WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |

но ожидать существенного уменьшения доли безызСостав твердого раствора Ga1-xInxAsySb1-y в узколучательной рекомбинации за счет меньшей скорости зонном активном слое варьировался в интервале значеударной рекомбинации. В результате это может приний 0.05 x 0.24, 0.04 y 0.22, a толщина слоя — водить к общему уменьшению скорости рекомбинации в интервале 0.4–6 мкм. При этом величина рассоглав тонком активном слое (толщиной d 3мкм) и к сования параметров решетки подложки и слоя a/a появлению рекомбинации через потенциальные ямы на не превышала значения (1-3) · 10-3. Активный слой n-n-гетеропереходе.

структуры легировался теллуром, и концентрация носиРяд фактов указывает на то, что в исследуемых диодах телей заряда в слое варьировалась в широком интервале может иметь место рекомбинация через квантовые созначений, от 1 · 1016 до 2 · 1018 см-3. Меза-светодиоды стояния на n-n-гетерогранице. Большая ширина спектра диаметром 300 мкм имели точечный диаметром 40 мкм излучения ( = 70 мэВ), возможно, связана с тем, что омический контакт к p-AlGaAsSb (Au + 5%Ge) и сеточвырождение в квантовой яме для электронов на n-nный омический контакт к n-GaSb (Au + 3%Te).

гетерогранице больше, чем в толще активной области.

Спектры излучения P = dP/d светодиодов при комНезависимость времени жизни неосновных носителей натной температуре (рис. 4, a) содержат одну полосу, заряда от степени легирования активной области также для которой длина волны максимума max практичесвидетельствует в пользу рекомбинации через квантовые состояния на n-n-гетерогранице. Кроме того, практи- ски линейно увеличивается с увеличением параметров чески скачкообразное увеличение внешнего квантового состава твердого раствора в активной области x и y.

выхода излучения с ростом тока и увеличение крутизны Длина волны максимума спектра излучения почти не вольт-амперной (I-U) характеристики при токе 4–8мА зависит от уровня легирования активной области, но Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Светодиоды на основе твердых растворов GaSb для средней инфракрасной области спектра... (рис. 4, b). Измерения проводились в интервале токов I = 30-300 мА, в котором величина ext максимальна и зависимость интенсивности излучения от тока линейная. Наблюдаемое резкое возрастание внешнего квантового выхода при изменении длины волны max от 1.76 до 2.0 мкм, вероятно, связано с увеличением эффективности излучательной рекомбинации с возрастанием энергетического зазора между долинами и L в твердом растворе при увеличении содержания In и, как следствие, с увеличением концентрации носителей в прямой -долине. Дальнейшее уменьшение эффективности излучательной рекомбинации с увеличением длины волны в интервале max = 2.2-2.4 мкм, вероятно, имеет комплексный характер. Одной из причин этого уменьшения может быть увеличение степени разупорядоченности твердого раствора при приближении его к области несмешиваемости. Другой причиной может быть влияние интерфейсной рекомбинации носителей на n-n-гетерогранице. В ряду светодиодов на разные длины волн по мере увеличения max возрастают величины разрывов в зоне проводимости ( Ec) и валентной зоне (Ev), и, как следствие, увеличивается глубина потенциальных ям на n-n-гетерогранице. В этом случае при наличии на n-n-гетерогранице несовершенств возможно уменьшение эффективности излучательной рекомбинации, что подтверждается экспериментальными данными по уменьшению внешнего квантового выхода излучения и увеличению разброса его значений при уменьшении толщины активной области и приближении p-nперехода к n-n-гетерогранице.

Переходные электролюминесцентные характеристики при прямоугольном импульсе тока (I = 200 мА) зависят от состава твердого раствора в активной области. Время жизни неосновных носителей заряда (рис. 4, b), определенное по постоянной времени спада излучения при выключении тока, а также по величине экстрагируемого Рис. 5. Зависимость внешнего квантового выхода излучения заряда при переключении прямого тока на обратный, ext от концентрации электронов n в активном слое (a) и было максимально для светодиода с max = 1.8мкм, толщины слоя d (b). T = 295 K.

при этом составляло 50 нс и плавно уменьшалось на порядок (до 3–5нс) для светодиода с max = 2.4мкм.

В дальнейшем удалось получить светодиоды на оснозависит от ее толщины и уменьшается на 0.05-0.1 мкм ве GaSb и твердых растворов GaInAsSb, AlGaAsSb, при увеличении толщины области от 0.4 до 5 мкм.

излучающие в более длинноволновой области спекВнешний квантовый выход излучения ext зависит тра (max = 2.5мкм) вблизи границы несмешиваемости от концентрации носителей заряда n в активной об- твердого раствора GaInAsSb [7]. Интерес к спонтанным ласти (рис. 5, a). Для всех светодиодов эта зависи- источникам в этом спектральном диапазоне обусловмость имеет колоколообразную форму с максимумом лен созданием оптических волокон (флюоритных), для при n 1 · 1017 см-3. Зависимость внешнего квантового которых уже достигнут сверхнизкий уровень потерь выхода от толщины активного слоя d также имела вид ( 0.025 дБ/км) на длине волны 2.5 мкм.

кривой с максимумом. Максимальная эффективность Светоизлучающая структура (рис. 6) создавалась менаблюдалась при d = 2-3 мкм, и она особенно резко тодом жидкофазной эпитаксии на подложке n-GaSb уменьшалась (почти на порядок) при уменьшении тол- (111)B. Активная область структуры представляла собой щины до 0.7–0.4 мкм (рис. 5, b). Внешний квантовый слой твердого раствора n-Ga0.75In0.25As0.22Sb0.78 вблизи выход ext имел максимальное значение 5% для свето- границы несмешиваемости, к которому с одной стороны диодов с max = 2.0-2.2 мкм и плавно уменьшался до прилегает слой n-GaSb (n 5 · 1017 см-3), а с другой 1% как для более коротковолновых (max = 1.8мкм), так стороны широкозонный слой p-AlGaAsSb (Eg = 1.2эВ, и более длинноволновых светодиодов (max = 2.4мкм) p = 2 · 1018 см-3). Активная область структуры была Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1286 Т.Н. Данилова, Б.Е. Журтанов, А.Н. Именков, Ю.П. Яковлев формы спектра фотоответа близки к параболическим, т. е. фототок I (h - hf )0.5, где hf = 0.51 эВ при f комнатной температуре и 0.58 эВ при 77 K. Такой характер фотоответа соответствует краю поглощения в слабо легированном прямозонном полупроводнике, и hf соответствует ширине запрещенной зоны активной области.

В то же время спектр фотоответа I (рис. 7, b) f структур с тонкой активной областью смещен в длинноволновую сторону за счет появления фоточувствительности при энергиях фотонов h

Рис. 6. Зонная энергетическая диаграмма несимметричной геВнешний квантовый выход излучения на границе тероструктуры. B0 — межзонная рекомбинация; A и B1 —два несмешиваемости твердого раствора (рис. 8, кривая 1) типа интерфейсной рекомбинации: A — между уровнями при комнатной температуре возрастает почти в 5 раз на гетерогранице (A) и между уровнем на гетерогранице с уменьшением толщины активной области от 5 до для электронов и уровнем притянувшихся к электронам ды0.4 мкм. Отметим, что толщина активной области старок (B1). Fe, Fh — квазиуровни Ферми для электронов и дырок.

новится меньше диффузионной длины дырок L = 3мкм.

U — внешнее напряжение.

Однако максимальное значение внешнего квантового выхода (ext = 1%) остается ниже в 2–3 раза, чем в структурах с max = 2.0-2.2мкм [5]. При 77 K внешний легирована теллуром до концентрации (1-8) · 1016 см-3, квантовый выход излучения в 20–30 раз больше по а толщина ее варьировалась в интервале 0.4–5мкм.

сравнению с комнатной температурой.

Из такой структуры были изготовлены меза-светодиоды Наиболее существенные изменения происходят со (диаметром 300 мкм) с сеточным омическим конвременем жизни неосновных носителей заряда (рис. 8, тактом (Au + 5%Te) к n-GaSb и точечным (диаметром 40 мкм) омическим контактом (Au + 5%Ge) к p-AlGaSbAs.

Излучательные свойства светодиодов исследовались в зависимости от толщины активной области.

Спектры излучения светодиодов с толстой активной областью (d = 5мкм) (рис. 7, a, кривые 1, 1 ) имеют только межзонную полосу излучения (переходы Bна рис. 6) с длиной волны максимума max = 2.32 мкм при 295 K и 2.12 мкм при 77 K. Излучение — неполяризованное в любом направлении распространения света.

Светодиоды с тонкой активной областью (d = 0.4мкм) (рис. 7, a, кривые 2, 2 ) имеют спектры электролюминесценции, смещенные в длинноволновую область на 0.15 мкм (при 77 и 300 K) за счет генерации излучения другой физической природы: max = 2.42-2.47 мкм (295 K) и 2.17–2.21 мкм (77 K). Длинноволновая часть полосы при наблюдении в плоскости p-n-перехода имеет TE-поляризацию (вектор E электрического поля излучения параллелен плоскости p-n-перехода). Коэффициент поляризации достигает значения 0.1–0.2. В направлении, перпендикулярном плоскости p-n-перехода, излучение не поляризовано.

Это новое излучение соответствует интерфейсным переходам между уровнями для электронов и дырок на p-n-гетерогранице II типа (A на рис. 6) и между уровнем для электронов и уровнем для притянувшихся к ним дырок (B1 на рис. 6).

Был изучен длинноволновый край фотоответа при Рис. 7. Спектры излучения P (a) и фототока I (b) структур f освещении структуры со стороны p-AlGaAsSb (рис. 7, b).

с толстой (1, 1 ) и тонкой (2, 2 ) активными областями. T, K:

В образцах с тонкой и толстой активной областью 1, 2 — 295, 1, 2 — 77. d = 5 (1, 1 ) и 0.4 мкм (2, 2 ).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Светодиоды на основе твердых растворов GaSb для средней инфракрасной области спектра... При изменении температуры от 300 до 77 K спектры излучения длинноволновых светодиодов качественно не изменяются: они остаются однополосными. В спектрах коротковолновых светодиодов при изменении температуры от 300 до 77 K четко выявляются слабые полосы C и D (рис. 9, b). Энергии максимумов полос C и D меньше Eg соответственно на 20 и 80 мэВ, а интенсивность полос существенно зависит от величины тока. При малых токах превалирует излучение более длинноволновых полос D и C (рис. 9, c). При увеличении тока интенсивность излучения в этих полосах достигает насыщения (полоса C) или даже несколько уменьшается после насыщения (полоса D), в то время как зависимость интенсивности излучения в коротковолновой полосе от тока превращается из сверхлинейной в линейную (полоса B). С ростом температуры увеличивается Рис. 8. Зависимость внешнего квантового выхода излучения на границе несмешиваемости ext (1) и постоянной времени спада интенсивности излучения (2, 3) от толщины узкозонного слоя d. T, K: 1, 2 — 295, 3 — 77.

кривые 2, 3), оно падает почти на порядок от 10-8 до 10-9 с при уменьшении толщины активной области и приближении p-n-перехода к n-n-гетерогранице.

Все приведенные зависимости от толщины активной области указывают на существенное изменение механизма излучательной рекомбинации и доминирующую роль интерфейсной рекомбинации в структурах с тонкой активной областью. Отметим, что на границе несмешиваемости по мере роста слоя уменьшается содержание мышьяка и слой становится дефектным. Это приводит к уменьшению ext с ростом d.

В дальнейшем, в работе [8], была подробно исследована природа излучательной рекомбинации в таких гетероструктурах. Для этой цели исследовались температурные зависимости и зависимости от тока спектров электролюминесценции, квантового выхода излучения, времени жизни неосновных носителей заряда светодиодов, подобных светодиодам, рассмотренным в работах [5,6]. Кроме того, время жизни неосновных носителей заряда исследовалось в зависимости от разности ширины запрещенной зоны GaSb и узкозонного слоя GaInAsSb.

По электролюминесцентным характеристикам все диоды можно разбить на две группы: коротковолновые, с длиной волны излучения max < 2 мкм, и длинноволновые, с max > 2 мкм. Спектры излучения всех светодиодов при комнатной температуре (рис. 9, a) представляют собой полосу шириной 0.04–0.06 эВ c энергией максимуРис. 9. Спектры излучения четырех светодиодов ма hmax, близкой к Eg узкозонного слоя. Спектральное GaSb/GaInAsSb/AlGaAsSb на длины волн 1.8–2.4 мкм (1–4) распределение излучения для диодов на длины волн 1.8, при 295 K (a) и 77 K (b) и зависимости интенсивности полос 2.0, 2.2, 2.4 мкм (0.69, 0.62, 0.56, 0.52 эВ) при T = 295 K B, C и D (PB, PC, PD) светодиода на длину волны 1.8 мкм от приведено на рис. 9, a. тока при 77 K (c).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1288 Т.Н. Данилова, Б.Е. Журтанов, А.Н. Именков, Ю.П. Яковлев доля полосы B, и при комнатной температуре она преобладает даже при малых токах.

Температурные зависимости энергий максимума полос излучения в коротковолновых и длинноволновых светодиодах принципиально различны. Во всех коротковолновых светодиодах dhmax/dT dEg/dT для всех полос.

Энергетическое положение и форма полосы B характерны для межзонной излучательной рекомбинации с учетом вырождения электронов. Полосы C и D имеют черты, характерные для рекомбинации через двухзарядный акцептор. Для коротковолновой полосы C разность Eg - hmax близка к энергии ионизации простого акцептора, а для полосы D в 4 раза больше, как должно быть для двухзарядного акцептора. В коротковолновых светодиодах при температурах, близких к 77 K, рекомбинация неравновесных носителей в основном является излучательной и происходит за счет как межзонных переходов, так и переходов на уровни природных двухзарядных акцепторов, в то время как при T > 200 K наравне с межзонной излучательной рекомбинацией существенную роль начинает играть безызлучательная оже-рекомбинация. В полупроводниках n-типа проводимости наиболее вероятным является оже-процесс, при котором неосновная дырка рекомбинирует с электроном, передавая выделившуюся энергию другому электрону зоны проводимости (СНСС-процесс).

Внешний квантовый выход излучения имеет максимальное значение (до 6%) в светодиодах на длины волн 2.0–2.2 мкм и уменьшается до 1% как в более коротковолновых (max = 1.8мкм), так и в более длинноволновых светодиодах (max = 2.4мкм). С ростом температуры внешний квантовый выход излучения при фиксированном токе (30 мА) уменьшается во всех светодиодах (рис. 10, a). В интервале температур 77–150 K внешний квантовый выход слабо зависит от температуры, а при -7/более высоких температурах сильно, ext T.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |



© 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.