WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 9 |

первоначальной структуры до 0.13 мкм для структуры Для получения большей мощности излучения было с толстым буферным слоем. Это говорит о том, что осуществлено еще одно изменение светодиодной струкудалось уменьшить не только концентрацию глубоких туры, оптимизированной на линию поглощения воды акцепторных уровней и мелких акцепторных уровней в активной области, но также уменьшить хвосты плот- 1.95 мкм. Вначале выращивался по той же технологии буферный слой толщиной 10 мкм. Затем между буферности состояний, ответственные за уширение спектра.

ным и активным слоями был вставлен слой GaSb p-типа Увеличение ширины спектра при увеличении тока выше проводимости толщиной 0.5 мкм (рис. 25). В результа3 A в импульсном режиме, скорее всего, связано с тем, те получалась структура n-p-n-p с вольт-амперной что в процессе излучательной рекомбинации участвуют характеристикой, имеющей типичный для тиристорных носители не только вблизи дна зоны проводимости структур вид (рис. 26). Напряжение включения структуи потолка валентной зоны, но и с более высокими энергиями, так как при I = 10 A плотность тока дости- ры составляло 1.9 В. Во включенном состоянии напряжение резко падало до 0.45 В. Как известно из теории тигала 111 А/см2. Максимальный внутренний квантовый ристорных структур, при переключении высота обратно выход излучения при токе 2 А (скважность Q = 1000) включенного барьера резко падает за счет накопленного достигал 82%.

В реальных структурах возможность работы светоди- с двух сторон от границы (в данном случае гетерограодов при больших токах ограничивается, помимо уве- ницы II типа между p-GaSb и n-GaInAsSb) заряда дырок и электронов — положительный заряд в p-материале и личения доли оже-рекомбинации, также вероятностью шнурового пробоя или перегрева вследствие локаль- отрицательный в n-материале.

ных неоднородностей кристалла или поверхности чипа. В светодиодах, имеющих тиристорную структуру, был Качество структур позволило существенно увеличить получен максимальный внутренний квантовый выход рабочую мощность светодиодов за счет увеличения излучения в квазистационаром режиме при токе 250 мА токов, при которых светодиод работает стабильно. Так, 52%, а в импульсном режиме (Q = 1000) при токе 2 Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1300 Т.Н. Данилова, Б.Е. Журтанов, А.Н. Именков, Ю.П. Яковлев чательных процессов по модели Шокли–Рида–Холла и процессов оже-рекомбинации.

7. Повышение внешнего квантового выхода излучения светодиодов путем химической огранки их подложечной части Наша дальнейшая работа по созданию светодиодов, выращенных на подложке GaSb и излучающих в средней инфракрасной области спектра (1.6-2.4мкм), была направлена на повышение излучательной эффективноРис. 27. Энергетическая диаграмма светодиодных структур, сти светодиодного кристалла за счет придания ему излучающих на длине волны 1.75 мкм (Е-832) и 1.6 мкм специальной формы, обеспечивающей вывод излучения (Е-833), с толстым широкозонным буферным слоем градиентнаружу.

ного состава.

Большая величина коэффициента преломления электролюминесцентных полупроводников (n 4) затрудняет выход излучения из объема светодиодного кристалла, 3 А 77%. Максимальная импульсная оптическая мощ- потому что угол полного внутреннего отражения отноность при скважности Q = 2 составила 2.5 мВт, а при сительно нормали к поверхности есть n-1 (в радианах).

Q = 1000 — 71 мВт. В кристалле, имеющем форму параллелепипеда, только Использовался еще один способ создания высокоэф- 8% излучения может пересечь 6 граней при первом фективных структур, излучающих на длинах волн 1.65 падении на них.

и 1.75 мкм [21]. Поскольку, как уже отмечалось выше, В литературе [27–29] обсуждаются различные спосоизлучение таких светодиодов почти полностью погло- бы текстурирования поверхности полупроводника (сощается в подложке GaSb, после выращивания эпитакси- здания системы углублений) для изменения угла отальных слоев светодиодной гетероструктуры подложка ражения внутрь кристалла, в результате чего после GaSb удалялась (рис. 27). Такой способ использовался нескольких прохождений внутри полупроводника излураньше при изготовлении светодиодов на основе двой- чение может упасть на поверхность под углом, меньшим ных гетероструктур в системе AlAs–GaAs [23–27]. Для угла полного внутреннего отражения, и частично выйти того чтобы подложку можно было удалить, структу- наружу. Таким способом удается увеличить долю выхора должна иметь достаточную толщину (50–100 мкм). дящего излучения в видимой и ближней инфракрасной В нашем случае на подложке GaSb вначале выращи- области до 30% [28,29]. В средней инфракрасной облавался более широкозонный толстый (150 мкм) слой n- сти многопроходность не дает заметных результатов, так AlGaAsSb с содержанием Al, постепенно убывающим от как поглощение излучения на свободных носителях заря10% у границы с подложкой GaSb до 5% у границы да 2. Уменьшение размеров кристалла для сокращес широкозонным эмиттерным слоем n-AlGaAsSb. Этот ния пути распространения излучения в нем приводит к толстый слой имел существенно более высокую сте- ухудшению теплоотвода и уменьшению мощности светопень структурного совершенства, чем подложка GaSb. диода. Однако для светодиодов среднего инфракрасного Соответственно активная область была свободна от диапазона можно рассчитывать на увеличение выхода изглубоких акцепторных уровней, связанных с дефектами лучения из кристалла за счет придания ему специальной кристаллической структуры. формы, близкой к сферической, обеспечивающей выход Спектры излучения изготовленных таким способом излучения наружу при первом падении на наружную светодиодов при всех токах были однополосными. Ши- поверхность [30]. Для этого подложечной части светодирина полосы излучения в квазистационарном режиме одной структуры путем химической огранки придавалась составляла 0.13–0.14 мкм. Внутренний квантовый выход форма усеченной конусно-пирамидальной фигуры, раздостигал 60%. В режиме коротких импульсов наблю- мещенной на пьедестале, содержащем эпитаксиальную далось уширение спектра при токах выше 4 А. Пред- часть. Монтаж такого кристалла на кристаллодержатель полагалось, что увеличение ширины спектра связано с эпитаксиальной частью обеспечивает большие рабочие участием в процессе излучательной рекомбинации носи- токи.

телей с относительно высокой энергией. Интегральная Исследуемые светодиодные структуры изготавливаоптическая мощность в режиме коротких импульсов лись методом жидкофазной эпитаксии на подложках (скважность 1000) равна 140–170 мВт. В этом режиме n-GaSb толщиной 400 мкм, ориентированных в кристалвнутренний квантовый выход излучения достигал 100%. лографической плоскости (100). Подложки были легиВ диапазоне токов 1–5 А скорость излучательной ре- рованы Те до концентрации электронов 8 · 1017 см-3.

комбинации существенно превышала скорости безызлу- Вначале выращивался активный нелегированный слой Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Светодиоды на основе твердых растворов GaSb для средней инфракрасной области спектра... GaSb с добавкой в раствор–расплав редкоземельного элемента гадолиния для повышения кристаллического качества слоя. Выращенный слой имел дырочную проводимость, свойственную нелегированным слоям GaSb.

Толщина слоя составляла 1.5 мкм. Активная область во всех структурах была одинаковой. Далее выращивался ограничительный более широкозонный слой pGa0.66Al0.34SbAs, легированный Ge до концентрации дырок 1 · 1018 см-3, толщиной 3.5 мкм. На него наращивался контактный слой p-GaSb, легированный до концентрации дырок 8 · 1018 см-3. После этого толщина пластины доводилась до 220 мкм шлифовкой и полировкой.

Химическая огранка производилась при помощи контактной фотолитографии в три этапа. На первом этапе фотолитографии был сформирован рисунок в виде квадратов со стороной 480 мкм и шагом 500 мкм на подложечной стороне для последующего разделения пластины на отдельные кристаллики. Пограничные каналы были вытравлены на грубину 70 мкм, при этом их ширина составила 160 мкм. На втором этапе фотолитографии в центре открытых квадратов был сформирован рисунок в виде круга диаметром 300 мкм. Протравив его аналогично квадрату, получили фигуру высотой 140 мкм в форме пирамиды в основании и усеченного конуса у вершины Рис. 28. Три типа конструкции светодиодных кристаллов:

с верхней площадкой диаметром 200 мкм (рис. 28, a). a — с конусно-пирамидальной подложечной частью; b — в На третьем этапе в центре верхней площадки фотоли- виде параллелепипеда с припаянной к кристаллодержателю эпитаксиальной частью; c — в виде параллелепипеда с припатографически расположили окно под омический контакт янной к кристаллодержателю подложечной частью. Штриховой диаметром 100 мкм.

линией показан p-n-переход, являющийся границей между Контактные слои были сформированы путем последоподложкой n-GaSb и эпитаксиальной p-частью структур.

вательного напыления на установке ВУП-4 к n-области Cr, сплава Au + Te и Au, a к p-области Cr, сплава Au + Ge и Au. Затем контактные слои были вожжены при температуре 250C в течение 1 мин. Далее пластины монтированных подложечной частью к кристаллодержаразделялись на отдельные кристаллики методом ска- телю, т. е. эпитаксиальной излучающей частью наружу лывания. Каждый кристаллик монтировался эпитакси- (рис. 28, c). Излучение выходит из них в основном альной стороной на светодиодный кристаллодержатель через широкозонный эпитаксиальный слой. Такие криТО-18 с плоским столиком.

сталлы излучают спектральный дублет с максимумами Для сравнения со светодиодами, изготовленными ме- на длинах волн 1.76 мкм (0.705 эВ) и 1.9 мкм (0.65 эВ) с тодом глубокого травления, были изготовлены при- шириной полос 0.06 и 0.07 эВ соответственно (рис. 29, боры со стандартными геометрическими параметрами кривая 1). Разности ширины запрещенной зоны и энер(рис. 28, b, c). В этом случае на первой стадии на n-сторо- гий максимумов коротковолновой и длинноволновой не одной пластины (рис. 28, b) и p-стороне другой полос равны соответственно энергии ионизации однопластины (рис. 28, c) были сформированы упомянутые зарядового акцептора (0.02 эВ) и ее приблизительно квадраты и протравлены каналы на грубину 15 мкм четырехкратной величине. Это позволяет предположить для получения разделительной сетки. После повторной участие двухзарядных акцепторов в генерации излучефотолитографии на этих сторонах были сформированы ния. Двухзарядные акцепторы, как уже упоминалось, круглые контакты диаметром 100 мкм. На противопо- образуются при размещении Ga в узлах Sb кристалличеложных сторонах омический контакт формировался по ской решетки, что характерно для GaSb, отличающегося всей площади. После разделения пластины на отдельные значительной нестехиометрией. Наличие других акцепкристаллики последние монтировались на кристаллодер- торов не предполагалось, так как они специально не жатель стороной со сплошным контактом. вводились и эпитаксиальный слой очищался гадолинием.

Прежде всего определялось, как изменяется спектр Такой же кристалл, припаянный эпитаксиальным излучения в глубоко травленных кристаллах пирами- слоем к кристаллодержателю, излучает одну полосу дальной формы по сравнению с кристаллами в виде (рис. 29, кривая 2) с почти такими же параметрами, как параллелепипеда. длинноволновая полоса дублета, излучаемого кристалВ наименьшей степени спектры первоначального ре- лом, припаянным подложечной частью к кристаллодеркомбинационного излучения искажаются в кристаллах, жателю. Она имеет длину волны в максимуме 1.87 мкм Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1302 Т.Н. Данилова, Б.Е. Журтанов, А.Н. Именков, Ю.П. Яковлев Спектр излучения светодиодов, полученных путем химической огранки подложечной части, имеет одну широкую полосу с почти плоской вершиной вблизи длины волны 1.83 мкм (0.66 эВ) шириной 0.08 эВ (рис. 29, кривая 3) при токе 150 мА. Если представить этот спектр состоящим из двух полос, то выявляется коротковолновая полоса, которая оказывается только в 2 раза слабее длинноволновой. Это означает, что глубокое травление укорачивает оптический путь излучения.

Зависимость интенсивности излучения от тока глубоко травленного кристалла пирамидальной формы (рис. 30, кривая 3) круче из-за укороченного оптического пути, чем для светодиода в виде параллелепипеда, также припаянного к кристаллодержателю эпитаксиальным слоем (рис. 30, кривая 2). Однако, так как оптический путь глубоко травленного кристалла Рис. 29. Спектры излучения при токе 150 мА светодиодов трех конструкций: 1 — параллелепипед, припаянный к дер- пирамидальной формы гораздо больше, чем в случае жателю подложечной частью (рис. 28, c), 2 — параллелепипед, светодиода в виде параллелепипеда, припаянного подприпаянный к держателю эпитаксиальной частью (рис. 28, b), ложечной частью к кристаллодержателю (рис. 30, кри3 — с конусно-пирамидальной глубоко травленной подложечвая 1), первый проигрывает второму при малых токах ной частью (рис. 28, a).

(< 200 мА). При токах 200–250 мА интенсивность излучения этих (вторых) светодиодов перестает увеличиваться с током, и они начинают проигрывать светодиодам с глубоким травлением подложечной части. Наблюдаемые закономерности можно объяснить следующим образом.

В светодиодах с близким расположением генерирующего слоя к наружной поверхности, на которой расположен омический контакт, обнаруживается нежелательное явление — сосредоточение излучения под контактом, приводящее к сильному уменьшению дифференциальной эффективности с током и большой плотности тока под контактом. По этой причине исчезает сверхлинейный участок в зависимости мощности излучения от тока при малых токах. Доля безызлучательной оже-рекомбинации также увеличивается из-за повышения концентрации неравновесных носителей заряда. Эффективность излучения снижается.

Приблизительная формула, связывающая рекомбинационный ток Ic, сосредоточенный под круглым конРис. 30. Зависимости импульсной мощности излучения от тотактом, имеющим существенно меньшую площадь, чем ка светодиодов трех конструкций (рис. 28). Частота следования излучающий слой, и ток Ib вне его, имеет вид импульсов 512 Гц, скважность 2. Номера кривых те же, что на рис. 29.

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 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.