[PDF]    http://dx.doi.org/10.3952/lithjphys.49408

Open access article / Atviros prieigos straipsnis

Lith. J. Phys. 49, 453–460 (2009)


ANALYSIS OF ELECTRICAL AND OPTICAL FLUCTUATIONS OF LIGHT-EMITTING DIODES BY CORRELATION METHOD
V. Palenskis, J. Matukas, and B. Šaulys
Radiophysics Department, Vilnius University, Saulėtekio 9, LT-10222 Vilnius, Lithuania
E-mail: vilius.palenskis@ff.vu.lt, jonas.matukas@ff.vu.lt

Received 16 September 2009; revised 13 November 2009; accepted 18 December 2009

A detailed analysis of electrical and optical fluctuations of high power (3 W) light-emitting diodes (LEDs) is presented. A special attention was paid to the measurement and interpretation of simultaneous correlation coefficient between electrical and optical fluctuations. The simultaneous correlation coefficient was measured not only over frequency range from 10 Hz to 20 kHz, but for the first time in every one-octave frequency band. The presented technique not only permitted to determine the correlation coefficient dependence on frequency, but also to estimate what part to correlation coefficient is produced by low-frequency fluctuations with 1/ff, 1/fα1/f^{\alpha} and Lorentzian type spectra, respectively. From the obtained experimental and calculation results it is determined that the simultaneous correlated part of electrical and optical fluctuations for these LEDs is related with the defect presence in the active layer or at its interfaces, while the uncorrelated part of electrical noise is caused by parallel leakage channel in other places, and the resistance of this channel is many times higher than that of n junction.
Keywords: white light-emitting diodes (LEDs), electrical fluctuations, optical fluctuations, correlation coefficient, correlation in one-octave frequency band
PACS: 72.70.+m, 85.60.Jb


KORELIACINĖ ŠVIESOS DIODŲ ELEKTRINIŲ IR OPTINIŲ FLIUKTUACIJŲ ANALIZĖ
V. Palenskis, J. Matukas, and B. Šaulys
Vilniaus universitetas, Vilnius, Lietuva

Pateikta detali didelės galios (3 W) baltą šviesą spinduliuojančių diodų elektrinių (diodo įtampos) ir optinių (šviesos spinduliuotės galios) fliuktuacijų koreliacijos analizė. Tiriamų diodų pagrindą sudaro mėlynos šviesos InGaN diodai, kurių paviršius padengtas YAG:Ce+3 fosforo sluoksniu, spinduliuojančiu plačiajuostæ geltoną šviesą. Tyrimai atlikti kambario temperatūroje labai plačiame tiesioginės srovės intervale. Elektrinių ir optinių triukšmų spektrai ir koreliacijos koeficientas išmatuoti dažnių srityje nuo 10 Hz iki 20 kHz; be to, koreliacijos koeficientas pirmą kartą išmatuotas ir kiekvienoje nurodytos dažnių srities oktavos juostoje. Eksperimentiniai triukšmų spektrai skaičiavimo patogumui išreikšti 1/f1/f1/fα1/f^{\alpha} ir relaksacinio triukšmų spektrų suma. Toks triukšmo spektro išskaidymas į atskirus sandus patogus dar ir tuo, kad triukšmų šaltiniai, lemiantys šiuos triukšmų sandus, yra statistiškai nepriklausomi, o tai labai palengvina elektrinių ir optinių fliuktuacijų koreliacijos analizæ. Nustatyta koreliacijos koeficiento priklausomybė nuo oktavos juostos centrinio dažnio, atsižvelgiant tik į žemadažnius triukšmus: 1/fα1/f^{\alpha} (α\alpha \approx1,55) triukšmo įnašas didžiausias yra tik žemuose dažniuose (<1 kHz), generacinio-rekombinacinio (relaksacinio) triukšmo didžiausias įnašas yra esant dažniui f0=1/(2πτ)f_0 = 1/(2 \pi \tau) (čia τ – relaksacijos trukmė), o triukšmo, turinčio 1/f1/f pavidalo spektrą, įnašas į koreliacijos koeficientą yra didelis visame tirtame dažnių intervale. Įvertinta, kokia 1/f1/f ir 1/fα1/f^{\alpha} elektrinio triukšmo (dispersijos) dalis lemia optinį triukšmą su tokiu pat spektru. Parodyta, kad koreliuotąją elektrinio triukšmo dalį lemia defektai, esantys aktyviojoje šviesos diodo srityje, o nekoreliuotąją – srovės nuotėkio kanalas, kurio varža yra žymiai didesnė nei diodo sandūros varža.


References / Nuorodos


[1] K.-M. Chang, J.-Y. Chu, and C.-C. Cheng, Highly reliable GaN-based light emitting diodes formed by p–In0.1Ga0.9N–ITO structure, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 1807–1809 (2004),
http://dx.doi.org/10.1109/LPT.2004.830523
[2] S.J. Chang, L.W. Wu, Y.K. Su, Y.P. Hsu, W.C. Lai, J.M. Tsai, J.K. Sheu, and C.T. Lee, Nitride-based LEDs with 800 °C grown p-AlInGaN–GaN double-cap layers, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 1447–1449 (2004),
http://dx.doi.org/10.1109/LPT.2004.826737
[3] J. Han and A.V. Nurmikko, Advances in AlGaInN blue and ultravioletlight emitters, IEEE J. Select. Topics Quantum Electron. 8, 289–297 (2002),
http://dx.doi.org/10.1109/2944.999183
[4] T. Mukai, Recent progress in group-III nitride light-emitting diodes, IEEE J. Select. Topics Quantum Electron. 8, 264–270 (2002),
http://dx.doi.org/10.1109/2944.999179
[5] S.J. Chang, C.H. Kuo, Y.K. Su, L.W. Wu, J.K. Sheu, T.C. Wen, W.C. Lai, J.F. Chen, and J.M. Tsai, 400-nm InGaN–GaN and InGaN–AlGaN multiquantum well light-emitting diodes, IEEE J. Select. Topics Quantum Electron. 8, 744–748 (2002),
http://dx.doi.org/10.1109/JSTQE.2002.801677
[6] Y. Arakawa, Progress in GaN-based quantum dots for optoelectronics applications, IEEE J. Select. Topics Quantum Electron. 8, 823–832 (2002),
http://dx.doi.org/10.1109/JSTQE.2002.801675
[7] M. Koike, N. Shibata, H. Kato, and Y. Takahashi, Development of high efficiency GaN-based multiquantum-well light-emitting diodes and their applications, IEEE J. Select. Topics Quantum Electron. 8, 271–277 (2002),
http://dx.doi.org/10.1109/2944.999180
[8] V. Palenskis, Flicker noise problem, Lithuanian J. Phys. 30, 107–152 (1990)
[9] S. Pralgauskaitė, V. Palenskis, and J. Matukas, Fluctuations of optical and electrical parameters of distributed feedback lasers and their reliability, Fluct. Noise Lett. 4, L365–L374 (2004),
http://dx.doi.org/10.1142/S0219477504001999
[10] S.L. Rumyantsev, S. Sawyer, M.S. Shur, N. Pala, Y. Bilenko, J.P. Zhang, X. Hu, A. Lunev, J. Deng, and R. Gaska, Low-frequency noise of GaN-based ultraviolet light-emitting diodes, J. Appl. Phys. 97, 107–123 (2005),
http://dx.doi.org/10.1063/1.1928310
[11] S. Pralgauskaitė, V. Palenskis, J. Matukas, J. Petrulis, and G. Kurilčik, Noise characteristics and reliability of light emitting diodes based on nitrides, Fluct. Noise Lett. 7, L367–L378 (2007),
http://dx.doi.org/10.1142/S0219477507004008
[12] J. Matukas, V. Palenskis, J. Vyšniauskas, B. Šaulys, S. Pralgauskaitė, and A. Pincevičius, Noise characteristics and reliability of high power white light emitting diodes based on nitrides, Proc. SPIE 7142, 71420H1–71420H6 (2008),
http://dx.doi.org/10.1117/12.816513