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FBHの新CV計測法、UV LEDデバイス最適化に有望

Fig.3_capacitance-voltage_profiles[2]

February, 16, 2017, Berlin--AlGaNベース紫外(UV)発光ダイオード(LED)、250~320nmは、水質浄化、ガスセンシング、UV硬化など様々なアプリケーションに有望なデバイスである。しかし、これらのUV LEDの寿命は、まだそれらのアプリケーションへの適用の障害になっている。
 共同Lab GaN Optoelectronics FBH(Ferdinand Braun Institut)とTU Berlin固体物理学研究所で、発光波長310nmおよび265nmのUV-B、UV-Cが開発された。寿命を延ばすために、応力誘起劣化の背後にある物理的なメカニズムについて十分な知識が必要となる。したがって、UVBとUVC LEDを140 A/cm2の低電流密度、多様な温度で200時間の加速寿命試験にかけた。判明したことは、光パワーの減少は、UVB LEDに比べてUVC LEDでより顕著であり、温度依存性が強いことである。この相違をさらによく理解するために、LEDを容量電圧(CV)計測を用いて応力(ストレス)前と後で解析した。
 この方法でLED内の空間電荷領域(SCR)幅にアクセスできる。応力の前と後の容量を比較することで、応力がかかっている間の温度の影響が明らかになる。調べたUVC LEDでは容量が小さくなるが、SCRの増大に寄与するもの、UVB LEDの容量はストレス温度<60℃で増加した。この対立する挙動は、これらのデバイスでは少なくとも2つの劣化メカニズムが顕著であることを示している。  UVB LEDのさらなる研究から、容量は主にが応力の始まりで増加することが分かった。これは、変化したSCRは正確にはヘテロ構造のどこにあるのかという問いに帰着する。したがって、ストレスがかかったデバイスのpサイドだけ計測する方法を開発した。これにより、pサイドの効果をヘテロ構造のpnジャンクションやnサイドから分離することができる。容量の最初の増加は、LEDのpサイドの変化に原因があることがこの調査により明らかになっている。この方法は、UV LEDの劣化研究に新たな可能性を与えるものである。特にLED構造における変化を見つけられることで、デバイスの最適化により特異的なアプローチが可能になる。