Вышедшие номера
Влияние размера и конструкции на электрические и оптические характеристики InGaN/GaN-микросветодиодов
Закгейм А.Л.1, Черняков А.Е.2, Шмидт Н.М.3, Алексанян Л.А.4, Поляков А.Я.4, Васильев А.А.4, Щемеров И.В.4, Jang Lee-Woon5, Lee Sang-Ik6
1НТЦ микроэлектроники РАН, Санкт-Петербург, Россия
2НТЦ микроэлектроники Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия
3Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
4Университет науки и технологий " МИСиС", Москва, Россия
5The Institute for High Technology Materials and Devices, Korea University, Seoul, Republic of Korea
6Department of Materials Science and Engineering, Korea University, Seoul, Republic of Korea
Email: zakgeim@mail.ioffe.ru
Поступила в редакцию: 1 июня 2026 г.
В окончательной редакции: 20 августа 2026 г.
Принята к печати: 11 сентября 2026 г.
Выставление онлайн: 26 октября 2026 г.

Исследовано влияние конструкции и масштабирования микросветодиодов на основе InGaN/GaN квантово-размерных гетероструктур с длиной волны излучения 460 нм на электролюминесцентные характеристики. Были изучены микросветодиоды с диаметром мезаструктуры в диапазоне 5-100 мкм в двух вариантах конструкций: с " чистой" круглой мезаструктурой и мезаструктурой, плотно заполненной наностолбиками диаметром 800 нм. Показано, что заметное влияние поверхностных эффектов: токовых утечек и безызлучательной рекомбинации возникает при диаметрах мезы менее 30 мкм. Несмотря на это, меньшие по размеру микросветодиоды обеспечивают более высокую плотность оптической мощности - светимость. С привлечением ABC-модели проанализированы зависимости внешнего квантового выхода от плотности тока с оценкой механизмов рекомбинации для различных размеров и конструкций. Выяснена перспективность конструкции с мезой, плотно заполненной наностолбиками диаметром 800 нм и залитой стеклом. Такой конструктивный вариант позволяет уменьшить потери носителей заряда на поверхностную рекомбинацию благодаря снижению механических напряжений на границе диэлектрик-полупроводник. Ключевые слова: микросветодиод, InGaN/GaN квантово-размерные гетероструктуры, наностолбики, коэффициент идеальности, мощность излучения, квантовый выход, ABC-модель, поверхностная рекомбинация.
  1. J. Park, M. Pristovsek, H. Amano, T. Seong. Appl. Phys. Rev., 11, 021319 (2024). DOI: 10.1063/5.0177550
  2. M.S. Wong, Sh. Nakamura, S.P. DenBaars. ECS J. Solid State Sci. Technol., 9 (1), 015012 (2020)
  3. Y. Zhang, R. Xu, Q. Kang, X. Zhang, Z. Zhang. Micromachines, 14, 991 (2023). DOI: 10.3390/mi14050991
  4. P. Li, J. Ewing, M.S. Wong, Y. Yao, H. Li, S. Gandrothula, J.M. Smith, M. Iza, Sh. Nakamura, S.P. DenBaars. APL Materials, 12, 080901 (2024). DOI: 10.1063/5.0222618
  5. F. Olivier, S. Tirano, L. Dupre, B. Aventurier, Ch. Largeron, F. Templier. J. Luminesc., 191 (Part B), 112 (2017)
  6. S.S. Konoplev, K.A. Bulashevich, S.Yu. Karpov. Phys. Status Solidi A, 215 (10), 1700508 (2017). DOI: 10.1002/pssa.201700508
  7. R.P. Green, J.D. McKendry, D. Massoubre, E. Gu, M.D. Dawson, A.E. Kelly. Appl. Phys. Lett., 102 (9), 091103 (2013). DOI: 10.1063/1.4794078
  8. J. Herrnsdorf, J.D. McKendry, Sh. Zhang, E. Xie, R. Ferreira, D. Massoubre, A.M. Zuhdi, R.K. Henderson, I. Underwood, S. Watson, A.E. Kelly, E. Gu, M.D. Dawson. IEEE Trans. Electron Dev., 62 (6), 1918 (2015)
  9. S.Y. Karpov. Proc. SPIE, 9768, 97680C (2016). DOI: 10.1117/12.2207265
  10. C.A. Hurni, A. David, M. Cich, R. Aldaz, B. Ellis, K. Huang, A. Tyagi, R. DeLille, M. Craven, F.M. Steranka, M.R. Krames. Appl. Phys. Lett., 106, 031101 (2015). DOI: 10.1063/1.4905873L
  11. L. Kuritzky, A. Espenlaub, B.P. Yonkee, C.D. Pynn, S.P. Denbaars, Sh. Nakamura, C. Weisbuch, J.S. Speck. Opt. Express, 25 (24), 30697 (2017)
  12. C. Van de Walle, D. Segev. J. Appl. Phys., 101, 81704 (2007)
  13. M.S. Wong, C. Lee, D.J. Myers, D. Hwang, J.A. Kearns, T. Li, J.S. Speck, Sh. Nakamura, S.P. DenBaars. Appl. Phys. Express, 12, 097004 (2019)
  14. S. Zhang, Q. Fan, X. Ni, L Tao, X. Gu. Crystals, 13, 1611 (2023). DOI: 10.3390/cryst13121611
  15. Zh. Gong, Sh. Jin, Y. Chen, J. McKendry, D. Massoubre, I.M. Watson, E. Gu, M.D. Dawson. J. Appl. Phys., 107, 013103 (2010)
  16. R. Yapparov, M.S. Wong, T. Tak, S.P. DenBaars, J.S. Speck, S. Marcinkevicius. Appl. Phys. Lett., 126, 201102 (2025)
  17. J.M. Smith, R. Ley, M.S. Wong, Y. Baek, J. Kang, Ch. Kim, M.J. Gordon, Sh. Nakamura, J.S. Speck, S.P. DenBaars. Appl. Phys. Lett., 116, 071102 (2020)
  18. R. Ley, J.M. Smith, M.S. Wong, T. Margalith, Sh. Nakamura, S.P. DenBaars, M.J. Gordon. Appl. Phys. Lett., 116, 251104 (2020)
  19. S.M. Sze, K.K. Ng. Physics of Semiconductor Devices, 3rd edn (Hoboken, John Wiley and Sons, 2006)
  20. D. Hwang, A. Mughal, C.D. Pyn, Sh. Nakamura, S.P. DenBaars. Appl. Phys. Express, 10, 032101 (2017)
  21. N. Mott. Solid State Electron., 21, 1275 (1978)
  22. S.Y. Karpov. Optical Quant. Electron., 47 (6), 1293 (2015)
  23. A. Keppens, W.R. Ryckaert, G. Deconinck, P. Hanselaer. J. Appl. Phys., 104, 093104 (2008)
  24. K. Bulashevich, S.Y. Karpov. Phys. Status Solidi C, 5 (6), 2066 (2008)
  25. I. Rozhansky, D. Zakheim. Semiconductors, 40 (7), 839 (2006)
  26. M. Wong, D. Hwang, A. Alhassan, C. Lee, R. Ley, Sh. Nakamura, S.P. Denbaars. Opt. Express, 26 (16), 21324 (2018). DOI: 10.1364/OE.26.0213244
  27. J. Kou, C. Shen. H. Shao, J. Che, X. Hou, C. Chu. K. Tian, Y. Zhang, Z. Zhang, H. Kuo. Opt. Express, 27 (12), 6443 (2019). DOI: 10.1364/OE.27.00A643
  28. H.W. Choi, C.W. Jeon, M.D. Dawson, P.R. Edwards, R.W. Martin, S. Tripathy. J. Appl. Phys., 93, 5978 (2003). DOI: 10.1063/1.1567803
  29. Y. Shin, J. Park, B. Bak, S. Min, D. Shin, J.B. Park, T. Jeong, J. Kim. Opt. Express, 30 (12), 21065 (2022). DOI: 10.1364/OE.459877
  30. S. Konoplev, K. Bulashevich, S. Karpov. Phys. Status Solidi A, 215 (10), 1700508 (2017). DOI: 10.1002/pssa.201700508
  31. Datasheet Luxeon 2835. https://lumileds.com/products/color-leds/
  32. S.J. Fonash. J. Appl. Phys., 44 (10), 4607 (1973)
  33. T. Kim, A. Bashar, M. Islam, J. Kim, H. Lee, M. Kim, J. Bae, J. Song, D. Shin, J. Shim, S. Oh, J. Kwak. Adv. Photonics Nexus, 5 (1), 016014 (2026). DOI: 10.1117/1.APN.5.1.016014
  34. S. Gandrothula, T. Kamikawa, P. Shapturenka, R. Anderson, 1.M. Wong, H. Zhang, J.S. Speck, Sh. Nakamura S.P. Denbaars, Appl. Phys. Lett., 119, 142103 (2021)
  35. R.S. Bonilla, B. Hoex, P. Hamer, P.R. Wilshaw. Phys. Status Solidi A, 214 (7), 1700293 (2017). DOI: 10.1002/pssa.201700293
  36. W. Fussel, M. Schmidt, H. Angermann, G. Mende. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A: Accel. Spectrom. Detect. Assoc. Equip., 327 (2), 177 (1996).