WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 9 |

Спектры излучения изготовленных таким образом светодиодов при комнатной температуре содержали одну полосу (рис. 20). Длина волны излучения в максимуме практически линейно зависела от состава твердого Рис. 18. Зависимости импульсной оптической мощности от раствора в активной области и изменялась от 1.9 до амплитуды тока при T = 300 K. (1–3) — соответственно струк2.1 мкм. Ширина полосы излучения имела величину туры a, b, c (рис. 15). Частота следования импульсов 500 Гц, 0.17 мкм при токе 50 мА и 0.18 мкм при токе 200 мА.

скважность 2.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1296 Т.Н. Данилова, Б.Е. Журтанов, А.Н. Именков, Ю.П. Яковлев мощности 4.6 мВт получена при токе 200 мА. В интервале токов 50–200 мА зависимость P(I) практически линейна. При больших токах измерения проводились в импульсном режиме питания (рис. 22), но длительности импульса ограничивались микросекундами. Как видно, в этом случае зависимость P(I) имеет практически линейный характер до токов 520 мА. Затем зависимость переходит в сублинейную при всех трех длительностях импульса, представленных на рисунке, p = 5, 10, 20 мкс. Максимальная достигнутая пиковая мощность излучения — 190 мВт при токе 1.4 А при длительности импульса 5 мкс и частоте следования 1 кГц. Внешний квантовый выход исследованных светодиодов имел при комнатной температуре значение 4%.

Измерение вольт-амперных характеристик показало, что светодиоды имеют напряжение отсечки 0.5 В и последовательное сопротивление 2.2–2.8 Ом при комнатной температуре.

Таким образом, удалось достичь большой оптической мощности светодиодов в области длин волн 1.8–2.2 мкм.

По сравнению со светодиодами, изотовленными нами ранее, эти приборы имеют два усовершенствования.

Во-первых, они имеют более широкозонные эмиттеры Рис. 20. Спектр излучения светодиода E-41 № 21 при питании с содержанием Al 64%, что является рекордным импульсным током амплитудой 100 мА со скважностью 2, для слоев AlGaAsSb, полученных методом жидкофазной частотой следования 400 Гц при комнатной температуре.

эпитаксии, и, во-вторых, конструкция этих светодиодов позволяет расположить активную область ближе к отводящему тепло корпусу прибора и выводить излучение через подложку, не заслоненную контактом. Значения последовательного сопротивления в светодиодах показывают, что, несмотря на увеличение ширины запрещенной зоны эмиттерных слоев, применение сильно легироРис. 21. Зависимость импульсной мощности излучения светодиода E-41 № 21 от тока при скважности 2, частоте следования 400 Гц при комнатной температуре.

С увеличением тока от 50 до 200 мА максимум полосы излучения смещался в длинноволновую сторону на 0.015–0.017 мкм.

Зависимости импульсной оптической мощности излуРис. 22. Зависимость импульсной мощности излучения светочения от тока при скважности импульсов 2 и частоте диода Е-41 № 21 от тока при комнатной температуре, частоте следования 400 Гц для исследованных светодиодов предследования импульсов 1 кГц и длительности импульсов p, мкс:

ставлены на рис. 21. Максимальная величина оптической 1 —5, 2 — 10, 3 — 20.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Светодиоды на основе твердых растворов GaSb для средней инфракрасной области спектра... ванного p+-слоя в приконтактной области оказалось достаточным, чтобы последовательное сопротивление не возросло по сравнению с его величиной в ранее изготовленных светодиодах [16]. Тем не менее нагрев током активной области исследованных светодиодов заметен, поскольку спектральная полоса смещается на 10% своей ширины в длинноволновую структуру при увеличении тока от 50 до 200 мА в квазинепрерывном режиме при скважности импульсов 2. Однако нагрев этот не очень большой, так как зависимость мощности от тока остается практически линейной (рис. 21). Линейность сохраняется и при увеличении тока до 520 мА в импульсном режиме при использовании микросекундных импульсов со скважностью 50 (рис. 22). Появление сублинейной зависимости P(I) при дальнейшем увеличении тока может быть вызвано двумя причинами — нагревом активной области и увеличением потерь тока за счет оже-рекомбинации. Если зависимость P(I) представить в степенном виде, P Im, то в случае, когда сублинейность определяется оже-рекомбинацией, m должно быть Рис. 23. Спектры излучения светодиода 9602 при комнатной температуре в импульсном режиме с длительностью импульса равно 2/3. Анализ показал, что в импульсном режиме 20 мкс и скважностью 49 при различных амплитудах топри I > 0.520 A: при p = 5мкс m = 2/3, при p = 10 мкс ка I, мA: 1 — 200, 2 — 300, 3 — 500, 4 — 700, 5 — 1000.

m = 11/21 и при p = 20 мкс m = 2/7. Это означает, что при длительности импульса 5 мкс сублинейность зависимости P(I) определяется оже-рекомбинацией. Уменьшение длительности импульса не приведет к продлению превышение при комнатной температуре оптической прямолинейного участка зависимости P(I) в область мощности излучения и внешнего квантового выхода токов I > 0.520 A. При длительностях импульса = ( 1%) в 3 раза по сравнению с известной гетерои 20 мкс сублинейность зависимости P(I) определяется структурой InAsSb/InAsSbP, выращенной на подложке не только оже-рекомбинацией, но и нагревом.

InAs [20]. Cтруктуры на основе AlGaAsSb/GaInAsSb создавались методом жидкофазной эпитаксии на подложке p-GaSb (100) и содержали четыре эпитаксиальных 5. Высокоэффективные светодиоды, слоя: p-AlGaAsSb/n-GaInAsSb/n-AlGaAsSb/n-GaSb. Подработающие в диапазоне длин волн ложка p-GaSb специально не легировалась и имела кон3.4–4.4 мкм при комнатной центрацию равновесных дырок (1-2) · 1017 см-3. Широтемпературе козонные слои n- и p-типа проводимости выращивались с большим содержанием Al, чем Ga, p-слой специально Рассмотренные достоинства гетероструктур на основе не легировался, n-слой легировался Те. Широкозонные GaInAsSb/AlGaAsSb для длин волн 1.7–2.5 мкм позволи- слои имели толщину 1.5 мкм. Узкозонный слой активли обратиться к созданию источников спонтанного излу- ной области Ga0.066In0.934As0.83Sb0.17 толщиной 1.5 мкм чения на подложке GaSb, работающих в более длинно- специально не легировался и имел концентрацию своволновой области, 3–5мкм [19]. Для этой спектральной бодных электронов 1018 см-3. Контактный слой n-GaSb области обычно создавались светодиоды на основе ге- был сильно легирован Те. Отличительная особенность тероструктур InAsSb/InAsSbP, выращенных на подложке структуры состояла в том, что она являлась принципиInAs. Общим недостатком структур с тройным твердым ально изопериодичной с подложкой GaSb. Измеренная раствором является неизопериодичность эпитаксиаль- величина относительного рассогласования постоянных ных слоев и подложки. Кроме того, малое различие решеток a/a находилась в пределах точности измереширины запрещенной зоны InAs и InAsSb приводит к ния 2 · 10-4.

малой высоте барьера, не достаточной для эффективного Образец помещался в светодиодный корпус с параудерживания неравновесных носителей заряда в актив- болическим рефлектором. Светодиод имел форму паной области, большому поглощению и заметной ударной раллелепипеда. Площадь p-n-перехода была квадратной рекомбинации из-за влияния спин-орбитально отщеплен- размером 0.5 0.5 мм. Высота параллелепипеда составной зоны. По трем указанным характеристикам гете- ляла 0.1 мм. Излучение выходило в сторону рефлектора роструктуры AlGaAsSb/GaInAsSb/AlGaAsSb имеют пре- в основном через боковые грани параллелепипеда.

имущество перед гетероструктурами InAsSb/InAsSbP. Спектральные и ватт-амперные характеристики свеСозданные структуры AlGaAsSb/GaInAsSb/AlGaAsSb, тодиодов исследовались при комнатной температуре в излучающие в области 3–5мкм [19], обеспечивали импульсном режиме. Спектры излучения обычно содер2 Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1298 Т.Н. Данилова, Б.Е. Журтанов, А.Н. Именков, Ю.П. Яковлев сверхлинейного роста интенсивности излучения при малых токах (< 0.5A), по-видимому, является заполнение глубоких уровней. При токах I > 0.5A (> 200 A/см2) глубокие уровни становятся практически заполненными.

Интервал токов от 0.5 до 2.5 А является интервалом с высоким внешним квантовым выходом излучения. Импульсная мощность излучения P определяется основной полосой и растет с увеличением тока I сверхлинейно (рис. 24). В зависимости мощности излучения от тока P Im показатель степени m уменьшается с током от при токе 150 мА до 1.2 при токе 2500 мА. Импульсная мощность (средняя мощность, измеренная прибором Nova и умноженная на скважность) при импульсном токе 1 A длительностью 20 мкс и скважностью 49 составляет 3.2 мВт. Это соответствует величине внешнего квантового выхода излучения 1%, что по крайней мере в 3 раза больше, чем для обычной гетероструктуры InAsSb/InAsSbP, выращенной на подложке InAs.

6. Высокоэффективные светодиоды, Рис. 24. Зависимость интенсивности излучения светодиода работающие в диапазоне длин волн 9602 от тока с длительностью импульса 20 мкс и скважностью 1.6–2.4 мкм при комнатной 49 при комнатной температуре.

температуре Для выполнения задачи создания высококачественжали одну полосу (рис. 23). Длина волны максимума инных светодиодов нами продолжены работы по усовертенсивности составляла max = 3.7-3.8 мкм. На длинношенствованию светодиодов на основе гетероструктур волновом склоне полосы заметна линия поглощения газа GaInAsSb/AlGaAsSb, выращиваемых на подложке GaSb CO2 ( = 4.27 мкм), содержащегося в воздухе. Энергия и излучающих в области длин волн 1.6–2.4 мкм, бымаксимума спектра излучения всех светодиодов оказала проведена работа по созданию светодиодов, полнолась больше ширины запрещенной зоны узкозонного стью перекрывающих этот диапазон со спектральным материала при комнатной температуре на 20–30 мэВ, интервалом 0.1 мкм [21]. В светодиодных структурах что может свидетельствовать о преобладании в исслена длины волн 2.05, 2.15, 2.25 и 2.35 мкм излучение дованных структурах межзонной рекомбинации нераввыводилось через подложку, так как край поглощения новесных носителей заряда над примесной и интерфейсGaSb находится при = 1.72 мкм. Поглощение в подной рекомбинацией. Большое различие между энергией ложке на длинах волн 2–2.35 мкм обусловлено только максимума полосы излучения и шириной запрещенной свободными носителями заряда. В светодиодах на меньзоны объясняется большой концентрацией равновесных шие длины волн, 1.65–1.75 мкм, излучение практически электронов в активной области. Коротковолновый склон полностью поглощается в подложке GaSb. Поэтому для спектров излучения имел большую крутизну по срав таких светодиодов использовались гетероструктуры с нению с длинноволновым. Форма полосы практически двухсторонним широкозонным ограничением и выводом не зависела от тока. Пологий длинноволновый склон излучения не через подложку, а через ограничительный излучения указывает на присутствие хвостов плотности p-слой. Для повышения квантового выхода излучения состояний в запрещенной зоне, которые, однако, не коротковолновых светодиодов было необходимо уменьвлияют на спектральное положение максимума полосы.

шить негативное влияние глубоких уровней двухзарядОднако ширина полосы излучения на половине высоты ного структурного дефекта кристаллической решетки.

составляла 30–35 мэВ, что в 1.5–2 раза меньше обычной Проведенные ранее исследования GaSb и четверных для светодиодов при комнатной температуре. Такое сутвердых растворов GaInAsSb показали [22], что спежение полосы может определяться поглощением коротциально не легированный эпитаксиальный GaSb, выраковолнового излучения в самой активной области, так как излучение, вышедшее в направлении к параболиче- щенный жидкофазной эпитаксией, так же как и объемный GaSb, выращенный методами Чохральского или скому отражателю, проходит путь в несколько десятков микрометров в активной области. Коротковолновое из- Бриджмена, всегда имеет p-тип проводимости. Концентрация дырок в слое составляет p =(1-2) · 1017 см-лучение при этом поглощается на межзонных переходах и затем частично происходит переизлучение. Переизлу- при T = 300 K. Было установлено также существование чение способствует сверхлинейному росту интенсивно- трех акцепторных уровней: мелкого уровня с энергией сти излучения с током (рис. 24). Основной причиной активации E1 = 11-17 мэВ и двух глубоких с энергиями Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Светодиоды на основе твердых растворов GaSb для средней инфракрасной области спектра... E2 = 30-35 мэВ и E3 = 70-90 мэВ, которые приписываются двухзарядному структурному дефекту кристаллической решетки вакансия галлия–галлий на месте сурьмы (VGaGaSb). Концентрация этих структурных дефектов определяет в GaSb концентрацию дырок и их подвижность. В четверных твердых растворах по мере замещения атомов галлия в решетке атомами индия вероятность образования структурных дефектов уменьшается и концентрация глубоких акцепторных уровней снижается. Во всех случаях выращивания светодиодных структур использовались подложки n-GaSb (100) c концентрацией электронов 2 · 1017 см-3. КонцентраРис. 25. Энергетическая диаграмма светодиодной структуры ция природных структурных дефектов, связанных со E-816 тиристорного типа на длину волны 1.95 мкм.

стехиометрией, зависит от соотношения атомов Sb и Ga в растворе–расплаве. В работе [22] был предложен метод изменения этого соотношения путем введения некоторого количества Pb в качестве нейтрального растворителя. Вначале, используя в процессе эпитаксии Pb как нейтральный растворитель, на подложке n-GaSb выращивали буферный слой n-GaSb толщиной от 6 до 10 мкм, в котором концентрация природных дефектов снижалась на порядок. На буферный слой наращивался активный слой Ga0.95In0.05AsSb толщиной 1.5 мкм, легированный Те до концентрации электронов n 1017 см-3. Светодиодная структура включала также слой p-Al0.34Ga0.66AsSb (3мкм) в качестве широкозонного барьера для электронов и контактный слой Рис. 26. Вольт-амперная характеристика светодиодной струкGaSb (0.5 мкм), легированный до концентрации дырок туры E-816 тиристорного типа при комнатной температуре.

p 1019 см-3.

Светоизлучающая структура с толстым буферным слоем превосходит структуру без буферного слоя по в квазистационарном режиме (Q = 2) была получена внутреннему квантовому выходу на 13%, а по интеоптическая мощность P = 1.66 мВт при токе 400 мА, а в гральной рабочей мощности в 2 раза. При этом шиимпульсном режиме (Q = 100, p = 200 нс) P = 60 мВт рина спектра светодиода уменьшилась от 0.18 мкм для при токе 10 А.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 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.