Spectral features of pristine and irradiated white emitting InGaN LEDs with quantum wells

Abstract

The emission spectra of InGaN/GaN white light emitting diodes (WLEDs) were measured. The main emission components were a LED blue line with λmax = 443 nm and a wide double band in the range of 500…650 nm of the secondary emission of AIT-YAG phosphor (Ce). The observed non-monotonic temperature dependence of the emission was attributed to the electric-field screening effect by mobile carriers as well as to thermal quenching due to the increased density of the phonon gas. The power conversion factor of phosphor emission increased in the temperature range of 200…290 K. The total energy losses for the Stokes shift were 82% and 77% for the first (blue) and the second band, respectively. The decrement of emission at high injection currents (over 20 mA) was attributed to ballistic transfer of carriers above the quantum wells and subsequent non-radiative recombination in the barrier layers. The existence of long-term relaxation processes in the white LEDs was assumed to be due to the accumulation of In atoms. Electron beam irradiation caused WLED efficiency degradation due to the introduction of deep traps in the quantum well region. The radiation resistance of the AIT-YAG phosphor was ~1.6 times higher than that of the InGaN part.Вимірювались спектри випромінювання білих світлодіодів (СД) InGaN/GaN, основні складові яких – лінія голубого СД з λmax=443 нм та широка роздвоєна смуга вторинного випромінювання люмінофора AITYAG (Ce) λ = 500…650 нм. Немонотонна залежність інтенсивності свічення від температури зумовлена посиленням ефекту екранування внутрішніх полів вільними носіями, а також тепловим гасінням у результаті підвищення щільності фононного газу. В інтервалі температур 200…290 K виявлено підвищення коефіцієнта перетворення потужності випромінювання люмінофором; загальні втрати на Стоксове зміщення становлять ΔЕ1 = 82%; ΔЕ2 = 77% для першої і другої смуги відповідно. Сповільнення інтенсивності випромінювання при значних струмах збудження І > 20 мА може бути пов’язаним із балістичним перенесенням носіїв над квантовими ямами та подальшою безвипромінювальною рекомбінацією у бар’єрних шарах. Висловлюється припущення, що за існування довготривалих релаксаційних процесів у білих СД несуть відповідальність скупчення атомів In. Опромінення електронами приводить до падіння інтенсивності свічення білих СД внаслідок введення в область квантових ям глибоких безвипромінювальних рівнів радіаційних дефектів. Радіаційна стійкість люмінофора виявляється вищою від стійкості СД InGaN майже в 1,6 раза.