Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Influence of electron irradiation on the electroluminescence spectra of white InGaN light emitting diodes 

Hedzir A. S.,  Sallehuddin N. N., Saidin N.  and  Hasbullah N. F.

Electrical and Computer Engineering, International Islamic University, Kuala Lumpur, Malaysia

Download this article

Abstract. We analyze the influence of electron irradiation on the electroluminescence spectra of white light emitting diodes (LEDs) based on indium gallium nitride. Three different irradiation fluences, 9.90×1015, 1.32×1016 and 1.98×1016 cm-2, are studied. For all 27 samples of LEDs of the commercially available models VAOL-5GWY4, VAOL-10GWY4 and OVL-3321, we observe a significant decrease in the emission light intensity after the irradiation. Degradation of the overall light intensity is believed to be due to irradiation-induced defects which act as nonradiative recombination centres. We also study the emission intensities and the central wavelengths of the LED samples subjected to electron irradiation under conditions of different injection currents. After irradiation with the fluence 1.98×1016 cm-2, the blue peak located at 453 nm experiences severe degradation, so that only the yellow luminescence at 590 nm remains. This yellow band is related to radiative transitions from donor bands to the levels associated with gallium vacancies

Keywords: electroluminescence, optical characterization, light emitting diodes, indium gallium nitride, injection current

PACS:  42.72.Bj, 78.60.Fi
UDC: 535.376
Ukr. J. Phys. Opt. 19: 159-164
Received: 19.01.2018
doi: 10.3116/16091833/19/3/159/2018

Анотація. Проаналізовано вплив електронного опромінення на спектри електролюмінесценції білих світлодіодів на основі нітриду галію індію. Досліджено три різні дози опромінення – 9,90×1015, 1,32×1016 і 1,98×1016см-2. Для всіх 27 зразків світлодіодів комерційних моделей VAOL-5GWY4, VAOL-10GWY4 і OVL-3321 спостерігаємо суттєве зниження інтенсивності світлового випромінювання після опромінення. Можна вважати, що деградація загальної інтенсивності світла обумовлена викликаними опроміненням дефектами, які діють як центри безвипромінювальної рекомбінації. Вивчено також інтенсивності піків та центральні довжини хвиль випромінювання світлодіодів, підданих електронному опроміненню за умов різного інжекційних струмів. Після опромінення з потужністю 1,98×1016см-2 синя смуга, розташована при 453 нм, зазнає серйозної деградації, так що залишається лише жовта люмінесценція на 590 нм. Ця жовта смуга пов’язана з випромінювальними переходами від донорних смуг на рівні, пов’язані з вакансіями галію.
REFERENCES
  1. Narendran N, Gu Y, Freyssinier J P, Yu H, Deng L, 2004. Solid-state lighting: failure analysis of white LEDs. J. Cryst. Growth. 268: 449–456. doi:10.1016/j.jcrysgro.2004.04.071
  2. Sheu J K, Chang S J, Kuo C H, Su YK, Wu LW, Lin YC, Lai WC, Tsai JM, Chi GC, Wu RK, 2003. White-light emission from near UV InGaN-GaN LED chip precoated with blue/green/red phosphors. IEEE Photon. Technol. Lett. 15: 18–20. doi:10.1109/LPT.2002.805852
  3. Jen-Cheng Wang, Chia-Hui Fang, Ya-Fen Wu, Wei-Jen Chen, Da-Chuan Kuo, Ping-Lin Fan, Joe-Air Jiang, Tzer-En Nee, 2012. The effect of junction temperature on the optoelectrical properties of InGaN/GaN multiple quantum well light-emitting diodes. J. Lumin. 132: 429–433. doi:10.1016/j.jlumin.2011.09.001
  4. Prathika Appaiah, Nadarajah Narendran, Indika U Perera, Yiting Zhu, Yi-wei Liu, 2015. Effect of thermal stress and short-wavelength visible radiation on phosphor-embedded LED encapsulant degradation. Opt. Mater. 46: 6–11. doi:10.1016/j.optmat.2015.03.030
  5. Saarinen K, Suski T, Grzegory I and Look D C, 2001. Ga vacancies in electron irradiated GaN: Introduction, stability and temperature dependence of positron trapping. Physica B Cond.Matt. 308: 77–80. doi:10.1016/S0921-4526(01)00659-7
  6. Polyakov A Y, Smirnov N B, Govorkov A V, In-Hwan Lee, Jong Hyeob Baek, Kolind N G, Boiko V M, Merkurisov D I and S. J. Pearton, 2008. Electron irradiation effects in GaN/InGaN multiple quantum well structures. J. Electrochem. Soc. 155: H31. doi:10.1149/1.2803517
  7. Pearton S J, Ren F, Patrick E, Law M E, and Polyakov Alexander Y, 2016. Review – Ionizing radiation damage effects on GaN devices. ECS J. Solid State Sci. Technol. 5: Q35–Q60. https://doi.org/10.1149/2.0251602jss
  8. Li C and Subramanian S, 2003. Neutron irradiation effects in GaN-based blue LEDs. IEEE Trans. Nucl. Sci. 50: 1998–2002. doi:10.1109/TNS.2003.821610
  9. Kuriyama K, Kondo H and Okada M, 2001. A point defect complex related to the yellow luminescence in electron irradiated GaN. Solid State Commun. 119: 559–562. doi:10.1016/S0038-1098(01)00304-0
  10. Julkarnain M, Kamata N, Fukuda T and Arakawa Y, 2016. Yellow luminescence band in undoped GaN revealed by two-wavelength excited photoluminescence. Opt. Mater. 60: 481–486. doi:10.1016/j.optmat.2016.09.003
  11. Hayashi Y, Soga T, Umeno M and Jimbo T, 2001. Origin of yellow luminescence in n-GaN induced by high-energy 7 MeV electron irradiation. Physica B. 304: 12–17. doi:10.1016/S0921-4526(01)00499-9
  12. Su Y, Chi G and Sheu J, 2000. Optical properties in InGaN/GaN multiple quantum wells and blue LEDs. Opt. Mater. 14: 205–209. doi:10.1016/S0925-3467(99)00138-X
  13. Kawakami Y, Omae K, Kaneta A, Okamoto K, Izumi T, Sajou S, Inoue K, Narukawa Y, Mukai T, Fujita Sg., 2001. Radiative and nonradiative recombination processes in GaN-based semiconductors. Phys. Stat. Solidi (a). 183: 41–50. doi:10.1002/1521-396X(200101)183:1<41::AID-PSSA41>3.0.CO;2-V
  14. Demchenko D O, Diallo I C and Reshchikov M A, 2013. Yellow luminescence of gallium nitride generated by carbon defect complexes. Phys. Rev. Lett. 110: 1–5. doi:10.1103/PhysRevLett.110.087404
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics