WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

чины от концентрации дислокаций, иллюстрирующие Тогда для расчета можно воспользоваться модифисказанное выше. Расчет проведен при T = 300 K. При цированным выражением (8), в котором вместо длины расчетах использовалось значение 2.5 · 10-15 см3 · c-1 диффузии Lp будет фигурировать эффективная величина для суммарной величины коэффициентов краевой зона-1 1/зонной и экситонной излучательной рекомбинации 1 L = Dp + Ai + nn + Cnn2. (9) p n Ai + 1/nxr ; величина 1/nxn, характеризующая безызsp nx лучательную экситонную оже-рекомбинацию в крем-нии n-типа, полагалась равной (2.7 · 10-16 см3)sp, а Как видно из рис. 4, b, на котором представлены -в материале p-типа — (1.3 · 10-17 cм3)sn. Для ко- расчетные зависимости от концентрации дислокаций эффициентов межзонной оже-рекомбинации дырок и для данного случая, они при не очень больших велиэлектронов в кремнии соответственно использовались чинах sp аналогичны зависимостям, приведенным на значение C = 10-31 cм6 · c-1 и эмпирическая зависи- рис. 4, a. Однако, как видно из рис. 4, b, при sp 10-3 с p мость Cn =(2.8 · 10-31 + 2.5 · 10-22/n1/2) cм6 · c-1, в ко- квантовый выход ЭЛ по мере увеличения концентрации n торой численное значение nn выражено в единицах дислокаций уменьшается.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1136 А.В. Саченко, Ю.В. Крюченко В заключение этого параграфа отметим, что в дей- кремниевых диодов для случая пластически деформироствительности оба механизма ЭЛ могут быть реали- ванного материала, приведенные для случая T = 300 K зованы на одних и тех же диодных структурах. При в работе [15]. В области напряжений 0.1–0.7 B привепромежуточных величинах концентрации дислокаций, денные в [15] ВАХ имеют экспоненциальный характер как видно из рис. 2, в области высоких температур доми- с фактором неидеальности 3, что и указывает на туннирует диффузионный механизм токопрохождения и ЭЛ нельный механизм прохождения тока. Полного спрямленосит краевой характер, а в области низких температур ния барьера в p-n-переходе в структурах третьего типа доминирует туннельная составляющая тока и энергия не происходит. То же самое, однако, можно сказать и испускаемых фотонов может быть близкой к величине относительно структур второго типа из-за их большого qVx(T, Ik), где Vx(T, Ik) — величина напряжения, кото- последовательного сопротивления. Как показывают теорое необходимо приложить при данной температуре T ретические оценки, приведенные в работе [3] прямые ВАХ можно смоделировать только при условии, что для получения тока Ik. Необходимо также отметить, что наши результаты справедливы в том случае, когда дис- величина Rs 50 Ом; величина V - IRs при этом будет составлять приблизительно 0.6 В даже при V 2B, т. е.

локации расположены друг от друга на расстояниях, не полного спрямления барьера действительно не происпревышающих длины диффузии неосновных носителей ходит. Поскольку плотность дислокаций в структурах заряда в p- и n-областях; так, например, при плотности второго типа значительно меньше, чем в структурах дислокаций 106 см-2 соответствующая длина диффузии третьего типа, в области комнатных температур в этих должна быть не менее 10 мкм.

структурах должна доминировать диффузионная компонента тока, а ЭЛ должна носить краевой характер.

3. Обсуждение экспериментальных Именно это и имеет место в действительности. По мере и теоретических результатов понижения температуры роль туннельной компоненты должна возрастать и соответственно должна появлятьВ работе [13] было отмечено, что начиная с конценся более длинноволновая полоса. Особенно ярко роль трации дислокаций Nd 106 см-2 дислокационная ФЛ туннельной компоненты ЭЛ при низких температурах и ЭЛ зависят от Nd сублинейно. Это можно легко проявляется в случае диодов, полученных имплантацией объяснить в модели дислокационного шунта. В самом бора [4]. В этой работе проводилось изучение ЭЛ деле, согласно [14], туннелирование по дислокациям в широкой области доз имплантации и температур.

происходит через цепочку барьеров, образованных деВ результате было показано, что наряду с краевой ЭЛ корирующими примесями. При заданной концентрации при низких температурах наблюдается длинноволновая примесей с увеличением плотности дислокаций барьеполоса ЭЛ с энергетическим положением максимума ры для туннелирующих электронов (и дырок) будут 0.96 эВ при T = 12 K. Температурная зависимость возрастать, что должно приводить к увеличению t.

энергетического положения максимума этой полосы На вставке к рис. 3 приведены расчетные зависимости соответствует результатам, приведенным на рис. 3. При туннельного дислокационного тока для модели, когда комнатной температуре указанная полоса практически величина t зависит от концентрации дислокаций по отсутствует, что, по нашему мнению, связано с меньшей 0.закону t = t0 + Nd. Как видно из рисунка, при концентрацией дислокаций в исследованных диодах по использованных параметрах в области Nd 108 см-2 сравнению со случаем пластически деформированного величина туннельного тока практически насыщается, что кремния. Интегральная интенсивность ЭЛ указанной соответствует экспериментальным зависимостям.

полосы убывает с увеличением температуры. С одПроанализируем различия в условиях наблюдения ЭЛ ной стороны, такое поведение объясняется уменьшев структурах второго и третьего типов. В структурах нием туннельной составляющей тока по сравнению с второго типа экспериментальные исследования ЭЛ про- диффузионной по мере возрастания температуры, а с водились при фиксированных значениях тока в пределах другой стороны — вероятно, связано с активационным от 50 до 250 мА. Диаметр электрода в диодах при характером безызлучательной рекомбинации электронов этом был порядка 1 мм. В структурах третьего типа ЭЛ и дырок, движущихся по дислокациям.

изучалась при темновом токе, равном 10 мА; площадь В области ниже комнатных температур наблюдаемая электрода была приблизительно в 10 раз больше, чем в во всех трех типах структур электролюминесценция, послучае структур первого типа. Таким образом, плотность видимому, имеет экситонный характер, а при комнатных тока, при которой измерялась ЭЛ в структурах второго температурах обусловлена излучательной рекомбинацитипа, была больше аналогичной величины в структурах ей скоррелированных электронно-дырочных пар.

третьего типа по крайней мере на 1.5–2 порядка. Кроме Относительно механизма излучательной рекомбинатого, в структурах третьего типа плотность дислокаций ции с участием дислокаций можно высказать следующие была больше 108 см-2 [7], что, по нашим оценкам, соображения. Для электронно-дырочных пар, находяприводило к доминированию туннельной составляющей щихся в области дислокации, фактор пространственного в полном токе даже при комнатных температурах. ограничения их движения в поперечном направлении Подтверждением этого являются прямые ветви ВАХ (по отношению к оси дислокации) приводит к усилению Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. О механизме электролюминесценции в кремниевых диодах с большой концентрацией дислокаций кулоновской компоненты электронно-дырочного взаимо- [6] V. Kveder, E.A. Steinman, S.A. Shevchenko, H.G. Grimmeis.

Phys. Rev. B, 51, 10 520 (1995).

действия, т. е. к усилению степени корреляции электрон[7] V.V. Kveder, M. Badylevich, E. Steinman, A. Izotov, M. Seibt, ных и дырочных состояний. В результате термодинамиW. Schrter. Appl. Phys. Lett., 84, 2106 (2004).

ческое равновесие между электронно-дырочными пара[8] O.B. Gusev, M.S. Bresler, I.N. Yassievich, B.P. Zakharchenya.

ми и экситонами должно смещаться в сторону увелиIn: Proc. NATO workshop „Toward the First Silicon Laser“ чения концентрации экситонов. Этому же способствует (Trento, 2002): М.С. Бреслер, О.Б. Гусев, Б.П. Захарченя, и возрастание вероятности излучательной рекомбинации И.Н. Яссиевич. Матер. совещ. „Нанофотоника“ (Нижний экситонов как с участием фононов, так и вследствие Новгород, Россия 2003) т. 1, с. 59.

псевдопрямых нуль-фононных переходов, когда закон [9] А.В. Саченко, А.П. Горбань, В.П. Костылев. ФТП, 38, сохранения импульса выполняется за счет самой дисло(2004).

кации. Поэтому роль экситонной компоненты излучения [10] A.V. Sachenko, A.P. Gorban, V.P. Kostylyov, D.V. Korbutyak, Yu.V. Kryuchenko, V.V. Chernenko. Semicond. Phys., Quant.

в структурах с дислокациями, по-видимому, должна возElectron. & Oproelectron., 7, 5 (2004).

растать по сравнению с бездислокационными диодными [11] H. Schlangenotto, H. Maeder, W. Gerlach. Phys. Status структурами.

Solidi A, 21, 357 (1974).

[12] M. Ruff, M. Fick, R. Lindner, U. Rossler, R. Helbig. J. Appl.

Phys., 74, 267 (1993).

4. Заключение [13] Электронные свойства дислокаций, под ред.

Ю.А. Осипьяна (М., Эдиториал УРСС, 2000).

Таким образом, в настоящей работе в рамках гипотезы [14] В.В. Евстропов, М. Джумаева, Ю.В. Жиляев, Н. Назаров, об увеличении вероятности излучательной рекомбинаА.А. Ситникова, Л.М. Федоров. ФТП, 34, 1357 (2000).

ции с участием дислокаций из-за усиления степени [15] В.Г. Еременко, В.И. Никитенко, Е.Б. Якимов. ЖЭТФ, 20, пространственной корреляции электронов и дырок пред1143 (1974).

ложено два механизма формирования дислокационной Редактор Л.В. Беляков ЭЛ в кремниевых диодах, позволяющие объяснить возрастание квантовой эффективности ЭЛ по сравнению со On the mechanism of electroluminescence случаем бездислокационных диодов.

in silicon diodes with large dislocation Первый механизм заключается в излучательной рекомбинации электронно-дырочных пар, туннелирующих density в p-n-переходе навстречу друг другу по дислокациям.

A.V. Sachenko, Yu.V. Kryuchenko Он преобладает даже при комнатных температурах в случае пластически деформированных диодов, а в случае V.E. Lashkarev Institute of Semiconductor Physics, диодов с не очень большой концентрацией дислокаций National Academy of Sciences of Ukraine, проявляется при низких температурах. Типичным для 03028 Kiev, Ukraine данного механизма является некраевой характер ЭЛ и сдвиг максимума полосы излучения в длинноволновую

Abstract

A new concept is proposed to explain the dislocation influence on the silicon diode electroluminescence. It is based on сторону по мере увеличения температуры.

consideration of a spatial correlation between injected electrons Второй механизм состоит в излучательной рекомand holes which recombine inside the dislocation core. Such a бинации с участием дислокаций в квазинейтральных correlation leads to an increase in the probability of electron-hole областях эмиттера и базы. Он доминирует в области pairs radiative recombination. Two cases are analyzed. In the first достаточно высоких температур. ЭЛ при этом имеет case the total current is determined mainly by the electron and hole краевой характер.

tunnelling along dislocations and their subsequent recombination Интенсивность ЭЛ, как следует из проведенного выше under partial barrier straightening. The electroluminescence has анализа, прямо пропорциональна плотности полного a non-edge character and the energy position of the electroluтока, а квантовый выход ЭЛ от нее не зависит. minescence band shifts towards a short-wavelength region with the temperature decrease and the applied voltage increase. In the second case, the diffusion component dominates in the total Список литературы current. The radiative recombination of electron-hole pairs occurs in quasi-neutral regions and the electroluminescence is the edge [1] M.A. Green, J. Zhao, A. Wang, P.J. Reece, M. Gal. Nature, one. It is shown, that the offered mechanism can be responsible 412, 805 (2001). for a substantial enhancement of the electroluminescence intensity [2] T. Trupke, J. Zhao, A. Wang, R. Corkish, M.A. Green. Appl. and the quantum efficiency in silicon diodes characterized by the Phys. Lett., 82, 2996 (2003). Shockly–Reed–Hall life time less then 10-3 s.

[3] W.L. Ng, M.A. Lourenco, R.M. Gwilliam, S. Lewdain, G. Shao, K.P. Homewood. Nature, 410, 192 (2001).

[4] J.M. Sun, T. Dekorsy, W. Skorupa, B. Schmidt, M. Helm. Appl.

Phys. Lett., 83, 3885 (2003).

[5] Н.А. Соболев, А.М. Емельянов, Е.И. Шек, В.И. Вдовин.

ФТТ, 46, 39 (2004).

8 Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, 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.