Рис. 2.14. Энергетические диаграммы в модели конфигурационных координат <ККД) для DXd-nempa в различных состояниях:

J - электрон локализован на центре; 2 - электрон в л: {-минимуме (DM-цеитр опустошен);

3 - электрон в валентной зоне (иад-центр спустсшен)

-ff -4 -2

ные черты которой сводятся к следующему:

1. /)Хй-центр включает в себя один донорный атом и, вероятно, одну вакансию элемента V группы.

2. Центр имеет ярко выраженный неводородоподобный характер. Конфигурационная координатная диаграмма (ККД) DXdr центра (рис. 2.14) характеризуется исключительно сильной релаксацией рещетки при переходе центра между основным и возбужденными состояниями и необычным соотношением dfcEnxd, а не наоборот.

3. Из ККД следует, что захват электрона центром может произойти лишь при тепловом возбуждении системы в точке пересечения А кривых 2 и 1, при этом энергия активации Exd в равновесных температурных измерениях (например, эффект Холла) меньше энергии термоэлектронной эмиссии неравновесных электронов: Ее=Евхй+Е„„ . Обычно EnxdEnx (энергия ионизации водородоподобного донора данной химической природы).

4. DXd-mnTp связан с Х<=1-минимумом зоны проводимости. Захват (и эмиссия) электронов происходит только из этого минимума (в этот минимум).

5. Сечение захвата дырки может на много порядков превышать сечение захвата электронов, при этом оно слабо зависит от температуры.

6. Концентрация DXd-петров близка к полной концентрации доноров данной химической природы в решетке и мало изменяется вместе с составом твердого раствора при д:-0,2.

В конкретной системе твердых растворов не все донорные элементы образуют /)Хс?-центры. Так например, в AljcGai-ocAs центры с перечисленными основными характеристиками образуются атомами Те, Se, Sn, Si, а присутствие атомов С не сопровождается их образованием [74]. В GaAsi-jcPoc атомы Те и Se в отличие от атомов S не образуют DXd-nempbi [73]. По-видимому, в

* В связи с тем, что в интересующем нас диапазоне составов вблизи границы перехода от прямой к непрямой структуре зон наинизшим непрямым минимумом является Xi-минимум зоны проводимости, из рассмотрения исключаются ДЫ-центры, связанные с L-минимумом.

Ini 5cGaa:P и в AljcGai-jcAs атомы Те также we образуют сильных DXcf-центров, так как при Г«300К наблюдается достаточно интенсивная /)1/-полоса излучения, обусловленная этими атомами в водородоподобном состоянии.

Наиболее слабым местом в рассмотренной модели DXd-кент-ра, на наш взгляд, является предположение, что в состав центра обязательно входит вакансия элемента V группы [74]. Это предположение выглядит привлекательным в случае А xGai-xP (число Vas достаточно велико), но хорошо известно, что в GaAsi-жРж концентрация Vp должна быть мала. Идентификация дефекта, входящего в DXd-ixemp, требует дальнейших исследований. Возможно этот дефект связан с присутствием в решетке атомов As, так как в GaP /)Хс?-центры, по-видимому, не образуются [72, 74].

Не вызывает сомнения, однако, что если DXd-цетры присутствуют, то они должны существенно влиять на твнут в твердых растворах АВ п- и р-типа. Это обусловлено, во-первых, большой концентрацией центров (ЛихЛи) и, во-вторых, достаточно большими сечениями захвата электронов и дырок в диапазоне 7=-60... -f85°C (a=«10-... Ю- см).

При последующем рассмотрении кинетику безызлучательной рекомбинации с участием DXd-nempoB в материалах п- и р-типа будем характеризовать коэффициентом захвата ура{\па) и временем жизни Xpditnd)- Кроме того, предположим, что помимо DXd-цетров безызлучательная рекомбинация осуществляется также через другие глубокие энергетические состояния (М-цент-ры), обусловленные, например, точечными дефектами и дислокациями несоответствия. Будем описывать этот канал рекомбинации эффективной концентрацией Nm, коэффициентом захвата ум и временем жизни носителей тм.

Глава 3.

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ КРИСТАЛЛОВ

3.1. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕГО КРИСТАЛЛА

Как показывает накопленный к настоящему времени обширный экспериментальный материал, даже в случае бинарных соединений оптимизация параметров светоизлучающих структур представляет собой достаточно сложную задачу [14], что связано с необходимостью адекватного учета особенностей инжекции неосновных носителей заряда и специфики процессов излучательной и безызлучательной рекомбинации. Сложность проблемы оптимизации светоизлучающих структур еще более усугубляется при использовании многокомпонентных твердых растворов, поскольку адекватная физическая модель должна учитывать, во-62

первых, технологические особенности получения полупроводниковой структуры и, во-вторых, широкий диапазон изменения параметров зонной структуры энергетического спектра. Использовавшиеся до настоящего времени модели излучательной рекомбинации в трехкомпонентных твердых растворах Апв [21] позволили, в первом приближении, оценить потенциальные возможности этих материалов с точки зрения разработки светоизлучающих приборов. Вместе с тем появившиеся в последнее время данные, в особенности по излучательным характеристикам приборов иа основе гетероструктур AlGai-jcAs, существенно превосходят теоретические значения, полученные ранее.

Основная причина неудовлетворительного описания рекомби-национных процессов в рамках разработанных ранее моделей состоит в отсутствии последовательного учета безызлучательной рекомбинации с участием глубоких центров, связанных с донор-ными примесями, а также с наклонными дислокациями. Таким образом, специфика работы ПЗСИ на основе твердых растворов А"В\ подразумевающая использование умеренных уровней возбуждения, ставит задачу оптимизации параметров светоизлучающих структур по ряду технологических и эксплуатационных факторов (особенностей метода получения, характера и уровня легирования, состава твердого раствора, дислокационной структуры, толщины различных областей структуры, уровня возбуждения).

В общем случае основной технико-экономический показатель цифро-знаковых индикаторов (ЦЗИ) и светоизлучающих диодов (СИД) - удельная сила света - определяется по формуле

где Vx - значение стандартной функции видности при hvm, Цвнеш - внешний квантовый выход. Таким образом, помимо величины Vx, определяемой длиной волны излучения, основное влияние на /суд оказывает величина

Р ( е \ /о 14

/ \ hVm J

где Р - мощность излучения; / - прямой ток через прибор.

В настоящее время при получении светоизлучающих структур используется либо последовательное выращивание р- и и-слоев в одном процессе методом эпитаксии из жидкой фазы (ЖФЭ), либо процесс диффузии в слои и-типа. Примером первого типа структур являются структуры и+GaP-nGaP : N-pGaP : N, излучающие в желто-зеленой области спектра, структуры и+GaAs- -nGaAso,6Po,4 - nIno.29Gao,7iP-pIno,25Gao,75Po,9Aso,ipIno,29Gao,7iP желтого цвета свечения, структуры p+GaAs-pAlo.sGao.sAs- -p/41o,35Gao,65As-nAlo.sGao.sAs и p+GaAs-pAlo,32gao.68As- -pAlcsGacsAs-pAlo.ssGao.esAs-nAlo.sGao.sAs, излучающие в красной области спектра. При моделировании этих структур предпола-