WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

ход ЭЛ при учете поверхностной рекомбинации можно Таким образом, величина коэффициента излучательной записать в виде [12] рекомбинации в кремнии при фиксированной темпераB туре не является константой, а зависит от концентрации =, (12) qV 1 S S носителей заряда. Указанная зависимость оказывается + n-1 exp - + + B + i v d 2kT dpp особенно существенной при низких температурах, по- xr qV + Bx +(Cn + Cp)ni exp этому определять квантовую эффективность ФЛ или 2kT xn электролюминесценции в кремнии необходимо самосогласованным образом с учетом указанного фактора.

где v — время жизни Шокли–Рида–Холла в базе p-i-n-структуры, S — суммарная величина скорости поверхностной рекомбинации на поверхностях эмиттера и коллектора.

3. Квантовый выход электролюминесценции 4. Численные расчеты и анализ в кремниевых диодах полученных результатов и p-i-n-структурах На рис. 3 и 4 представлены теоретические завиИспользуем выражение (8) для уточненного расчесимости величины от уровня легирования базовой та внутреннего квантового выхода электролюминесценn-области диода и от напряжения V, приложенного ции (ЭЛ) в кремниевых диодах и в p-i-n-структурах.

к p-i-n-структуре. При расчетах использовались Поскольку имеющихся в литературе данных по темследующие функциональные соотношения и значения пературным зависимостям рекомбинационых параметкоэффициентов:

ров, характеризующих многофононную рекомбинацию 2.5 · 10-и межзонную рекомбинацию Оже, недостаточно, расчет Cn(nn + n) = 2.8 · 10-31 + см6/с, (nn + n)1/величины произведем для температуры, равной 300 K.

Выражение для внутреннего квантового выхода ЭЛ C = 10-31 см6/с.

p в диодах с „толстой“ базой (когда толщина базы превышает длину диффузии неосновных носителей заряда) Коэффициенты квадратичной безызлучательной эксипри малых по сравнению с уровнями легирования n- тонной рекомбинации с участием глубокого уровня для и p-областей уровнях инъекции можно представить в кремния n- и p-типа при T = 300 K могут быть в Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Параметр излучательной рекомбинации и внутренний квантовый выход электролюминесценции... Как видно из рисунков, уточненные значения максимально возможного внутреннего квантового выхода ЭЛ в диодах с „толстой“ базой составляют 14%, а в p-i-nструктурах — около 12% в условиях, когда поверхностная рекомбинация отсутствует. Несколько меньшее значение предельно достижимого квантового выхода ЭЛ в случае p-i-n-структур обусловлено более сильным проявлением в них межзонной оже-рекомбинации. Обращает на себя внимание резкое падение внутреннего квантового выхода ЭЛ по мере уменьшения объемного времени жизни в p-i-n-структурах. Так, предельно достижимая величина при v = 10-3 с составляет около 2%, а при v = 10-4 с —не более 0.3%.

Следует отметить, что приведенные выше значения предельно достижимого внутреннего квантового выхода ЭЛ оказались приблизительно в 1.5 раза больРис. 3. Расчетные зависимости внутреннего квантового вы- ше, чем полученные в работе [12]. Это обусловлено хода ЭЛ кремниевого диода от уровня легирования базовой использованием взятого из [13] значения B, равного области n. Значения параметров: T = 300 K, pp = 2 · 1016 см-3, 2.5 · 10-15 см3/с при комнатной температуре в условиях n = 9 · 10-3 с; p = 4 · 10-2 (1), 10-2 (2), 10-3 (3), 10-4 (4) и большого уровня инъекции. Как показал уточненный 10-5 с (5).

расчет величины B по формуле (8), указанное значение B реализуется при n 2 · 1017 см-3, в то время как в случае оптимальных уровней легирования или инъекции (при которых величина проходит через максимум) значение B оказывается примерно в 2 раза больше.

Уточненные значения коэффициентов безызлучательной экситонной рекомбинации также оказались несколько большими, чем использованные в [12], вместе это и привело к реализации величин предельно достижимого внутреннего квантового выхода ЭЛ, указанных выше.

На рис. 5 представлены теоретические зависимости от эффективной скорости поверхностной рекомбинации S. Из рисунка видно, что внутренняя квантовая эффективность ЭЛ сильно зависит от величины S, которая Рис. 4. Расчетные зависимости внутреннего квантового выхода ЭЛ кремниевой p-i-n-структуры от приложенного напряжения. Значения параметров: T = 300 K, pp = 1012 см-3, d = 10-2 см; v = 4 · 10-2 (1), 10-2 (2), 10-3 (3), 10-4 (4) и 10-5 с (5).

соответствии с результатами работы [13] приближенно -записаны как 2.7 · 10-16p и 1.3 · 10-16n-1. Строго говоря, они должны быть домножены на отношения B (nn)/B (nx) и B (pp)/B (px), где nx и px — харакxn xn xp xp теристические значения неравновесных концентраций электронов и дырок, при которых были определены Рис. 5. Расчетные зависимости внутреннего квантового выприведенные выше значения коэффициентов безызлухода ЭЛ кремниевой p-i-n-структуры от скорости поверхчательной экситонной рекомбинации. При построении ностной рекомбинации S. Параметры кривых: pp = 1014 см-3, рис. 3 и 4 считалось, что nx = px = 1017 см-3, Dn = 25 и d = 10-2 см; v = 4 · 10-2 (1), 10-2 (2), 10-3 (3), 10-4 (4) и Dp = 10 см2/с. 10-5 с (5).

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 918 А.В. Саченко, А.П. Горбань, В.П. Костылев, И.О. Соколовский в свою очередь линейно увеличивается с увеличением [5] G.G. MacFarlane, T.P. MacLean, J.E. Quarrington, V. Roberts.

Phys. Rev., 111, 1245 (1958).

уровня инъекции в области больших n. Так, в p-i-nструктуре с равновесной концентрацией дырок 1014 см-3 [6] A.V. Sachenko, Yu.V. Kryuchenko. Semicond. Phys., Quant.

Electron. Optoelectron. 3, 150 (2000).

величина при S = 1 см/с не превышает одного про[7] M. Ruff, M. Fick, R. Lindner, R. Helbig. J. Appl. Phys., 74, цента. Эффективное время жизни при уровне инъекции 267 (1993).

n 1016 см-3 в этом случае составляет 10-4 c.

[8] R.J. Elliot. Phys. Rev., 108, 1384 (1957).

Таким образом, с учетом поверхностной рекомби[9] H. Slangenotto, H. Maeder, W. Gerlach. Phys. Status Solidi A, нации в p-i-n-структурах не может быть реализо21, 357 (1974).

ван такой большой квантовый выход, как в диодах [10] M.A. Green. J. Appl. Phys., 67, 2944 (1990).

с „толстой“ базой. Однако быстродействие в p-i-n[11] Y.P. Varshni. Phys. Status Solidi, 19, 459 (1967).

структурах будет выше, что определяется меньшим [12] А.В. Саченко, А.П. Горбань, В.П. Костылев. ФТП, 38, значением эффективного времени жизни. (2004).

[13] A.V. Sachenko, A.P. Gorban, V.P. Kostylyov. Semicond. Phys., Quant. Electron. Optoelectron. 3, 5 (2000).

5. Заключение Редактор Л.В. Беляков Уточнены результаты определения коэффициента излучательной рекомбинации B в кремнии при различных Radiative recombination coefficient температурах в условиях малых уровней легирования и and internal quantum yield инъекции, полученные в работе [4]. Предложены теореof electroluminescence in silicon тические соотношения для величины B, справедливые A.V. Sachenko, A.P. Gorban, V.P. Kostylyov, в достаточно широкой области уровней легирования I.O. Sokolovsky и уровней возбуждения. В этих соотношениях учтены эффект сужения ширины запрещенной зоны, а также V. Lashkarev Institute of Semiconductor Physics, эффект экранирования кулоновского взаимодействия, National Academy of Sciences of Ukraine, приводящий к уменьшению энергии связи экситона в 03028 Kiev, Ukraine кремнии. Разделены вклады экситонной и зона-зонной излучательной рекомбинации в коэффициент излуча

Abstract

The results of the analysis of radiative recombination тельной рекомбинации. Показано, что при комнатных coefficient change with doping level and excess concentration of температурах эти вклады сопоставимы, в то время electron-hole pairs in silicon are reported. Is shown that in addition как при низких температурах вклад экситонной излуto the band-gap narrowing calculated in multielectron approxiчательной рекомбинации оказывается преобладающим.

mation, it is necessary to take into account an effect of exciton Увеличение уровня легирования и уровня возбуждения bond energy decrease due to Coulomb interaction screening. Both приводят к уменьшению коэффициента излучательной effects act in the same direction, resulting in reducing the radiative рекомбинации, особенно сильному в области низких recombination coefficient with increasing the doping concentration температур.

and injection levels. Contributions of exciton-related and bandРассчитаны уточненные значения предельно достижиto-band radiative recombination components to a total radiative мой внутренней квантовой эффективности электролюrecombination coefficient are separated. It has been shown that at минесценции в диодах с „толстой“ базой, а также в the room temperature both components are commensurable, while p-i-n-структурах на основе кремния, в которых учтена at the liquid nitrogen temperature an exciton-related components зависимость коэффициента излучательной рекомбинаbecomes dominant. A more accurate calculation of the high-limit ции от уровня легирования и от уровня возбуждеvalue of electroluminescence internal quantum yields in silicon ния. Показано, что предельные величины эффективноdiodes and p-i-n-structures is performed. Is shown that at room сти электролюминесценции в кремнии при комнатных temperature the internal quantum yield amounts to 14 percents температурах могут достигать 14%. В случае p-i-nwhen surface and bulk recombination losses are minimized.

структур они сильно уменьшаются с уменьшением объемного времени жизни и с увеличением эффективной скорости поверхностной рекомбинации.

Список литературы [1] T. Trupke, J. Zhao, A. Wang, R. Corkish, M.A. Green. Appl.

Phys. Lett., 82, 2996 (2003).

[2] W. van Roosbroeck, W. Shockley. Phys. Rev., 94, 1558 (1954).

[3] P.P. Altermatt, A. Schenk, F. Geelhaar, G. Heiser. J. Appl.

Phys., 93, 1598 (2003).

[4] T. Trupke, M.A. Green, P. urfel, P.P. Altermatt, A. Wang, J. Zhao, R. Corkish. J. Appl. Phys., 94, 4930 (2003).

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.