journal-opt - abstr181-187

https://doi.org/10.15407/jopt.2018.53.181

Optoelectron. Semicond. Tech. 53, 181-187 (2018)

V.P. Veleschuk, A.I. Vlasenko, Z.K. Vlasenko, D.N. Khmil’, O.M. Kamuz, S.G. Nedilko, V.P. Scherbatsky, D.V. Gnatyuk, V.V. Borshch, M.P. Kisselyuk

THE MECHANISMS OF THE APPEARANCE OF VISIBLE PARASITIC LUMINESCENCE IN THE ULTRAVIOLET LED’s 365 nm

The mechanism of appearance of visible parasitic luminescence in the light emitting diodes (LEDs) of ultraviolet (UV) radiation 365 nm has been studied. UV LEDs with a maximum of 365 nm has a wide range of applications, for example: polymerization, fluorescence microscopy in medicine and biology, luminescent analysis. However, the InGaN/AlGaN/GaN heterostructures have a few problems, including the so-called "yellow" luminescence. Therefore, in addition to work on the quantum efficiency increase, studies are carried out to reduce the visible parasitic luminescence in the UV LEDs. To find ways to reduce the intensity of visible luminescence, it is necessary to know the mechanism of its occurrence. The industrial InGaN/AlGaN/GaN UV LEDs with a maximum of 365…370 nm have been investigated. It has been ascertained that visible parasitic luminescence in these LEDs consists of two spectral parts - the so-called yellow luminescence and blue luminescence, which are caused by defects and complexes of defects with doping impurities. Luminescence in the yellow-green part of the spectrum (maximum at 555 nm) is dominant at the temperature 300 K, and luminescence in the blue spectral part (400…470 nm) at 77 K. It has been shown that the dominant mechanism for appearance of visible luminescence in the UV LEDs (365 nm) is electroluminescence, because with increasing the voltage at the p-n junction the yellow band of electroluminescence appears first; photoluminescence in the UV LEDs at T = 77 K at the excitation of UV radiation from a similar LED is practically absent. At the same time, when the current increases at T = 77 K, the yellow band of electroluminescence appears, and intensity grows. Acknowledgements – This work was supported by the National Research Fund of Ukraine. Keywords: UV LED 365 nm, luminescence.

PDF

References

1. Kneissl M. A brief review of III-Nitride UV emitter technologies and their applications. Chapter 1, in: III-Nitride Ultraviolet Emitters. Springer International Publ. Switzerland, 2016. Р. 1-25.

https://doi.org/10.1007/978-3-319-24100-5_1

2. Muramoto Y., Kimura M. and Nouda S. Development and future of ultraviolet light-emitting diodes: UV-LED will replace the UV lamp. Semicond. Sci. Technol. 2014. 29. Р. 084004(8).

https://doi.org/10.1088/0268-1242/29/8/084004

3. Henini M., Razeghi M. Optoelectronic Devices: III Nitrides. Elsevier Science, 2004.

4. Shamirzaev V.T., Gajsler V.A., Shamirzaev T.S. Kraevaya i defektnaya lyuminescenciya moshnyh InGaN/GaN ultrafioletovyh svetoizluchayushih diodov. FTP. 2016. 50, № 11. S. 1513-1518. (in Russian)

https://doi.org/10.1134/S1063782616110233

5. Veleshuk V.P., Vlasenko O.I., Vlasenko Z.K., Hmil D.M., Kamuz O.M., Petrenko I.V., Tartachnik V.P., Shulga O.V., Borsh V.V. Vidima lyuminescenciya InGaN/GaN cvitlodiodiv ultrafioletovogo viprominyuvannya 365 nm. Zhurnal nano- ta elektronnoyi fiziki. 2017. 9, № 5. S. 05031-1-5. (in Ukrainian)

6. Kudryashov V.E., Zolina K.G., Kovalev A.N., Manyahin F.I., Turkin A.N., Yunovich A.E. Tunnelnye effekty v svetodiodah na osnove geterostruktur InGaN/AlGaN/GaN s kvantovymi yamami. FTP. 1997. 31, № 11. C. 1304-1309. (in Russian)

7. Chen K.X., Xi Y.A., Mont F.W., Kim J.K., Schubert E.F., Liu W., Li X., Smart J.A. Recombination dynamics in ultraviolet light-emitting diodes with Si-doped AlxGa1−xN/AlyGa1−yN multiple quantum well active regions. J. Appl. Phys. 2007. 101. P. 113102(5).

https://doi.org/10.1063/1.2736312

8. Jin D., Connally R. and Piper J. Long-lived visible luminescence of UV LEDs and impact on LED excited timeresolved fluorescence applications. J. Phys. D: Appl. Phys. 2006. 39. P. 461-465.

https://doi.org/10.1088/0022-3727/39/3/006

9. Park J.-S., Fothergill D.W., Wellenius P., Bishop S.M., Muth J.F., Davis R.F. Origins of parasitic emissions from 353 nm AlGaN-based ultraviolet light emitting diodes over SiC substrates. Jpn. J. Appl. Phys. 2006. 45, Part 1, No 5A.

https://doi.org/10.1143/JJAP.45.4083

10. Chen K.X., Dai Q., Lee W., Kim J.K., Schubert E.F., Liu W., Wu S., Li X., Smart J.A. Parasitic sub-band-gap emission originating from compensating native defects in Si doped AlGaN. Appl. Phys. Lett. 2007. 91. P. 121110.

https://doi.org/10.1063/1.2786838

11. Yang W., Li S., Chen H., Liu D. and Kang J. Origins and suppressions of parasitic emissions in ultraviolet lightemitting diode structures. Journal of Materials Research. 2010. 25, No 6. P. 1037-1040.

https://doi.org/10.1557/JMR.2010.0135

12. Dimitrocenko L., Grube J., Kulis P., Marcins G., Polyakov B., Sarakovskis A., Springis M., Tale I. AlGaN-InGaN-GaN near ultraviolet light emitting diode. Latvian Journal of Physics and Technical Sciences. 2008. Nо4. P. 25-32.

https://doi.org/10.2478/v10047-008-0017-3

13. Shubert F.E. Svetodiody. M.: Fizmatlit, 2008. (in Russian)

14. Reshchikov M.A., Morkoç H. Luminescence properties of defects in GaN (Review). J. Appl. Phys. 2005. 97. Р. 061301(95).

https://doi.org/10.1063/1.1868059

15. Zalamaj V.V. Opticheskie svojstva tonkih sloev i nanostruktur na osnove GaN i ZnO: diss. … d-ra fiz.-mat. nauk, 01.04.10. IPF AN Resp. Moldova, Kishinev, 2006. (in Russian)

16. Sukach G.A., Kidalov V.V., Vlasenko A.I., Potapenko E.P. Defektnaya lyuminescenciya plenok GaN:Zn, otozhzhennyh v vysokochastotnoj plazme ammiaka. FTP. 2003. 37, No 11. S. 1290-1295. (in Russian)

https://doi.org/10.1134/1.1626202

17. Berg A.A., Din P.D. Svetodiody. M.: Mir, 1979. (in Russian)

В.П. Велещук1, О.І. Власенко1, З.К. Власенко1, Д.М. Хміль1, О.М. Камуз1, С.Г. Неділько2, В.П. Щербацький2, Д.В. Гнатюк2, В.В. Борщ3, М.П. Киселюк4.

МЕХАНІЗМИ ПОЯВИ ВИДИМОЇ ПАРАЗИТНОЇ ЛЮМІНЕСЦЕНЦІЇ У СВІТЛОДІОДАХ УЛЬТРАФІОЛЕТОВОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ 365 нм

У роботі встановлено механізм появи видимої паразитної люмінесценції у світлодіодах (СД) ультрафіолетового (УФ) випромінювання 365 нм. Світлодіоди УФ випромінювання з максимумом на довжині хвилі 365 нм мають широке коло застосувань, наприклад полімеризація, флуоресцентна мікроскопія в медицині та біології, люмінесцентний аналіз. Однак InGaN/AlGaN/GaN гетероструктури УФ СД мають ряд недоліків, зокрема так звану жовту люмінесценцію. Тому, окрім робіт по підвищенню квантової ефективності, проводяться дослідження щодо зниження видимої паразитної люмінесценції в УФ світлодіодах. Для пошуку способів зниження інтенсивності видимої люмінесценції необхідно знати механізм її виникнення. Досліджено промислові InGaN/AlGaN/GaN УФ світлодіоди з максимумом 365…370 нм. Встановлено, що видима паразитна люмінесценція у даних світлодіодах складається з двох спектральних частин – так званих жовтої люмінесценції та синьої люмінесценції, які зумовлені дефектами та комплексами дефектів з легуючими домішками. Люмінесценція у жовто-зеленій частині спектра (максимум при 555 нм) є домінуючою при температурі 300 K, а люмінесценція в синій частині спектра (400…470 нм) – при температурі в околі 77 K. Показано, що домінуючим механізмом появи видимої люмінесценції в УФ світлодіодах 365 нм є електролюмінесценція, оскільки при підвищенні напруги на p-n переході жовта смуга електролюмінесценції з’являється першою; фотолюмінесценція у даних СД при Т = 77 K при збудженні УФ випромінюванням від аналогічного світлодіода практично відсутня, у той же час при підвищенні струму при Т = 77 K з’являється та росте інтенсивність жовтої смуги електролюмінесценції.

Ключові слова: УФ світлодіод 365 нм, люмінесценція.

Back / Повернутися