ISBN 978-3-8439-2088-9

978-3-8439-2088-9, Reihe Physik

Bastian Galler
Ladungsträger-Rekombination und -Transport in InGaN-basierenden Leuchtdioden

204 Seiten, Dissertation Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Diese Dissertation behandelt die Charakterisierung verschiedener physikalischer Prozesse, die für den Wirkungsgrad von dem Stand der Technik entsprechenden (AlGaIn)N-Leuchtdioden (LEDs) im kurzwelligen sichtbaren Spektralbereich wesentlich sind. Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei dem als „efficiency droop“ bezeichneten nichtthermischen Abfall des Quantenwirkungsgrads beim Überschreiten von vergleichsweise geringen Stromdichten unterhalb des typischen Betriebspunkts solcher Bauteile.

Im ersten experimentellen Teil wird gezeigt, dass der „efficiency droop“ durch einen nichtstrahlenden Rekombinationsprozess hervorgerufen wird, der wie die gewünschte strahlende Rekombination in den Quantentöpfen (QWs) der aktiven Zone stattfindet und dabei eine stärkere Abhängigkeit von der Ladungsträgerdichte aufweist. Das Vorgehen basiert auf dem Vergleich des Quantenwirkungsgrads im elektrischen Betrieb mit dem bei ausschließlicher optischer Erzeugung der freien Ladungsträger direkt in den QWs.

Die folgenden beiden Kapitel beschreiben Versuche zur weiteren Charakterisierung dieses Verlustprozesses. Durch Analyse des zugehörigen Rekombinationskoeffizenten in Abhängigkeit von Bandlückenenergie und Temperatur werden Hinweise gewonnen, dass indirekte Auger-Rekombination physikalische Ursache des „efficiency droop“ ist. Zudem wird basierend auf der Einstellung verschiedener Hintergrundladungsträgerdichten in speziellen Teststrukturen experimentell nachgewiesen, dass der Übertrag der Rekombinationsenergie des bei solchen Prozessen stets involvierten Elektron-Loch-Paars auf ein zusätzliches Leitungsband-Elektron bei typischen Bedingungen erheblich wahrscheinlicher ist als der entsprechende Vorgang unter Beteiligung eines weiteren Lochs.

Im letzten experimentellen Teil wird der Ladungsträgertransport mittels LED-Teststrukturen charakterisiert. Deren aktive Zonen weisen QWs mit verschiedenen Emissionswellenlängen auf, so dass die Anteile des generierten Lichts hinsichtlich Position der Erzeugung bestimmt werden können. Dadurch lässt sich ineffizienter Löchertransport als limitierender Faktor für den Ansatz identifizieren, die Ladungsträgerdichte in der aktiven Zone durch homogene Bestromung einer großen Zahl an QWs zu verringern. Der dominierende Transport-Prozess ist dabei thermisch aktiviert, wobei die Energiebarriere wesentlich durch die Flächenladungen an den Grenzflächen von QWs und dazwischen liegenden GaN-Barrieren beeinflusst ist.