Легирование активной области

August 23, 2011 by admin Комментировать »

Легирование активного и барьерных слоев двойных гетероструктур примесями соответствующих типов заметно отражается на эффективности светодиодов. Влияние легирования на величину внутреннего квантового выхода однозначно характеризовать невозможно. Сначала рассмотрим случай легирования активной области.

Активная область светодиодов с двойной гетероструктурой не должна быть сильно легированной, поскольку в этом случае примеси р- или n-типа сформируют р-п-переход на краю квантовой ямы на границе раздела активная область — барьерный слой, способствующий перетеканию носителей из активной области в один из внешних слоев.

Диффузия носителей в соседние с активной областью слои приведет к снижению квантового выхода. Поэтому активную область светодиодов с двойными гетероструктурами на основе арсенидов и фосфидов III группы сильно не легируют.

Обычно активную область двойных гетероструктур либо совсем не легируют, либо уровень ее легирования не превышает концентрации примесей в барьерных слоях. Типичные значения концентрации легирующих примесей в активной области светодиодов р- или п-типа, как правило, лежат в диапазоне 1016-1017см-3

Поскольку диффузионная длина электронов, когда они являются неосновными носителями, значительно больше, чем у дырок в аналогичном случае, активная область легируется примесями р-типа гораздо чаще, чем примесями п-типа. (Следует отметить, что в полупроводниках типаAIIIBVэлектроны обычно обладают большей подвижностью, чем дырки.) Поэтому при легировании активной области светодиода примесями р-типа удается получить более равномерное распределение носителей вдоль нее.

На рис. 7.4 (Sugawaraetal., 1992) на примере светодиода из AlInGaPс двойной гетероструктурой показана зависимость квантового выхода излучения светодиодов от концентрации легирующих примесей в активной области. Видно, что высокий квантовый выход достигается при концентрациях легирующих примесей меньше 1 ·1016см-3 для активной области п-типа и меньше 1·1017 см-3 для активной области р-типа.

Из рис. 7.4 также видно, что предпочтительнее проводить слабое легирование активной области примесями р-типа, чем примесями п-типа. Именно поэтому активную область светодиодов и лазеров чаще всего легируют акцепторными примесями. К тому же, если активная область светодиода легирована примесями п-типа, электроны, обладающие большей по сравнению с дырками диффузионной длиной, активнее диффундируют в барьерный слой р-типа.

светодиода может иметь как преимущества, так и недостатки. Время жизни носителей зависит от концентрации основных носителей. В режиме слабого возбуждения (подача низкого прямого напряжения) при увеличении концентраций свободных носителей (сопровождающем рост концентрации легирующих примесей) время жизни носителей сокращается. Это приводит к повышению вероятности излучательной рекомбинации. Примером материала, квантовый выход излучения которого увеличивается с ростом концентрации примесей, является GaAs, легированный бериллием. Однако хорошо известно, что квантовый выход излучения GaAs, содержащего бериллий, растет только при умеренных уровнях легирования.

С другой стороны, легирующие примеси, особенно в случае высоких концентраций, могут вносить в структуру дефекты, которые будут играть роль центров рекомбинации. Высокие концентрации ле-

Рис. 7.4. Зависимость квантового выхода излучения светодиодов AllnGaPс двойной гетероструктурой, с длиной волны излучения 565 нм, от уровня легирования активной области (Sugawaraetal, 1992).

 

гирующих примесей ведут к увеличению концентрации собственных дефектов, что вызвано взаимной зависимостью концентраций собственных и несобственных дефектов и положения уровня Ферми (Longini, Greene, 1956; Baraff, Schluter, 1985; Walukiewicz, 1988, 1989, 1994; Neugebauer, VandeWalle, 1999).

Процесс эпитаксиального роста также непосредственно связан с концентрацией легирующих примесей, поскольку они могут действовать как поверхностно-активные вещества (ПАВ). Например, ПАВ часто повышают поверхностный коэффициент диффузии, тем самым улучшая качество кристаллов. Существуют и другие способы воздействия ПАВ на технологический процесс эпитаксиального выращивания. Хотя эти свойства ПАВ еще недостаточно изучены, улучшение качества кристаллов в присутствии ПАВ наблюдалось во множестве случаев, например при легировании InGaNатомами кремния в процессе его выращивания (Nakamuraetal., 1996, 1998). Концентрация кремния в барьерных слоях в структурах с множественными квантовыми ямами на основе нитридов III группы может достигать довольно больших значений, например 2·1018см-3. Наблюдаемое повышение квантового выхода светодиодов может быть связано с экранированием внутренних поляризационных полей, снижающих разность потенциалов внутри активной области.

Источник:

 Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты