температуры на эффективность безызлучательной рекомбинации с участием ГЦ достаточно сложно и должно учитывать специфические особенности каждого жонкретного случая. В число феноменологических факторов, определяющих температурную зависимость эффективности рекомбинации через ГЦ, помимо энергии ионизации примеси входят также сечения захвата носителей, характеризующиеся степенной зависимостью от температуры Оп.р ~ Г"".

С учетом того, что скорость оже-рекомбинации убывает с ростом ширины запрещенной зоны как fig"" и принимая во внимание умеренный уровень .легирования структур для ЗСИ, можно предполагать слабое влияние этого «еханизма безызлучательной рекомбинации на эффективность люминесценции.

Наряду с рассмотренными выше механизмами безызлучательной реком-бинации в ряде случаев существенную роль может играть рекомбинация на дислокациях и структурных дефектах (см. гл. 2). Это в первую очередь от-носится к твердым растворам, выращенным на подложках с сильным отличием постоянной решетки от постоянной решетки эпитаксиального слоя (например, GaAs, :.Px, 1п1 д,.Са:.Р).

В гл. 2 было получено выражение, определяющее эффективность излучательной рекомбинации с учетом безызлучательной рекомбинации на дислока-диях (2.27). Внутренний квантовый выход определяется в рассматриваемом •случае температурной зависимостью диффузионной длины носителей. В общем случае L= yDx уменьшается с понижением температуры, что должно приводить к уменьшению влияния безызлучательной рекомбинации на дислокациях.

Обзор экспериментальных данных по температурным зависимостям времени жизни носителей и эффективности излучательной рекомбинации приведен в работе [25].

Как указывалось в гл. 2, если внутренняя эффективность излучения далека от 100%, то время жизни носителей определяется в основном временем бе-вызлучательных переходов; при этом как правило, dxIdKO вблизи 7=300 К.

Температурные зависимости интенсивности примесных излучательных переходов носят термоактивный характер, что обусловлено термическим выбросом локализованных на центрах носителей; при этом энергия активации указанных процессов близка к энергии связи на центре носителя (или экситона).

Существенное влияние на температурную зависимость излучательного времени жизни оказывают параметры легирования электрически активными примесями (уровень легирования, энергия ионизации примеси, степень компенсации).

В большинстве случаев в полупроводниковых материалах реализуется нормальная температурная зависимость (НТЗ) эффективности излучательной рекомбинации. При этом в ряде специфических случаев возможна аномальная температурная зависимость (АТЗ) эффективности излучательной рекомбинации

Аномальная температурная зависимость может быть реализована как в прямозонных полупроводниках (при наличии глубоких центров), так и в материалах с непрямой структурой энергетических зон, не легированных оп-таческн активными примесями.

Широкий диапазон изменения температурного коэффициента эффективно-«тн излучения Ки в зависимости от технологически контролируемых парамет-

ров (уровень и характер легирования, содержание глубоких центров, дислокационная структура) создает предпосылки для разработки технологии, позволяющей управлять Ки и, в частности, реализовывать практически интересный случай Ки=0

С учетом проведенного выше анализа по влиянию температуры на рекомбинационные процессы в полупроводниковых материалах рассмотрим теперь воздействие тепловых эффектов на характеристики светоизлучающих приборов.

Одной ИЗ электрических характеристик, входящих в систему основных параметров полупроводниковых сВетоизлучающих приборов (СИД, ПЗСИ), является прямое падение напряжения [/„р при заданном прямом токе. Этот класс приборов включается в основном по схеме генератора тока; при этом в процессе варьирования температуры предполагается /np=const. В общем случае вольт-амперную характеристику (ВАХ) можно аппроксимировать соотношением [150]

/ = СГ"ехр~ , (7.4)

где С - постоянная, а а для реальных структур лежит обычно Б пределах 1,5 ...2,3. Из формулы (7.4) следует, что прямое падение напряжения при заданном прямом токе зависит от температуры в общем случае нелинейно:

U(T)=--a\nT+ \п{~] . {7.5}

I I \

Нелинейность температурного коэффициента напряжения (ТКН) определяется первыми двумя членами в формуле (7.5); при этом dU/dT=-{2..A) мВ/К [24] dW/dT = -0,89... 1,11 мкВ/К [150].

Практический интерес представляет и рассмотрение обратной ветви ВАХ. Не вдаваясь в подробности детального теоретического анализа физического процесса вблизи напряжения пробоя, отметим лишь основные моменты.

Во-первых, напряжение пробоя Ub убывает с ростом уровня легирования, существенно зависит от характера распределения примеси (резкий или плавный р-п переход), а также от ширины запрещенной зоны.

Во-вторых, температурный коэффициент напряжения пробоя составляет, как правило, 10... 10~ %/К и резко убывает с уменьшением [/обр. При этом в области туннельного пробоя происходит изменение знака ТКН [24].

Как известно [25], спектральное положение краевой полосы излучения в случае прямой межзонной рекомбинации и рекомбинации с участием примесных центров-активаторов люминесценции жестко связано с шириной запрещенной зоны. Таким образом, для большинства случаев температурная зависимость спектрального положения максимума полосы излучения может быть аппроксимирована соотношением Km=\.,24/Eg. При этом для темпе-158

ратурного коэффициента длины волны в максимуме полосы излучения dhmldT имеем Ь24 dEg

dT El ат

Простое выражение для температурного коэффициента мощности излучения СИД может быть получено, если аппроксимировать вольт-амнерные и ватт-амперные характеристики соотношениями [151]

/пр-оехр

Р = Реехр -

е t/np - 1

где Ей Ei - характеристические энергии активации. В этом случае для обычно используемого режима генератора тока получаем лри Г=300 К [151] 1 dP E - Ei Р

Из приведенного соотношения видно, что в общем случае температурный коэффициент мощности излучения существенно зависит от температуры; при этом при уменьшении Т его величина возрастает.

Типичные значения Кк для типичных светоизлучающих приборов на основе различных полупроводниковых материалов приведены в табл. 7.2. Видно, что абсолютная величина этого параметра превышает 0,5 %/iK.

Таблица 7.2. Температурные коэффициенты изменения прямого напряжения и силы сшета ПЗСИ

Прибор

Материал

пр, мВ,К

I dl.

АЛ 112 АЛ301 КЛ101

АЛС324

АЛС323

АЛС321

АЛС318

АЛС314

АЛС311А

АЛС306

АЛС343А-5

СИД СИД СИД

ЦЗИ ЦЗИ ЦЗИ ЦЗИ ЦЗИ ЦЗИ ЦЗИ ЛШ

AIGaAs GaP:(Zn,0) SiC

GaAsP

GaAsP

GaP:N

GaAsP

GaAsP

GaAsP

AIGaAs

GaA P

0,68 0,7

0,58...0,7

0,65...0,67

0,66±0,01

0,56

0,66

0,66

0,65...0,66 0,66

-0,5...-3

-1,7±0,2 -0.4

-1,3+0,5 -0,5 +0,8+0,2 (Г=3007<Г) 0 (T=330K) -0,6(r>330/f) -0,8+0,2 -1,2+0,3 -0,5 -1,7+0,4 -0,8+0,1 -0,85-HO, 1 -0,7+0,1 -2±0,5

Примечание. ЛШ - линейная шкала.