InGaN/GaN Y V Ët ® o° Ë Ñ T ~ ¾© º; c" e Photovoltaic ÇÊ Ý
Photoluminescence z ð ² â ì È; c Q V À W ¥ W _ Ë] §; c å ¾ Ë X ¢ ì Å
ö
¶ B< Ú · ¼ ÿ ( å + Ö < · ý ¡ ÷ 7 B · T M 4 w H · » - > A j · ö ¶ B+ ä 0 å
∗/ B
N Å Ò@ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , / B N Å Ò 314-701
ý
¡) Ö <¦
Ø
æ z @ / < Æ § F « Ñ/ B N < Æõ , @ / 305-764
'
Ö <* å « » · # lZ 9 V · L |) ç x · è ¡ û Bg ` @
THELEDS, 6 x 449-871 (2008¸ 2 Z 4 26{ 9 ~ Ã Î6 £ §)
InGaN/GaN ' õ AÒ o µ 1 Ï F g s ¸× ¼ ½ ¨ ¸\ " f Photoluminescence (PL) 8 £ ¤& ñ r # l Y Us $ \ _ K y
© ô Ç Photovoltaic ´ òõ (PVE) z ` ¦ ' a8 £ ¤ % i . InGaN/GaN ª Ä ºÓ ü t ½ ¨ ¸ ? /_ B Ä º y © ô Ç
· ú
l © \ _ K PLõ Electroluminescence (EL) Û ¼& 7 à Ô! 3 _ [ jl ü <, peak © _ 0 Au H ) a
l © \ B Ä º y > % ò ¾ Ó` ¦ ~ Ã Î ¤ . PL Û ¼& 7 à Ô! 3 s PVE\ _ K Å Ò y > % ò ¾ Ó` ¦ ~ Ã Î
¦ PVE\ _ K \ P 2 ; r Ðü < { 2 ³ r Ð\ " f PL Û ¼& 7 à Ô! 3 _ peak_ 0 Au ü < [ jl ß ¼> Ø Ô H כ ` ¦
'
a8 £ ¤ % i . { 9 ì ø Í& h PL Û ¼& 7 à Ô! 3 É r \ P 2 ; r Ð\ " f 8 £ ¤& ñ H X < s M : PVE\ _ K r « ѽ ¨ ¸\ 2.29 ∼ 2.76 V t Ø Ô> è ß . InGaN/GaN µ 1 Ï F g s ¸× ¼ ½ ¨ ¸\ " f PL Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ & ñ S X y K
$
3 ¦ ELõ PL Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ & ñ S X y ' aº t # Q ½ ¨ l 0 AK " f H PVE _ & ñ S X ô Ç K $ 3 s ì ø Í× ¼r 9 כ
¹ < Ê` ¦ · ú Ã º e % 3 .
PACS numbers: 73.50.P, 77.65.L, 78.55.-m, 78.55.Cr
Keywords: InGaN/GaN 'õAÒo µ1ÏF gs¸×¼,F gµ1ÏF g,F gl§4 ´òõ,F gl§4, lµ1ÏF g
I. " e  ] Ø
1990¸ @ / × æ ì ø Í\ { 9 : r m u o < Æ/ B N\ O Å Òd r \ " f GaN > \ P ¦6 f ¸ ' õ AÒ o µ 1 Ï F g s ¸× ¼ (LED)\ ¦ > hµ 1 Ïô Ç s
Ê ê GaN > \ P LED\ ¦ s 6 x ô Ç ì ø Í ¸^ ¸" î \ @ /ô Ç ½ ¨
H q & h µ 1 Ï ` ¦ s À Ò ¦ e [1,2].
GaN > \ P LED_ µ 1 Ï F g ´ òÖ ¦` ¦ & ñ f ± H © × æ כ ¹ô Ç
× æ H LED \ Å Ò{ 9 ) a _ Ã º @ /q µ 1 ÏÒ q t H F
g _ Ã º\ ¦ ? / H ? /Â Ò ª ´ òÖ ¦ (internal quantum efficiency) s [3]. Õ ª X < GaN > \ P LED_ Ö ¸$ í 8 £ x Ü ¼
Ð 6 x ÷ & ¦ e H InGaN ª Ä ºÓ ü t ½ ¨ ¸ (quantum well structure) ? /Â Ò\ H, wurtzite ½ ¨ ¸_ @ /g A$ í õ © Ã
º Â Ò& ñ ½ + Ë\ _ ô Ç + þ A\ _ K B Ä º y © ô Ç · ú l © (piezoelectric field) s ÷ &# Q e ¦, Õ ª ß ¼l H r « Ñ\
1 MV/cm & ñ ¸ Ð B Ä º ß ¼ [4,5].
∗E-mail: [email protected]
Photoluminescence (PL) ì rF gZ O É r µ 1 Ï F g s ¸× ¼ ½ ¨ ¸
\
" f r « Ñ_ : £ ¤$ í ` ¦ ½ ¨ ¦ µ 1 Ï F g _ © @ /& h [ jl ü <
peak © ` ¦ & ñ H © Å Ò ) a ~ ½ ÓZ O × æ s . í ß
\ O
^ _ ' a& h \ " f H { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð PL 8 £ ¤& ñ É r Å Ò Ð \ x % 7 [ >
$ í © s = å Q ¦ è / B N& ñ ` ¦ r l \ s À Ò# Q
. s \ ¦ : x K / B N& ñ Ê ê è _ @ /| Ä Ì& h : £ ¤$ í õ µ 1 Ï F g
© _ peak\ ¦ & ñ > ) a . @ /Â Òì r _ III-V, II-VI 7 á ¤ o
½
+ ËÓ ü t ì ø Í ¸^ \ " f H { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð PL µ 1 Ï F g © _ peak 0 A u
ü < EL (Electroluminescence) µ 1 Ï F g © _ peak 0 Au H
Å Ò ¸ ú { 9 u ô Ç . Õ ª X <, InGaN/GaN µ 1 Ï F g s ¸× ¼
½
¨ ¸\ " f H PL õ EL µ 1 Ï F g © _ peak 0 Au x 9 Õ ª ©
@
/& h [ jl ´ ú § É r â Ä º { 9 u t · ú § H . Õ ª s Ä » H InGaN/GaN ª Ä ºÓ ü t ½ ¨ ¸\ " f H Ä ºÓ ü t8 £ x ? /_ B Ä º y © ô
Ç · ú l © M :ë H \ ü @Â Ò\ " f ) a l © \ @ /K
s \ -t x 9 [ jl B Ä º y > l M :ë H s .
Fig. 1 É r p-n ] X ½ + Ë\ _ K + þ A$ í ) a ? /Â Ò l © õ ì ø Í
@
/~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð + þ A$ í ÷ &# Qe H B Ä º y © ô Ç · ú l © _ ½ ¨
-385-
Fig. 1. The change of the piezoelectric field in In- GaN/GaN quantum wells with reverse bias increase.
¸\ ¦ ¸@ /% i ë ß ç ß | Ä Ì > · p Õ ªa Ë >Ü ¼ Ð % i ~ ½ Ó ¾ Ó s
# QÛ ¼ 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ ª Ä ºÓ ü t ? /Â Ò_ 8 ú x ? /Â Ò l © _
[ jl t H כ ` ¦ Ð# ï r [6]. s H Ä ºÓ ü t 8 £ x ? / _
· ú l © _ ~ ½ Ó ¾ Ós p-n ] X ½ + Ë\ _ ô Ç ? /Â Ò l © _
~ ½ Ó ¾ Óõ ì ø Í@ /s l M :ë H \ H & ³ © s . % i ~ ½ Ó ¾ Ó
s # QÛ ¼ 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ p-n ] X ½ + Ë\ _ K + þ A$ í ) a ? /Â Ò l
© _ [ jl H 7 £ x t ë ß B Ä º y © ô Ç · ú l © _ [ j l
H × ¦ # Q[ þ t # Q InGaN ª Ä ºÓ ü t ? /Â Ò_ 8 ú x l © _ [ j l
× ¦ # Q[ þ t > ÷ & ¦, õ & h Ü ¼ Ð ª ½ ¨5 Å q ) a Û ¼ ß ¼ ´ ò õ
(Quantum Confined Stark Effect)\ _ K µ 1 Ï F g © s é
ß © A á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l x > ) a [7–10].
ì
ø Í@ / Ð í H ¾ ÓÜ ¼ Ð 0 V\ " f ë H) 3 · ú u (s â Ä º 2.8 V) s t H % i ~ ½ Ó ¾ Ó\ " fü < ð ø Ít s Ä » Ð í H ~ ½ Ó
¾ Ó s # QÛ ¼ 7 £ x < Ê\ © © Ü ¼ Ð µ 1 Ï F g © s s 1
l
x ô Ç . s # QÛ ¼\ ¦ 8¹ ¡ ¤ 7 £ x r & ë H) 3 · ú u s © s
÷
&% 3 ` ¦ â Ä º, À Ó Å Ò{ 9 \ _ ô Ç EL µ 1 Ï F g s > ÷ &
¦, Å Ò{ 9 À Ó 7 £ x < Ê\ Õ ª µ 1 Ï F g © _ peak H r
é ß © A á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l x > ) a . s H InGaN Ö ¸$ í 8 £ x \
"
f In-rich % ò % i \ y © > ² D G è o ) a © I \ ¦ Å Ò{ 9 ) a ü
< & ñ / B N s Ø Ô> G Ä º " f H band-filling ´ òõ ü <
íõ î r ì ø Í \ _ K ? /Â Ò l © s t H screening
´
òõ 4 ¤ ½ + Ë& h Ü ¼ Ð l M :ë H s [11].
l © \ _ K " f y n C_ [ jl ¸ ß ¼> o H X < Fig.
1 \ " f ^ ¦ Ã º e 1 p w s % i ~ ½ Ó ¾ Ó s # QÛ ¼ 7 £ x 8 ú x ? / Â
Ò l © s y è # © # 4 8 £ x É r · û ª . Õ ª õ ©
@
/& h Ü ¼ Ð | 9 | ¾ Ós ! 9î r H ¸@ /% i _ © # 4 ` ¦ “ Å
#
Q 4 R ° ú ”(escape) S X Ò ¦ s 7 £ x K y n C_ [ jl K
[12,13]. s ü < ° ú s ) a l © \ _ ô Ç µ 1 Ï F g © _
peak 0 Au ü < y n C_ [ jl _ Å Ò y ô Ç o H PL Û ¼
&
7 à Ô! 3 õ EL Û ¼& 7 à Ô! 3 \ H : r& h s \ ¦ µ 1 ÏÒ q tr .
¦ / B N 9 8 £ x _ l © \ _ K ì r o | ¨ c M : H & ³ © Ü ¼
Ð # l F g \ _ K í H ~ ½ Ó ¾ Ó · ú s ) a ´ òõ
H כ s [14].
: r ½ ¨ H InGaN/GaN ' õ AÒ o µ 1 Ï F g s ¸× ¼\ " f PVE
H " é ¶ ` ¦ · ú Ð ¦ \ P 2 ; r Ð x 9 { 2 ³ r Ð\ " f PL` ¦ 8 £ ¤& ñ # r « ѽ ¨ ¸\ Ø Ô> H Pho- tovoltage (PV) _ ß ¼l \ ¦ 8 £ ¤& ñ ¦, s כ s PL Û ¼& 7 à Ô
!
3 \ p u H % ò ¾ Ó\ ' a K ½ ¨½ + É כ s .
II. ÷ m Ç] M ö õ m Í ¤X N Ë
: r z ´+ « >\ 6 x ) a InGaN/GaN ' õ AÒ o µ 1 Ï F g s ¸× ¼ H metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) ~ ½ ÓZ O
`
¦ s 6 x # $ í © r ( . Si ¸i ç ) a n-GaN H $ : r GaN
¢ -
aØ æ8 £ x` ¦ s # Q l ó ø Í_ c-» ¡ ¤ \ " f $ í © r Ê ê InGaN/GaN × æ ª Ä ºÓ ü t õ Mg ¸i ç ) a p-GaN H n- GaN _ 0 A\ $ í © r ( . Ni/Au F G` ¦ y y _ ³ ð ï
r p-n s ¸× ¼ } 9 É r s # QÛ ¼ 7 £ x ü < À Ó Å Ò{ 9 ` ¦ 0 A K
/ B N& ñ % i .
InGaN/GaN ' õ AÒ o µ 1 Ï F g s ¸× ¼_ 1 l x \ × æ כ ¹ô Ç % ò
¾
Ó` ¦ z u H PVE\ ¦ F g < Æ& h ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð · ú Ðl 0 AK EL õ PLZ O ` ¦ 6 £ x6 x # Fig. 2 ü < ° ú É r z ´+ « > © u \ ¦ ½ ¨
$ í
% i . PL 8 £ ¤& ñ ` ¦ 0 AK # l F g Ü ¼ Ð 6 x ) a Y Us $ _
\
-t H ª Ä ºÓ ü t _ \ -t Ì s Ð ß ¼ ¦ © # 4 8 £ x _ \
-t Ì s Ð É r 405 nm Y Us $ \ ¦ 6 x # Å Ò{ 9 À Ó
´
òÖ ¦ o\ ¦ þ j è o % i .
200 ∼ 1100 nm _ # 3 0 A\ " f 0.3 nm_ ì r K 0 p x` ¦ ì
rF g > \ ¦ 6 x # á Ô ÐÚ Ô Û ¼_ s \ f ¨ Ã º ) a y n C` ¦ F g
$
3 Ä » Ð # y n C_ © ` ¦ ì r$ 3 % i . ELõ PL Û ¼
&
7 à Ô! 3 8 £ ¤& ñ r n, p F G É r á Ô ÐÚ Ô tipÜ ¼ Ð % i ¦
l © ` ¦ < Ê\ r « Ñ\ " f µ 1 Ï F g H y n C É r ì rF g >
Ð 8 £ ¤& ñ ¦ í ß ê ø Í ) a Y Us $ y n C É r 9 ' \ ¦ 6 x # é ß
% i . Y Us $ _ ¨ î ç HØ ¦§ 4 É r 25 mW, c _ t 2 £ § É r 100
µm Ð z ´ : r \ " f 8 £ ¤& ñ % i .
Fig. 2. Schematic diagram of experimental setup for PL, EL spectra and photovoltage measurement.
III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý
InGaN/GaN ' õ AÒ o µ 1 Ï F g s ¸× ¼\ " f µ 1 Ï F g © _ peak 0
Au \ @ /ô Ç l © _ % ò ¾ Ó` ¦ · ú Ðl 0 AK % i ~ ½ Ó ¾ Ó s
# QÛ ¼\ ¦ 7 £ x r v 9 PLõ EL Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ 8 £ ¤& ñ % i .
PL õ EL\ _ ô Ç ´ òõ \ ¦ 5 Å q K " f 8 £ ¤& ñ l 0 AK # l F
g Ü ¼ Ð 6 x ô Ç Y Us $ \ ¦ r « Ñ_ ³ ð \ & ñ S X y í& h ` ¦
´ ú
Æ Ò ¦ r « Ñ_ F G \ á Ô ÐÚ Ô tip` ¦ # À Ó\ ¦ Å Ò { 9
% i . Fig. 3 É r EL Û ¼& 7 à Ô! 3 s ' a8 £ ¤ ÷ & H 2.8 V \
"
f µ 1 Ï F g © _ peak 0 Au \ ¦ l ï r Ü ¼ Ð í H ~ ½ Ó ¾ Ó s # QÛ ¼ 7
£
x \ É r EL \ _ ô Ç ´ òõ (2.8 V ∼ 5.08 V)ü < ELs
&
t l  Ò' % i ~ ½ Ó ¾ Ó s # QÛ ¼ 7 £ x \ É r PL \ _ ô Ç
´
òõ (2.8 V ∼ −3 V) Ð ¾ º# Q ì r$ 3 % i . ELs & t
H 2.8 V Â Ò' Å Ò{ 9 À Ó\ ¦ 20 ∼ 30 mA ç ß Ü ¼ Ð 200 mA (5.08 V) t 7 £ x r v 9 µ 1 Ï F g © ` ¦ 8 £ ¤& ñ ô Ç õ é ß
© % ò % i Ü ¼ Ð s 1 l x % i . 20 mA\ " f µ 1 Ï F g © _ peak 0
Au H 450 nm, Õ ªo ¦ · ú É r 3.42 V% i .
Å
Ò{ 9 À Ó 7 £ x InGaN ª Ä ºÓ ü t \ î r ì ø Í _ 0 l x
¸ / å L y 7 £ x # ² D G è o ) a © I _ band-filling ´ ò õ
ü < B Ä º y © ô Ç · ú l © \ _ K 8 ú x ? /Â Ò l © s y
è H screening ´ òõ Õ ªo ¦ l © s [ jl & t µ
1 Ï F g © s © © Ü ¼ Ð s 1 l x H ª ½ ¨5 Å q ) a Û ¼ ß ¼ ´ ò õ
4 ¤ ½ + Ë& h Ü ¼ Ð H X < s M : band-fillingõ screen- ing ´ òõ ª ½ ¨5 Å q ) a Û ¼ ß ¼ ´ òõ \ _ ô Ç % ò ¾ Ó Ð ß ¼ l
M :ë H \ µ 1 Ï F g © s é ß © Ü ¼ Ð s 1 l x > ) a . Fig.
3 \ " f ELs & t H 0 Au \ " f À » ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð ³ ðr ô Ç & h
É
r À Ó\ ¦ Å Ò{ 9 r v t · ú § ¦ í H ~ ½ Ó ¾ Ó s # QÛ ¼\ ¦ 7 £ x Ù þ ¡
`
¦ M : band-fillingõ screening ´ òõ t · ú § µ 1 Ï F
g © _ peak 0 Au © © Ü ¼ Ð s 1 l x ½ + É כ Ü ¼ Ð & ñ
# · p כ s .
EL s & t l PL Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ : x K µ 1 Ï F g © _
o\ ¦ ' a8 £ ¤ l 0 AK % i ~ ½ Ó ¾ Ó PLZ O ` ¦ s 6 x % i . % i ~ ½ Ó
Fig. 3. The change of peak position with applied voltage.
Fig. 4. Difference of PL luminescence wavelength be- tween open and short circuit condition.
¾ Ó s # QÛ ¼\ ¦ 0.5 Vm 7 £ x r ( \ InGaN ª Ä º Ó
ü
t ? /Â Ò_ 8 ú x ? /Â Ò l © _ [ jl y è # µ 1 Ï F g © _
peak 0 Au é ß © Ü ¼ Ð s 1 l x % i . s ´ òõ H l
© _ [ jl t © s é ß © A á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l x H
ª ½ ¨5 Å q ) a Û ¼ ß ¼ ´ òõ \ _ ô Ç õ s [7–10].
s
ü < ° ú s % i ~ ½ Ó ¾ Ó, í H ~ ½ Ó ¾ Ó s # QÛ ¼ 7 £ x \ µ 1 Ï F
g © _ peak 0 Au ß ¼> o < Ê` ¦ · ú Ã º e % 3 . ¢ ¸ ô
Ç : r z ´+ « > É r { 2 ³ r Ð\ " f 8 £ ¤& ñ % i H X < 0 V{ 9 M : PL Û
¼& 7 à Ô! 3 _ µ 1 Ï F g © _ peak 0 Au H 447 nm % i . ì ø Í
\
: x © & h PL 8 £ ¤& ñ ¸| \ P 2 ; r Ð\ " f H Õ ª peak
454 nm Ð © { © y 2 £ §` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 . \ P 2 ; r Ð\
"
f_ PL µ 1 Ï F g © É r í H ~ ½ Ó ¾ Ó 2.6 V\ ¦ r & Å Ò% 3 ` ¦ M : µ
1 Ï F g © _ peak 0 Au ü < [ jl 1 l x{ 9 > z ¤ .
r н ¨ ¸\ { 2 ³ r Ð (0 V)ü < \ P 2 ; r Ð\ " f PL Û
¼& 7 à Ô! 3 _ s H # l F g \ _ K Ò q t$ í ) a î r ì ø Í _ s 1
l
x õ ' aº ) a כ e ` ¦ · ú ¦ PV 8 £ ¤& ñ ` ¦ 0 Aô Ç z ´+ « >` ¦ s '
% i .
I
ª t ü < ° ú É r ½ ¨ ¸\ " f H ¸ ú · ú 9 ´ òõ Ð : r r « Ñ
\
" f H 2.6 V_ í H ~ ½ Ó ¾ Ó · ú s ) a כ % ! 3 µ
1 Ï F g © É r © © % ò % i (454 nm)\ " f 8 £ ¤& ñ ) a . í H ~ ½ Ó
¾ Ó · ú \ _ K PL_ [ jl 7 £ x H כ É r “ » 1 ÏØ ¦ '
V , a A ´ òõ ” Ð · ú 94 R e [12,13]. © # 4 8 £ x s ¿ º 0 >
4
R © # 4 ` ¦ Å # Q InGaN ª Ä ºÓ ü t ½ ¨ ¸\ ¦ 4 R
H “ » 1 ÏØ ¦ ' V , a A” S X Ò ¦ s × ¦ # Q[ þ t # Q PL µ 1 Ï F g [ jl ß ¼
>
H כ s .
ì
ø Í \ LED è ü @Â Ò r Ðü < ) a { 2 ³ r Ð\ " f
H # l F g \ _ K Ò q t$ í ) a èà º î r ì ø Í r Ð\ ¦ f Ë
Q n+ þ Aõ p+ þ A ì ø Í ¸^ \ ü < & ñ / B N s » ¡ ¤& h ÷ &t 3 l w ô Ç .
7
£ ¤ 0 V _ ¸| \ " f PV H ÷ &t · ú § ¦, photocurrent
â
ìØ Ô H כ s . { 2 ³ r Ð 0 V ¸| \ " f H \ P 2 ; r Ð ¸|
\
q K í H ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð ) a l © _ [ jl µ 1 Ï F g
© s é ß © % ò % i (447 nm)\ " f ¦ © # 4 8 £ x _ ¿ º a
· û ª 4 R _ “» 1 ÏØ ¦ ' V , a A” S X Ò ¦ s 7 £ x K PL µ 1 Ï F
g [ jl > H כ s .
\ P
2 ; r Ð\ " f ) a PV _ ß ¼l \ ¦ · ú Ðl 0 AK {
2 ³ r Ð\ " f LED\ í H ~ ½ Ó ¾ Ó s # QÛ ¼\ ¦ 0.2 ∼ 0.5 V ç ß
Ü ¼ Ð 2.8 V t 7 £ x r v 9 PL Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ 8 £ ¤& ñ # Fig. 5 \ ? /% 3 .
Fig. 5 H { 2 ³ r Ð\ " f PL Û ¼& 7 à Ô! 3 É r Ï ã T É r z ´ (0 V) õ H z ´ (0.5 ∼ 2.8 V)Ü ¼ Ð ³ ðr % i ¦ \ P 2 ; r Ð _
PL Û ¼& 7 à Ô! 3 É r Z > ¸ ª Ü ¼ Ð ³ ðr % i . Õ ª ü @_ PL Û
¼& 7 à Ô! 3 É r H z ´ Ü ¼ Ð ³ ðr % i . í H ~ ½ Ó ¾ Ó s # Q Û
¼ 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ 8 ú x ? /Â Ò l © _ [ jl 7 £ x # PL µ 1
Ï F g © É r ª ½ ¨5 Å q ) a Û ¼ ß ¼ ´ òõ \ _ K © © % ò
%
i Ü ¼ Ð s 1 l x ô Ç . { 2 ³ r Ð\ " f í H ~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð 2.6 V_
· ú
s ÷ &% 3 ` ¦ M : PL Û ¼& 7 à Ô! 3 õ \ P 2 ; r Ð_ PL Û ¼& 7 à
Ô! 3 É r Õ ª [ jl ü < peak_ 0 Au & ñ S X > { 9 u ¦ e 6
£
§` ¦ S X % i . s H \ P 2 ; r Ð\ " f PV_ ß ¼l 2.6 V e ` ¦ ´ ú K ï r .
PL # l F g \ _ K Ò q t$ í ) a èà º î r ì ø Í _ s 1 l x õ / B N 9 8
£
x \ + þ A$ í ) a l © ~ ½ Ó ¾ Ó` ¦ ç ß | Ä Ì > Fig. 6 \ ? /
Fig. 5. Open and short circuit PL spectra with a 405 nm excitation.
Fig. 6. Movement of the photogenerated carrier and pho- tovoltage by the incident light.
%
3 . · ú ¡\ " f % 3 É r 2.6 V _ ° ú כs PV\ _ ô Ç כ e ` ¦ S X
l 0 AK # l F g` ¦ ¸ r v " f I-V / B G ` ¦ 8 £ ¤& ñ
% i . 8¹ ¡ ¤ s # l F g` ¦ ¸ r v " f n+ þ Aõ p+ þ A\ e
H F G \ n t _ O Y O w p ' \ ¦ s 6 x # · ú ` ¦ 8 £ ¤& ñ
# l F g \ _ K Ò q t$ í ) a · ú PV\ ¦ 8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º e .
r ´ ú K ü @Â Ò · ú s \ O H \ P 2 ; r Ð\ " f ¸ PL # l
F g \ _ K LED\ ¸ · ú s Ò q t$ í ) a H כ s . Ó ü t : r s
Qô Ç ´ òõ H I ª t 1 p x \ " f ¸ ú · ú 94 R e H ´ òõ s
[14].
{
2 ³ r Ð\ " f í H ~ ½ Ó ¾ Ó s # QÛ ¼ 7 £ x r à º î r ì ø Í
\
_ K S X í ß À Ó Ò q t$ í ÷ & ¦ s ü < ì ø Í@ /~ ½ Ó ¾ ÓÜ ¼ Ð # l F
g \ _ K Ò q t$ í ) a èà º î r ì ø Í [ þ t É r ³ ð1 l x À Ó\ ¦ â ìØ Ô>
H X < s M : r Ð\ â ìØ Ô H I-V / B G ` ¦ 8 £ ¤& ñ # Fig. 7
\
? /% 3 . { 2 ³ r Ð\ â ìØ Ô H 8 ú x À Ó H ³ ð1 l x À Ó ü
< S X í ß À Ó_ ½ + Ës ¦ ü @Â Ò # l F g s \ O ¦, ü @Â Ò
· ú
s 0 V{ 9 M : 8 ú x À Ó H 0 mA s . ü @Â Ò # l F g s ¸
÷ &% 3 ` ¦ M : r Ð\ â ìØ Ô H 8 ú x À Ó H F g # l ) a èà º î r ì
ø Í \ _ ô Ç ³ ð1 l x À Ó\ ¦ > p w H photocurrent ) a .
: r z ´+ « >\ " f H ü @Â Ò · ú ` ¦ 0 V \ " f 2.6 V t 7
£
x r v 9 r Ð\ â ìØ Ô H 8 ú x À Ó\ ¦ 8 £ ¤& ñ % i . ü @ Ò
Fig. 7. I-V characteristics of the illuminated In- GaN/GaN LED by the 405 nm excitation.
Fig. 8. A photovoltage by incident light in several differ- ently sample structured LED.
· ú 0 V\ " f 8 ú x À Ó (photocurrent) H −0.4 mA
Ð 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 . ü @Â Ò · ú s 7 £ x ½ + ÉÃ º2 ¤ S X í ß À Ó
7 £ x > ÷ & H X < s S X í ß À Ó H ³ ð1 l x À Óü < ì ø Í@ /~ ½ Ó
¾ Ós l M :ë H \ r Ð\ â ìØ Ô H 8 ú x À Ó H 7 £ x ô Ç . 2.6 V _ · ú s ÷ &% 3 ` ¦ M : ³ ð1 l x À Óü < S X í ß À Ó_ ß ¼l
° ú 4 R 8 ú x À Ó H 0 mA Ð 8 £ ¤& ñ ÷ & H X < s H À Ó
â
ìØ Ôt 3 l w H \ P 2 ; r Ð\ " f # l F g \ _ ô Ç PV ° ú כ 2.6V ü
< & ñ S X y { 9 u ô Ç . r ´ ú K Fig. 6 _ \ P 2 ; r Ð\ " f PL Û ¼& 7 à Ô! 3 \ _ ô Ç PV H { 2 ³ r Ð\ 2.6 V_ · ú ` ¦
r כ õ ° ú 6 £ §` ¦ _ p ô Ç .
s
ü < ° ú s # l F g \ _ K p-n ] X ½ + Ës u í H ~ ½ Ó ¾ Ó
· ú
s ) a כ % ! 3 H PVE H { 9 ì ø Í& h \ P 2 ; r
Ð\ " f PL 8 £ ¤& ñ r µ 1 Ï F g © \ y © ô Ç % ò ¾ Ó` ¦ p 2 ; .
PL Û ¼& 7 à Ô! 3 É r PVE \ Å Ò y > % ò ¾ Ó` ¦ ~ Ã Îl M : ë
H \ PV_ ° ú כ É r r « ѽ ¨ ¸\ Ø Ô> ± ú כ s
. Fig. 8 É r r « ѽ ¨ ¸ É r 5 > h LED_ PV\ ¦ 8 £ ¤& ñ ô
Ç ° ú כ` ¦ Ð# ï r . 1 r « Ñ_ PV H 2.76 V Ð ¦ 5 r « Ñ H 2.29 V Ð Ø Ô> r « ѽ ¨ ¸\ " f
¸ PV ° ú כ_ H s è ß H כ ` ¦ · ú Ã º e % 3 .
s
כ É r PV © H 1 r « Ñ_ â Ä º PL 8 £ ¤& ñ r µ 1 Ï F g
© s © ß ¼> o ¦ PV © É r 5 r « Ñ H µ
1 Ï F g © _ o © > o < Ê` ¦ _ p ô Ç .
½
¨ ¸ É r r « Ñ\ @ /K s ü < ° ú s PV Ø Ô>
µ 1 Ï F g Û ¼& 7 à Ô! 3 \ Å Ò y © ô Ç % ò ¾ Ó` ¦ p u l M :ë H \ PV \ @ /ô Ç & ñ S X ô Ç ì r$ 3 s ì ø Í× ¼r 9 כ ¹ < Ê` ¦ · ú à º e .
PVE\ ¦ & ñ S X y 8 £ ¤& ñ t · ú § ¦ PLë ß ` ¦ 8 £ ¤& ñ % i ` ¦ M :, PL Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ ) d ¦ o > K $ 3 ½ + É # t ´ ú § . \ V\ ¦ [
þ
t # Q, PV_ o\ _ ô Ç PL peak_ o H õ & h EL peak ( \ V\ ¦ [ þ t # Q í H ~ ½ Ó ¾ Ó 3.1 V)_ 0 Au \ ¦ ) o r v
t · ú §6 £ § \ ¸ Ô ¦ ½ ¨ ¦, PL_ o\ ¦ Ä ºÓ ü t 8 £ x _ ¿ ºa
In ¸$ í q _ o Ð ¸ ú 3 l w K $ 3 ½ + É Ã º ¸ e . 8
: r ¸ _ > r$ í < Ê É r # l F g [ jl _ > r$ í PL Û ¼& 7 à Ô! 3 _
& ñ S X ô Ç K $ 3 ` ¦ 0 AK " f ¸ PV_ & ñ S X ô Ç K $ 3 É r ì ø Í× ¼r
9
כ ¹ . r « Ñ : r ¸ # l F g _ [ jl \ PV ß ¼
>
² ú | 9 Ã º e l M :ë H s .
IV. + s Ç Â ] Ø
: r ½ ¨ H InGaN/GaN ' õ AÒ o µ 1 Ï F g s ¸× ¼\ " f PVE
H " é ¶ ` ¦ · ú Ð ¦ \ P 2 ; r Ðü < { 2 ³ r Ð_ PL` ¦ 8 £ ¤& ñ # PV PL Û ¼& 7 à Ô! 3 \ p u H % ò ¾ Ó` ¦ ì r
$
3 % i . InGaN/GaN ' õ AÒ o µ 1 Ï F g s ¸× ¼ H Ä ºÓ ü t \ B Ä
º y © ô Ç · ú l © s Ä » ¸÷ &# Qe # Q l © \ _ K Å
Ò y > ì ø Í6 £ x l M :ë H \ { 9 ì ø Í& h \ P 2 ; r Ð\ " f PL õ { 2 ³ r Ð\ " f EL Û ¼& 7 à Ô! 3 µ 1 Ï F g © _ peak 0 Au ü
< [ jl ß ¼> ² ú . s ü < ° ú É r s Ä » H I ª t 1 p x
\
" f H PVE InGaN/GaN ' õ AÒ o µ 1 Ï F g s ¸× ¼
\
" f ¸ l M :ë H s . PVE Ð K PL µ 1 Ï F g © É r {
2 ³ r Ðü < q §Ù þ ¡` ¦ M : ª ½ ¨5 Å q ) a Û ¼ ß ¼ ´ òõ M :ë H
\
© © Ü ¼ Ð s 1 l x ¦ ' V , a A S X Ò ¦ s × ¦ # Q[ þ t # Q y n C_ [
jl H 7 £ x ô Ç . # l F g \ _ K p-n ] X ½ + Ë É r u í H ~ ½ Ó
¾ Ó · ú s ) a כ õ ° ú É r & ³ © ` ¦ Ðs H X < s H r « Ñ
½
¨ ¸\ 2.29 V\ " f ß ¼> H 2.76 V t ª >
è ß .
s
X O > PVE H InGaN/GaN ' õ AÒ o µ 1 Ï F g s ¸× ¼\ " f
© { © y y © ô Ç % ò ¾ Ó` ¦ p u l M :ë H \ è / B N& ñ _ PL Û
¼& 7 à Ô! 3 Ü ¼ Ð è / B N& ñ Ê ê_ EL Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ \ V8 £ ¤ ¦ PL Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ & ñ S X y ì r$ 3 l 0 AK " f H PV _ ß ¼l \ ¦
&
ñ S X y 8 £ ¤& ñ ½ + É 9 כ ¹ e 6 £ §` ¦ · ú Ã º e % 3 .
Phys. Letts. 90, 151109 (2007).
[2] H. Morkoc, Nitride Semiconductors and Device (Springer-Verlag, Berlin, 1999).
[3] E. F. Schubert, Light Emitting Diodes, 2nd ed.
(Cambridge, New York, 2006).
[4] J. Hader, J. V. Moloney and S. W. Koch, Appl.
Phys. Letts. 89, 171120 (2006).
[5] S. Chichibu, A. C. Abare, M. S. Minsky, S. Keller, S.
B. Fleischer, J. E. Bowers, E. Hu, U. K. Mishra, L.
A. Coldren and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Letts.
73, 2006 (1998).
[11] L. C. Chen and H. C. Feng, Phys. Stat. Sol. 202, 2838 (2005).
[12] Y. D. Jho, J. S. Yahng, E. Oh and D. S. Kim, Appl.
Phys. Letts. 79, 1131 (2001).
[13] K. L. Bunker, R. Garcia and P. E. Russell, Appl.
Phys. Letts. 86, 082108 (2005).
[14] S. O. Kasap, Optoelectronics and Photonics (Prec- tice Hall, New Jersey, 2001).
[15] B. Streetman and S. Banerjee, Solid State Electronic
Devices, 6th ed. (Pearson, New York, 2005).
Strong Influence of Photovoltaic Effects on Photoluminescence Spectra in InGaN/GaN Blue Light-emitting Diodes
Jae-Ho Song, Byung-Jun An, Sa-Yong Hong, Ki-Won Lee, In-Hye Kim and Jung-Hoon Song
∗Department of Physics, Kongju National University, Kongju 314-701
Soon-Ku Hong
Department of Materials Science and Engimeering, Chungnam National University, Daejeon 305-764
Youngboo Moon, Hwan-Kuk Yuh, Sung-Chul Choi and Seung-Hyun Yang THELEDS Co., Ltd, Yongin 449-871
(Received 26 February 2008)
We investigated the photovoltaic effect on the photoluminescence spectra from InGaN/GaN blue light emitting diodes (LEDs). For a practical characterization of InGaN/GaN LEDs, the difference in the peak positions between the photoluminescence (PL) and the electroluminescence (EL) spectra is one of the crucial issues and should be interpreted accurately. In this study, we report that emission spectra are sensitively affected by the photovoltaic effect. The transition energies and intensities of the LED devices in an open-circuit condition are significantly different from those in a short-circuit condition. The PL spectrum in an open-circuit condition, which is most usual, is influenced strongly by the photovoltaic effect, where the photovoltages range from 2.3 to 2.75 V, depending on specific sample structures. This result shows that photovoltaic effects should be taken into account properly in order both to correlate PL with EL spectra and to interpret PL spectra correctly.
PACS numbers: 73.50.P, 77.65.L, 78.55.-m, 78.55.Cr
Keywords: InGaN/GaN blue LED, PL, Photovoltaic effect, Photovoltage, EL
∗E-mail: [email protected]
