мые rV-, DFV- и ГЛ-полосы, подробно рассмотренные в предыдущем параграфе. При высоких температурах ГУ и ГА могут даже давать основной вклад в излучение.

2.4. ОСОБЕННОСТИ БЕЗЫЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ РЕКОМБИНАЦИИ В ШИРОКОЗОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛАХ

Каналы безызлучательной рекомбинации, ограничивающие эффективность люминесценции в соединениях и твердых растворах дшву чрезвычайно многообразны. В реальном легированном полупроводнике всегда имеет место отступление от идеальной кристаллической структуры (линейные дислокации, дислокационные петли, точечные дефекты различных типов) и присутствуют неконтролируемые примесные атомы (элементы, содержащиеся в сырье и в окружающей ростовой атмосфере, примеси, диффундирующие из подложек при эпитаксиальном росте, и т. п.). При высокой заданной конл.ентрации донорной и (или) акцепторной примесей важную роль могут играть безызлучательные переходы с участием подвижных носителей заряда и легирующих атомов.

По мере совершенствования технологии получения материалов многие каналы безызлучательной рекомбинации могут быть ликвидированы. Так, например, при идеальной технологии концентрация дефектов структуры может быть существенно понижена, а содержание неконтролируемых примесей - вообще сведено к нулю. Но даже и в этом идеальном случае остаются несколько механизмов безызлучательной рекомбинации неравновесных экситонов, электронов и дырок, которые в принципе ограничивают получение 100%-ного внутреннего квантового выхода. Среди этих принципиально важных механизмов в соединениях АЩ необходимо выделить следующие:

оже-рекомбинацию с участием подвижных носителей заряда, экситонов и атомов легирующих примесей;

рекомбинацию на дефектах структуры, тип и концентрация которых определяются термодинамическими условиями роста эпитаксиальных структур, а не совершенством технологии;

рекомбинацию на атомах легирующих примесей или центрах, включающих в себя атом легирующей примеси и «термодинамический» дефект структуры (Ш-центр).

Рассмотрим указанные механизмы безызлучательной рекомбинации более подробно.

ОЖЕ-РЕКОМВИНАЦИЯ

В качестве экспериментальной основы для обсуждения оже-механизма (ОМ) могут быть выбраны зависимости абсолютной величины внутреннего квантового выхода люминесценции г]енут от концентрации легирующих акцепторных и донорных примесей (10>6 см-з<ЛГа(Ус)<1№9 см-з) при Г=300К (рис. 2.10 и 2.11).

Рис. 2.10. Экспериментальные зависимости внутреннего квантового выхода люминесценции в полупроводниках Ai"Bv р-типа от концентрации акцепторов:

; - AIo iGao gAs : Ge [61]; 2-GaP:N [59]

Рис. 2.11. Экспериментальные зависимости внутреннего квантового выхода люминесценции в полупроводниках AiiR п-типа от концентрации доноров:

/ А1о iGao gAs : Те [39]; 2 - GaASj gj Р„ 38 : se [62]; 3 - Gap : Те, N [59]

Особое внимание было уделено отбору экспериментальных данных [59, 61, 39, 62].

В прямозонных твердых растворах р AljcGai-As, выращенных жидкостной эпитаксией и легированных Ge и Zn в диапазоне Юб см-зЛА<4-108 см-з, Т1внут = 80...98% (рис. 2.10). При Ла>4-10* см~з наблюдается незначительное, но закономерное уменьшение т]внут.

Уменьшение объясняется конкуренцией между (ГУ-ЬГЛ)-из-лучательными переходами и оже-переходами с участием дырок в акцепторной зоне. Если взять Вг=10~* см/с при Ла = 10 см" (рис. 2.8), то коэффициент захвата оже-процесса с участием подвижных дырок, рассчитанный по формуле

70p = Br/(T]H,yT-iV);

равен 1,4-10~ смс. Это экспериментальное значение находится в хорошем согласии с теоретическим Yop=2•10- смс, вычисленным в работе [63]. Сравнение зависимостей x\v.-&yi=]\Nа) для pAlo.iGao.gAs, рАЬ.зОао.тАз, рОаАзо.тРо.з и pGaAs (в работе [64] показано, что зависимость аналогична кривой I на рис. 2.I0) приводит к выводу, что статистический беспорядок в распределении компонентов мало сказывается на величине уор. Таким образом, в прямозонных соединениях АВ р-типа гашение люминесценции за счет оже-рекомбинации наступает лишь при iVл!>10 см"".

В непрямозонных соединениях АВ р-типа величина уор еще меньше. Если воспользоваться экспериментальными данными [65] для pGaAso,2Po,8 (т„=5-10-9с при iVzn=10 см"»), то уор2-10-° смс. Очевидно, что в pGaP, легированном цинком, величина уор не может быть больше, чем в р GaAso,2Po,8-

В pGaP, легированном цинкоми азотом (Л/=2-10* см-), наблюдается резкое уменьшение времени жизни т„ и соответственно 56

TiEHyi при Na>W см-з {рис. 2.10, кривая 2). Авторы [59] показали, что причиной этого уменьшения является оже-рекомбинация экситонов, связанных на атомах азота, с участием подвижных дырок. Для безызлучательного времени жизни экситона, определяемого оже-процессом [59], предложена следующая формула:

Т№ = VNe Р, (2.23)

где YNe-lO-" смз/с.

в прямозонном nAlo,iGao,9As : Те т]Енут~100% при A/ri<10® см-з pjjp 2.11). При Лг,>10 см-з время жизни дырок тр и т]внут сильно уменьшается. Как отмечалось в [64], оже-рекомбинация с участием подвижных электронов не может быть причиной этого уменьшения. Действительно, при я>10з см-з электронный газ вырожден и должно быть уор2-10-з° см/с, т. е. влияние оже-процесса возможно лишь при пlO см-з.

В непрямозонных полупроводниках АВ п-типа оже-рекомбинация с участием двух подвижных электронов еще менее вероятна. Если даже учесть междолинные перебросы по теории, развитой для кремния в [66], то при 7=300 К уор~2-10-з смс.

В соединениях АВ «-типа, легированных азотом, подвижные электроны могут принимать участие в безызлучательной аннигиляции экситонов, связанных на атомах азота. В этом случае в выражении (2.23) вместо р необходимо подставить п.

ДЕФЕКТЫ СТРУКТУРЫ

Рекомбинация носителей заряда на дефектах структуры, разновидность и концентрация которых определяется типом подложки к условиями роста, по-видимому, является важнейшим механизмом безызлучательной рекомбинации, контролирующим величину т]внут при малой и умеренной концентрациях легирующей примеси Na{Nd) < (1 ... Ю) - W см-з.

Наибольшую опасность в качестве эффективных центров безызлучательной рекомбинации представляют линейные дислокации и точечные дефекты (вакансии или Ш-центры, состоящие из вакансии и атома легирующей примеси) [67-70]. Присутствие дислокаций приводит к уменьшению концентрации вакансий в объеме между дислокациями; вакансии стремятся «высадиться» на ближайших дислокациях.

Уменьшение времени жизни неосновных носителей заряда г,п и внутреннего квантового выхода т]внут с ростом плотности линейных дислокаций pd можно описать следующими формулами:

t™ = tO„[1+UMtD)P.]->; (2 24)

Г1внут = [1 + (т«, DJ р,]-К

где т°т, т]%ут - значения в бездислокационном материале (рг- ->-0); Dm - коэффициент диффузии неосновных носителей заря-