WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

где Особенности ЭЛ варизонных структур мы буI0 = 8n2c-2kTh-4Eg (d) дем далее иллюстрировать применительно к твердому раствору CdHgTe, который представляет значи [1 + 3kT/Eg(d)] exp(-Eg(d)/kT) тельный интерес для создания не только детекторов, но и источников инфракрасного излучения. Будем — интегральная интенсивность равновесного рекомбисчитать, что имеется варизонная структура CdHgTe национного излучения варизонной структуры. Зависимоn-типа проводимости при T = 290 K с фиксирован- сти (16) и (17) получены в первом приближении по паной шириной запрещенной зоны на более широкозон- раметрам /i и kT/Eg(d) для случая, когда Eg(d) kT, ной грани Eg(0) =0.4эВ (Eg(0)/kT = 16), в которой exp(d) 1.

концентрация доноров ND = 5 · 1015 см-3, диффузион- Как следует из (16), в области сильных токов отная длина дырок Lp = 10 мкм, подвижность электро- носительная величина интегральной интенсивности понов µn = 2 · 103 см2/(B · c) [12,13]. Толщину варизонной ложительной ЭЛ I/I0 квадратически увеличивается с Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Электролюминесценция варизонных структур с антизапорным и омическим контактами сивности отрицательной ЭЛ варизонной структуры с антизапорным контактом на широкозонной грани является монотонное уменьшение к нулю с ростом тока разности I0 -|I|, в то время как аналогичная разность I0 -|I| для структуры с двумя омическими контактами асимптотически стремится к ненулевому значению [4].

Можно показать, что в случае очень сильных токов (i exp(d), d, d-1) отношение указанных разностей обратно пропорционально i:

4kT Eg (d) I0 -|I| = exp(d). (19) I0 -|I| Eg (0) i Приведенные на рис. 2 токовые зависимости интегральных интенсивностей ЭЛ наглядно демонстрируют то количественное преимущество, которое можно получить при замене на широкозонной грани варизонной структуры омического контакта на антизапорный, особенно в случае возбуждения положительной ЭЛ. Как видно из рис. 2, в области промежуточных значений отрицательных токов (|i| ), в отличие от случая сильных токов, интегральная интенсивность положительной ЭЛ уменьшается с ростом градиента ширины Рис. 2. Зависимости интегральной интенсивности электро- запрещенной зоны. Это обусловлено тем, что в этом диалюминесценции варизонной структуры с антизапорным кон- пазоне токов имеет место наибольшее противодействие тактом на широкозонной грани (сплошные линии) и с двумя внутреннего электрического поля пространственному омическими контактами (штриховые линии) при Eg(0) =16kT, перераспределению носителей заряда.

d = 2 и значениях параметра : 1, 1 —1; 2, 2 —2; 3, 3 —4.

3.2. Случай варизонной структуры с антизапорным контактом ростом тока и сверхлинейно зависит от градиента шина узкозонной грани рины запрещенной зоны, причем при Eg(d)/kTd Для данного типа варизонной структуры спекимеет место закономерность I/I0 3. Отношение интральная зависимость интенсивности ЭЛ в области тегральных интенсивностей положительной ЭЛ варизонEg(d)/h Eg(0)/h на основании (5), (6) и (8) заных структур с антизапорным контактом (I) и двумя дается выражением омическими контактами (I) в области сильных токов i 4 при Eg (0) Eg (d) составляет I = i + I 4kT exp(--0){exp(-1d)sh [(0 - d)] + (0 - d)} = 1 - i2, (18) I Eg(0) |i| (-d) т. е. наличие антизапорного контакта на широкозонной грани позволяет значительно увеличить интегральную - I0, (20) интенсивность рекомбинационного излучения варизонного полупроводника. Это обусловлено отсутствием в котором использованы те же обозначения, что и при ограничения на концентрацию неравновесных носителей записи (9).

на широкозонной грани и в ее окрестности, которое Что касается рекомбинационного излучения в спексуществует в случае омического контакта. тральной области Eg(0)/h, то в условиях сильного Абсолютное значение интегральной интенсивности поглощения света вследствие отсутствия избыточной отрицательной ЭЛ рассматриваемой варизонной струк- концентрации носителей заряда на широкозонной грани туры при всех значениях градиента ширины запрещен- с омическим контактом интенсивность ЭЛ равна нулю.

ной зоны превышает соответствующее значение для Характерной особенностью ЭЛ варизонной структуры варизонной структуры с двумя омическими контактами, с антизапорным контактом на узкозонной грани явпричем для наиболее интересного случая 1 ука- ляется возможность одновременного возбуждения как занное превышение уменьшается с ростом градиента положительной, так и отрицательной ЭЛ, т. е. наличие ширины запрещенной зоны, что следует, в частности, в спектрах излучения „нулевых“ точек, в которых произ (17). Важной особеностью иинтегральной интен- исходит смена знака интенсивности ЭЛ. Заметим, что Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1414 Б.С. Соколовский, В.И. Иванов-Омский, Г.А. Ильчук „нулевые“ точки характерны также и для спектров фотомагнитного [14] и фотовольтаического эффектов [15] в тонких варизонных слоях. Анализ выражения (20) показывает, что „нулевые“ точки обязательно пристутствуют на спектрах ЭЛ, возбуждаемых при i > 0, а для их существования при противоположном направлении тока (i < 0) необходимо, чтобы удовлетворялось неравенство + |i| - (|i| -)2 + 4 d exp |i| + (|i| -)2 + 4. (21) Диапазон токов, при которых выполняется (21), расширяется с ростом градиента ширины запрещенной зоны и простирается в области сильных токов при |i| exp(d)/.

Кратко рассмотрим асимптотические свойства спектров ЭЛ в области сильных токов, определяемой неравенствами |i| exp(d)/, d, d-1. Рекомбинационное излучение при положительном направлении электрического тока включает протяженную ветвь (0 0 < d(1 + /i) - 2i-1 ln i) отрицательной ЭЛ с интенсивностью Рис. 3. Спектральные зависимости интенсивности электроI = - 1 - 1 - exp(-0) I0 (22) люминесценции варизонной структуры с антизапорным кон i тактом на узкозонной грани (сплошные линии) и с двумя омическими контактами (штриховые линии) при Eg(0) =16kT, и узкий участок (d - 2i-1 ln i <0 d) с резким изме = 1, d = 2 и значениях тока i: 1, 1 — -1; 2, 2 — -2;

нением интенсивности:

3, 3 —1; 4, 4 — 2. На вставке — зависимости положения „нулевой“ точки от безразмерной плотности тока при :

1 —1, 2 —2.

I = i2 1 + exp[i(0 - d) - d] - 1 I0, (23) i на котором при 0 d(1 + /i) - 2i-1 ln i происходит (|i| ) показаны на рис. 3. Видно, что по сравнению смена отрицательной ЭЛ на положительную.

со случаем варизонной структуры с двумя омическими В области сильных отрицательных токов рекомбиконтактами происходит существенное увеличение абсонационное излучение во всем спектральном диапазоне лютной величины интенсивности ЭЛ в длинноволновой его возбуждения имеет характер отрицательной ЭЛ области, в то время как на коротковолновом участке (положительная ЭЛ не возникает ввиду невыполнения спектра излучение заметно слабее. Токовые зависимости неравенства (21)), зависимость интенсивности которой положения „нулевой“ точки спектра ЭЛ (рис. 3, вставка) от частоты света описывается выражениями указывают, что наибольшее смещение „нулевой“ точки с ростом тока происходит в диапазоне сравнительно I = - 1 + |i| небольших значений последнего.

Рекомбинационное излучение, которое возбуждает1 ся сильным током (|i| exp(d)/, d, d-1), протека- 1 + + (0 - d) exp[(d - 0)] I0 (24) |i| |i| |i| ющим в направлении узкозонной грани (i > 0), при Eg(d) kT, exp(d) 1 характеризуется интегральныпри |i|-1[ln |i| -d] <0 d и ми интенсивностями 3kT 3kT I = -[1 - exp(-|i|0)]I0 (25) I = i 1+ + - exp(-d)- 1 I0, (26) i Eg(0) Eg(d) при 4 0 0 < |i|-1[ln |i| -d]. Eg (0)- Eg (d) I = - 1- exp(-d)+ (2lni - d) I4kTEg (d) i Спектральные зависимости интенсивности ЭЛ для (27) варизонной структуры с антизапорным контактом на узкозонной грани в области промежуточных токов для положительной и отрицательной ЭЛ соответственно.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Электролюминесценция варизонных структур с антизапорным и омическим контактами Токовые зависимости интегральных интенсивностей положительной и отрицательной ЭЛ, полученные численным интегрированием (20) применительно к варизонной структуре CdHgTe c Eg(0) =0.4эВ при T = 290 K, показаны на рис. 4. Видно, что варизонная структура с антизапорным контактом на узкозонной грани при отрицательных токах является более эффективным источником рекомбинационного излучения отрицательного контраста по сравнению со случаем, когда оба контакта имеют омический характер.

4. Заключение В данной работе для модели однородно легированного варизонного полупроводника, снабженного антизапорным и омическим контактами и характеризующегося линейным координатным профилем ширины запрещенной зоны и сильным коэффициентом поглощения света, выполнен аналитический расчет интенсивности ЭЛ, излучаемой с широкозонной грани структуры. Показано, что присутствие антизапорного контакта на широкозонной стороне варизонной структуры приводит к значительному повышению эффективности ЭЛ, особенно Рис. 4. Зависимости интегральной интенсивности положи- положительной, по сравнению со случаем структуры тельной (сплошные линии) и отрицательной (пунктирные с двумя омическими контактами, причем происходит линии) электролюминесценции варизонной структуры с ан- качественное изменение формы спектрального распредетизапорным контактом на узкозонной грани и интегральной ления положительной ЭЛ с локализацией его максимума интенсивности электролюминесценции варизонной структуры при энергии фотонов, равной наибольшей ширине запрес двумя омическими контактами (штрихпунктирные линии) щенной зоны в варизонной структуре. Отличительной от безразмерной плотности тока при Eg(0) =16kT, d = 2 и особенностью спектров излучения варизонной структузначениях параметра : 1, 1, 1 —1; 2, 2, 2 —2.

ры с антизапорным контактом на ее узкозонной грани является наличие на спектрах участков положительной и отрицательной ЭЛ, разделяемых „нулевой“ точкой, положение которой зависит от величины электричеКак следует из полученных выражений, интегральная ского тока и градиента ширины запрещенной зоны.

интенсивность положительной ЭЛ при сильных токах Важная роль в исследуемых структурах принадлежит уменьшается с ростом градиента ширины запрещенной также и омическому контакту, который, обладая высозоны и при небольших значениях последнего (d 1) кой генерационно-рекомбинационной способностью, при превышает соответствующее значение для варизонной одном направлении тока способствует эффективному структуры с двумя омическими контактами. В то же вренакоплению носителей заряда в объеме полупроводника, мя с ростом градиента ширины запрещенной зоны интеа при другом — сильному истощению носителями. Для гральная интенсивность отрицательной ЭЛ монотонно иллюстрации закономерностей ЭЛ, которые свойственувеличивается по модулю, оставаясь при этом меньше ны рассмотренному типу варизонной структуры, нами соответствующей величины для варизонной структуры с был выбран твердый раствор CdHgTe переменного содвумя омическими контактами [4].

става с шириной запрещенной зоны на более широкозонИнтегральная интенсивность отрицательной ЭЛ, коной грани, равной 0.4 эВ. Вместе с тем следует отметить, торая возникает при сильных отрицательных токах в что для точного прогнозирования электролюминесцентваризонной структуре с антизапорным контактом на ных свойств варизонной структуры на основе этого узкозонной грани, равна материала необходимо проведение численных расчетов, 4 4 в которых можно было бы учесть как нелинейные мехаEg (0) - Eg (d) I = - 1 - - 1 - exp(-d) I0, низмы рекомбинации носителей заряда, так и реальные |i| 4kT Eg (d) |i| значения коэффициента поглощения света.

(28) т. е. с ростом тока и градиента ширины запрещенной Список литературы зоны стремится к значению -I0, которое по модулю больше предельной величины интегральной интенсивно[1] Ж.И. Алферов. УФН, 172, 1072 (2002).

сти отрицательной ЭЛ варизонной структуры с двумя [2] Г. Крмер. УФН, 172, 1091 (2002).

омическими контактами. [3] В.Г. Савицкий, Б.С. Соколовский. УФЖ, 25, 1919 (1980).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1416 Б.С. Соколовский, В.И. Иванов-Омский, Г.А. Ильчук [4] Б.С. Соколовский. ФТП, 29, 1657 (1995).

[5] Б.С. Соколовский. УФЖ, 39, 327 (1994).

[6] В.Г. Савицкий, Б.С. Соколовский. ЖПС, 62, 222 (1995).

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

[8] А.С. Волков, Г.В. Царенков. ФТП, 11, 1709 (1977).

[9] В.И. Иванов-Омский, Б.Т. Коломиец, В.А. Смирнов. Докл.

АН СССР, 161, 1308 (1965).

[10] P. Berdahl, V. Malytenko, T. Morimoto. Infr. Phys., 29, (1989).

[11] C.T. Elliott. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, 359, 567 (2001).

[12] Н.Н. Берченко, В.Е. Кревс, В.Г. Средин. Полупроводниковые твердые растворы и их применение (М., Воениздат, 1982).

[13] Properties of Narrow Gap Cadmium-Based Compounds, ed.

by P. Capper (INSPEC, 1994).

[14] С.Г. Петросян. ФТП, 11, 886 (1977).

[15] Б.С. Соколовский. ФТП, 30, 1006 (1996).

Редактор Т.А. Полянская Electroluminescence of variable-gap structures with blocking and ohmic contacts B.S. Sokolovskii, V.I. Ivanov-Omskii, G.A. Il’chuk+ Ivan Franko National University of Lviv, 79602 Lviv, Ukraine Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia + Lviv National Politechnical University, 79013 Lviv, Ukraine

Abstract

Peculiarities of electroluminescence of uniformly doped variable-gap structures with blocking and ohmic contacts are investigated theoretically. For the case of constant band gap gradient and strong absorption coefficient of light analytical dependencies for the spectral and integral intensities of electroluminescence are derived and analyzed. The presence of blocking contacts at the wide gap face of the variable-gap structure is shown to give rise to increasing in the efficiency of negative and especially positive electroluminescence in comparison with the case of a variable-gap structure with two ohmic contacts. The spectrum of recombination radiation of variable-gap structure with blocking contact at narrow gap face is characterized in most cases by the sign reversal dependence when under strong currents dominates a wide band of negative electroluminescence.

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.