2 Экспериментальная часть

2.1 Методика проведения компьютерного моделирования

Провели эксперимент, который состоял в исследовании влияния типа проводимости на основные характеристики светоизлучающих диодов.

Определялись оптимальные конструкции МКНГ в зависимости от типа проводимости, количества и разверов КЯ и барьеров. Предполагалось, что КЯ имеют фиксированное содержание атомов In: X= 0,15– 0, 25 для СИД синего цвета свечения.

Для моделирования МКНГ для СИД синего свечения были выбраны файлы, которые описывают приборы для данного цвета свечения, количество КЯ принималось равным 4, ширина барьеров 4,5 нм, содержание In в КЯ было принято 0,17. В файлах использовалась статистика Ферми –Дирака, учитывалась неполная ионизация легирующих примесей.

Структура всех приборов состояла из GaN–эмиттера n–типа проводимости, In_xGa_1–xN–активной области с КЯ в активной области и GaN –эмиттера p–типа проводимости. Концентрация доноров (Si) в GaN –эмиттере n–типа проводимости составляла N_d = 10¹⁹ см ^–3 , а акцепторов (Mg) в GaN–эмиттере p–типа проводимости – N_a=10 ¹⁹ см ^–3 .

Файлы, описывающие приборы, содержали следующие параметры КЯ и барьеров в АО:

— длина In_0,17Ga_0,83N КЯ в активной области была 3,5 нм при длине GaN–барьеров 4,5 нм для синих светоизлучающих диодов, длина In_0,25Ga_0,75N КЯ в активной области была также 3,5 нм при длине барьеров 4,5 нм;

— количество КЯ было равно 4 как для синих светоизлучающих диодов;

— для набора КЯ было создано 3 типа приборов с различным типом легирования КЯ и барьеров: i–тип проводимости (без специального легирования), n–тип проводиости (легированы донорами (Si), N_d = 10¹⁹ см ^–3), p–тип проводимости (легированы акцепторами (Mg), N_a = 10¹⁹ см ^–3);

— при моделировании температура принималась равной 300 К.

В качестве примера представлен ряд характеристик, соответственно рисунку 20 (зонная диаграмма, распределение потенциала поперек структуры, распределение концентрации электронов и дырок и распределение полной скорости рекомбинации носителей заряда в зависимости от координат для СИД синего цвета свечения, содержащих КЯ с нелегированными КЯ длиной 3,5 нм и барьерами длиной 4,5 нм i–типа проводимости при плотности тока 100 А/см² и напряжении 3 В.)

Рисунок 20 – Ряд характеристик, построенных с помощью программы Sim Windows

Хорошо видно, что инжектированные электроны и дырки неравномерно распределены в КЯ: концентрация электронов убывает по направлению к p–GaN эмиттеру , а концентрация дырок убывает по напралвению к n–GaN эмиттеру. Рекомбинация всех носителей сосредоточена в КЯ, инжекция электронов в p– GaN эмиттер и дырок в n–GaN эмиттер практически отсутствует. В АО имеет место изменение электростатического потенциала, обусловленное пространственным распределением электронов и дырок. Неравномерное распределение электронов и дырок в КЯ приводит к неравномерному распределению излучательной и безызлучательной рекомбинации, соответственно рисунку 21.

Рисунок 21 – Излучательная и безызлучательная рекомбинация в программе Sim Windows

В течении моделирования проводилось постепенное изменение напряжения, изменение проводилось до достижения плотности тока 100 А/см² для всех 3 типов легирования для синих светоизлучающих диодов. Далее были построены вольт–амперные характеристики светоизлучающих диодов, и зависимость внешнего квантового выхода мощности излучения от плотности тока, которые представлены далее.