 2010.
• 11. Kim M-H.: Origin of efficiency droop in GaN-based light-emitting diodes, Appl. Phys. Lett. 91, 183507, 2007.
• 12. Kisin M.V., El-Ghoroury H.S.: Modeling of injection characteristics of polar and nonpolar IIInitride multiple quantum well structures, J. Appl. Phys. 107, 103106, 2010.
• 13. Lee J-M., Kim S-B.: Analysis of Current Components and Estimation of Internal Quantum Efficiency in Light-Emitting Diodes, IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 58, No. 9, s. 3053-3057, 2011.
• 14. Meyaard D.S. i inni: Asymmetry of carrier transport leading to efficiency droop in GaInN based light-emitting diodes, Appl. Phys. Lett. 99, 251115, 2011.
• 15. Meyaard D.S. i inni: On the temperature dependence of electron leakage from the active region of GaInN/GaN light-emitting diodes, Appl. Phys. Lett. 99, 041112, 2011.
• 16. Narukawa Y.: White-light LEDs, Opt. Photon. News 15, s. 24-29. 2004.
• 17. Niu L. i inni: Improving the emission efficiency of MBE-grown GaN/AlN QDs by strain control, Nanoscale Research Letters, 6:611, 2011.
• 18. Ozgur U. i inni.: GaN-Based Light-Emitting Diodes: Efficiency at High Injection Levels, Proceedings of the IEEE, vol. 98, No: 7, s. 1180-1196, 2010.
• 19. Piprek J., Li S.: Electron leakage effects on GaN based light emitting diodes, Opt Quant Electron vol. 42, s. 89-95, 2011.
• 20. Ryu H-Y., Kim H-S., Shim J-I.: Rate equation analysis of efficiency droop in InGaN light-emitting diodes, Appl. Phys. Lett. 95, 081114, 2009.
• 21. Schubert E.F., Kim J.K.: Solid-state light sources getting smart, Science 308, s. 1274-1278, 2005.
• 22. Schubert E.F.: Light-Emitting Diodes, Second Edition, Cambridge Univ. Press, New York, 2006.
• 23. Schubert M.F. i inni: Polarization-Matched GaInN/AlGaInN Multi-Quantum-Well Light- -Emitting Diodes With Reduced Efficiency Droop, Appl. Phys. Lett. 93, 041102, 2008.
• 24. Shim J-I., Kim H., Shin D-S.: An Explanation of Effciency Droop in InGaN-based Light Emitting Diodes: Saturated Radiative Recombination Rate at Randomly Distributed In-Rich Active Areas, Journal of the Korean Physical Society, Vol. 58, No. 3, s. 503-508, 2011.
• 25. Stevenson R.: The LED's Dark Secret, IEEE Spectrum, 08.09, s. 23-27, 2009.
• 26. Stevenson R.: Explaining leds diminishing returns, IEEE Spectrum, 11.11, s. 16, 2011.
• 27. Wunderer T. i inni: Three-dimensional GaN for semipolar light emitters, Phys. Status Solidi B, 248, No. 3, s. 549-560, 2011.