0,5... 1,5 мкм. Б этом случае яркость электролюминесценции составляла 1000 кд/м, а внешний квантовый выход был на уровне 10-.

6.2. ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЕ ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ

Возможность плавного изменения ширины запрещенной зоны лри изменении состава твердых растворов делает эти материалы (в особенности с прямой структурой энергетических зон) чрезвычайно привлекательными в разработках светоизлучающих приборов. К сожалению, необходимая для генерации излучения в видимой области спектра достаточно большая ширина запрещенной зоны ограничивает число перспективных материалов узким кругом практически интересных трехкомпонентных систем.

К наиболее перспективным системам относятся твердые растворы Ini xGascP.

.В соответствии с проведенным в гл. 2 анализом уменьшение энергетического зазора между прямым Г<=1- и непрямым Х<=1-мини-мумами зоны проводимости в переходной области составов сопровождается быстрым убыванием эффективности излучения. .Учет спектральной зависимости чувствительности человеческого глаза, описываемой кривой видности, показывает, что максимальная яркость люминесценции в рассматриваемой системе должна достигаться в желто-оранжевой области спектра. Интересной особенностью данной системы (как, впрочем, и всех систем с различным типом зонной структуры исходных бинарных соединений) является то, что в непрямозонной области составов вблизи границы перехода от прямой структуры энергетических зон к непрямой при комнатной температуре доминирует полоса прямой межзонной рекомбинации и при определенных условиях возможна генерация излучения с энергией квантов, превышающей ширину запрещенной зоны непрямозонного бинарного соединения (в данном случае GaP).

Существенная композиционная зависимость постоянной решетки, обусловленная значительным рассогласованием этого параметра у исходных бинарных соединений (Ла/ах7%), определяет технологические трудности получения совершенных структур на основе этого материала. Жидкофазная эпитаксия в рассматриваемом случае применима для выращивания твердых растворов с малым содержанием InP на подложках из GaP. Для получения твердых растворов с большим содержанием InP ЖФЭ целесообразна лишь при использовании в качестве подложек структур GaAsi 3cPx:, полученных методом газофазной эпитаксии.

Использование твердых растворов с содержанием GaP менее 50%, по-видимому, нецелесообразно, поскольку спектральный диапазон излучения структур на основе Ini-xGaP (х<0,5) соответствует красному цвету свечения, перекрываемому хорошо освоенными в настоящее время структурами на основе AlxGai-As н GaAsi xP.x. В то же время в области составов х= 0,6...0,7, соот-

ветствующей области максимальной яркости люминесценции в рассматриваемой системе, структуры 1п1 жСажР могут представить несомненный практический интерес в силу ряда причин. Во-первых, вследствие прямого характера оптических переходов в этом случае возможно достижение более высокой удельной силы света по сравнению с освоенными структурами на основе непрямозон-ного GaAsi-жРж, легированного азотом. Во-вторых, существенно меньщая полущирина спектров прямой межзонной рекомбинации по сравнению со спектрами экситонной рекомбинации на N-центрах обеспечивает лучшую монохроматичность излучения и тем самым - контрастность достигаемого изображения при использовании структур 1п1 жСажР в ПЗСИ. При этом может быть использован хлоридно-гидридный метод эпитаксии на подложках GaP (см.. гл. 4). Какбыло установлено в работе [122], при температуре подложки выше 940 К и отношении скоростей газовых потоков НСЬп/НСЬа порядка 10...20 структуры характеризовались зеркальной поверхностью с сетчатой текстурой в виде микровыступов, ориентированных в направлениях (110) и (110), представляющих собой упорядоченные строи дислокаций. Оптимальными-условиями роста, являются: температура подложки 980... 990 К при температуре источников In и Ga 1120... 1140 К. Эпитаксиальный слой постоянного состава имеет, как правило, толщину 7... 10 мкм; при этом концентрация носителей в слоях «-типа составляет 4-10... 2-10" см-. Светоизлучающие структуры получали диффузией Zn в слои «-типа; их максимальная яркость составляла 5000... 10 000 кд/м при плотности тока 10 А-см- (?i,=585 нм).

Представленные экспериментальные данные свидетельствуют о больших потенциальных возможностях системы 1п1 жОажР. В то же время, как показывает теоретический анализ (см. гл. 3), прогнозируемые значения параметров для системы Ini-xGaxP существенно выше практически реализованных значений удельной яркости в светоизлучающих кристаллах. Как показано в гл. 2, одним из наиболее существенных факторов, определяющих эффективность излучательной рекомбинации в структурах с градиентом состава, является влияние наклонных дислокаций. В связи с этим особый интерес представляет моделирование условий, при которых вклад безызлучательной рекомбинации на стенках наклонных дислокаций может быть существенно уменьшен. По-видимому, указанные условия реализуются в излучающих р-/-«-структурах на основе Ini-xGaxP [123]. В этом случае излучение, как правило, локализуется в одной области диаметром 20... 25 мкм, где про» исходит шнурование электрического тока. Высокая плотность тока в канале позволяет предполагать уменьшение влияния безызлучательной рекомбинации на стенках наклонных дислокаций. Проведенные измерения [123] показывают, что максимальная удельная яркость в таких структурах на основе 1по,4Сао,бР и шо.згСао.бвР составляет соответственно 2500 и 800 кд-м--А--см.

Твердые растворы Gai-AlxP характеризуются непрямым типом зонной структуры во всем диапазоне составов. На основе этой И©

С11стемы возможно создание источников излучения насыщенного двета свечения, поскольку ширина непрямой запрещенной зоны больше соответствующего параметра GaP; при зтом композиционная зависимость Eg может быть аппроксимирована линейной функцией [124]:

=2,260-f 0,180 х; (6.1)

соответствующее соотношение для прямой запрещенной зоны имеет вид

£ =2,80 +0,61 х (6.2)

Исследование люминесцентных свойств твердых растворов Gai-xAljcP, проведенные в работе [125], позволило установить, что в области температур вблизи 7=300 К При достаточно больших уровнях возбуждения доминирует собственная экситонная рекомбинация; при этом увеличение содержания А1Р в твердых растворах приводит к изменению интенсивности бесфонной LЛ-пoлocы рекомбинации свободных экситонов. В отличие от твердых растворов Ini-jcGaxP и GaAs i-xPx во всем диапазоие составов в соответствии с соотношениями (6.1), (6.2) происходит увеличение энергетического зазора АЕхг между прямым и непрямым минимумами зоны проводимости, что должно приводить к уменьшению эффективности излучательной рекомбинации свободных экситонов с увеличением содержания А1Р в твердых растворах. Это обстоятельство, по-видимому, и является одной из причин экспериментально наблюдаемого уменьшения внешнего квантового выхода люминесценции при увеличении х [125]. Второй причиной, которая может приводить к уменьшению эффективности излучательной рекомбинации, является незначительное, но конечное рассогласование постоянных решетки А1Р и GaP (б,4505-10~ и 5,464х Х10~* мкм соответственно [126]). Как отмечалось в § 6.1, собственная экситонная рекомбинация особенно чувствительна к дефектам структуры и присутствию примесных центров. В связи с этим возможным представляется влияние третьей причины - увеличения концентрации фоновой примеси кремния, сопутствующей эпитаксиальному росту из расплавов, содержащих алюминий.

Совокупное влияние трех перечисленных причин, по-видимому, объясняет существенно меньшую (по сравнению с GaP) эффективность излучательной рекомбинации в твердых растворах Gai-xAlxP, не содержащих примесь-активатор. В качестве альтернативного решения проблемы повышения эффективности излучения предлагалось ввести изоэлектронную примесь азота в этот материал [14]. Вместе с тем, как показали проведенные в работе [127] исследования, при сохранении характерной для рекомбинации связанных на N-центрах экситонов фононной структуры, размытой при достаточно большом содержании А1Р вследствие влияния статистического беспорядка, спектральное положение полосы Излучения практически не зависит от состава твердых растворов. Таким образом, с практической точки зрения переход от GaP: N