Probe Method for Studying Noise in Diode Structures and Its Implementation in GaP:N Light-Emitting Diodes

Abstract

A new technique is proposed, which considerably expands the capabilities for studing noise in diode structures. The additional contacts to the base regions of the diode (the probes) allow to realize the main advantages of the probe technique, namely, to identify noise generation regions and to determine the real values of the noise current levels arising in the p-n junction and in all the base regions, directly. Implementation of the probe technique to the analysis of the noise of G a p : N light-emitting diodes made it possible to determine features of formation and behavior of noise sources developing in the p-n junction and in the p-region with an ohmic contact to it. In particular, the 1l.f noise in the p-n junction is shown to be related to the recombination current flow. Its basic features find a consistent explanation within the scope of a considerably supplemented model of modulation noise, which takes into account the following specifics of its generation: (a) the efficiency of generation of the noise, caused by the carrier trapping to a center, depends substantially on the free carrier concentration near the center; (b) the noise results from the carrier trapping to centers of various types, whose parameters differ substantially; and (c) an accidental character of the carrier trapping to centers causes fluctuations not only of the SCR width, but also of the p-n junction barrier height.Eine neue Technik wird vorgeschlagen, die die Moglichkeiten fur Rauschuntersuchungen in Diodenstrukturen betrachtlich erweitert. Die zusatzlichen Kontakte zu den Basisbereichen der Diode (die Sonden) erlauben, die Hauptvorteile der Sondentechnik direkt zu realisieren, namlich die Rauschgenerationsbereiche zu identifizieren und die realen Werte der Rauschstromniveaus zu bestimmen, die in dem pn-ubergang und in allen Basisbereichen auftreten. Die Anwendung der Sondentechnik auf die Rauschanalyse von GaP : N-lichtemittierenden Dioden macht es moglich, die Charakteristiken der Bildung und des Verhaltens von Rauschquellen zu bestimmen, die sich im pn-Ubergang und im p-Bereich mit ohmschern Kontakt entwickeln. Insbesondere wird gezeigt, daD das l/f-Rauschen im pn-ubergang mit dem Rekombinationsstrom verbunden ist. Seine Hauptcharakteristiken finden eine konsistente Erklarung innerhalb des Bereichs eines betrachtlich erweiterten Modells des Modulationsrauschens, das folgende Spezifika seiner Erzeugung beriicksichtigt: (a) die Effizienz der Rauschgeneration, die durch Trageranhaften an ein Zentrum hervorgerufen wird, hangt wesentlich von der Konzentration freier Trager in der Nahe des Zentrums ab; (b) das Rauschen riihrt von Trageranhaften an Zentren verschiedener Arten ab, deren Parameter sich wesentlich unterscheiden; und (c) ein zufalliger Charakter des Trageranhaftens an Zentren verursacht Fluktuationeo nicht nur der SCR-Breite, sondern auch der pn-Barrierenhohe.