Поляризационные эффекты в нитридах П1 группы

October 13, 2011 by admin Комментировать »

Наиболее распространенной при эпитаксиальном выращивании нитридов III группы является плоскость с гексагональной структуры типа вюрцита. На каждой из двух поверхностей слоя нитрида в процессе выращивания формируются поляризационные заряды, что приводит к появлению в слое внутреннего электрического поля, оказывающего сильное влияние на оптические и электрические свойства этого класса полупроводников.

Заряды на поверхностях полупроводников могут возникать за счет как спонтанной поляризации, так и пьезоэлектрической поляриза-

Рис. 13.3. Поверхностные заряды, направление электрического поля и поля поляризации при спонтанной и пьезоэлектрической поляризации в нитридах III группы при разной ориентации кристаллов в процессе эпитаксиального роста (со стороны Gaили со стороны N)

 

ции вследствие механических напряжений внутри материала (Вегпаг- dinietal., 1997; Ambacheretal., 1999, 2000, 2002). Полярность внутреннего электрического поля зависит от вида деформации и направления эпитаксиального роста кристаллов (со стороны галлия или со стороны азота). На рис. 13.3 рассмотрены несколько случаев поляризации.

Механическая деформация эпитаксиального слоя может быть вызвана как его растяжением, так и сжатием. В последнем случае эпи- таксиальный слой сжимается в поперечном направлении (поперечное здесь означает в плоскости подложки). Например, слой InGaNпри выращивании на толстом буферном слое GaN, находящиеся в ненапряженном состоянии, будет сжиматься. В случае растяжения эпи- таксиальный слой расширяется в поперечном направлении. Так, слой AlGaNпри выращивании на толстом буферном слое GaN, находящиеся в ненапряженном состоянии, будет растягиваться.

На рис. 13,4 приведены расчетные значения электрического поля, возникающего в твердых растворах нитридов III группы, выращенных на ненапряженных слоях GaN (Gessmannetal., 2002).

На рис. 13.5 показано влияние поляризационных полей на структуры с квантовыми ямами. Внутреннее электрическое поле в слоях с квантовыми ямами разделяет в пространстве электроны и дырки, тем самым снижая вероятность излучательной рекомбинации. Этот эффект особенно сильно сказывается в структурах с толстыми активными слоями в виде квантовых ям (толщиной более 100 А). Для его снижения необходимо использовать очень тонкие активные области. Для минимизации эффекта разделения электронов и дырок обычно выбирается толщина квантовых ям 20-30 А.

Влияние сильных электрических полей, вызванных поляризационными эффектами, можно уменьшить путем увеличения концентрации свободных носителей. Этого добиваются либо сильным легированием активных областей, либо увеличением тока инжекции. Такое экрани-

Рис. 13.4. Величина и направление спонтанной и пьезоэлектрической поляризации в псевдоморфных слоях InGaNи AlGaN, выращенных на ненапряженных слоях GaN. Ненапряженным слоям GaNсвойственна спонтанная, а не пьезоэлектрическая поляризация (Gessmannetal., 2002).

 

рование внутренних электрических полей ведет к сдвигу максимума излучения в коротковолновую часть спектра, что часто наблюдается в светодиодах на основе InGaNпри увеличении тока инжекции.

Однако у явления поляризации есть и положительная сторона. Его можно использовать для уменьшения сопротивления омических контактов в светодиодах на основе GaN. Для этого на поверхность слоя GaNр-типа наносится тонкий слой InGaN, находящийся в напряженном (сжатом) состоянии, который и выполняет роль усовершенствованного при помощи поляризации контакта. Электрическое поле внутри

Рис. 13.5. Зонные диаграммы тонкого (а) и толстого (б) активного слоя AlGaN/GaNс поляризационными полями (верхняя поверхность кристаллов — Ga, подложка изображена с правой стороны)

 

такого контакта, появившееся вследствие поляризации, способствует повышению вероятности туннелирования дырок и соответственно снижению сопротивления слоя InGaN (Lietal., 2000; Gessmannetal., 2002). Сообшается о нанесении отожжённых и неотожженных омических контактов такого типа на поверхность слоя GaNр-типа (Kumakuraetal., 2001, 2003). В случае отжига удельное сопротивление контактов составило 2 • 10^^ Ом-см~^, а во втором — 1,1 • 10~® Ом-см"^, Усовершенствование контактов светодиодов за счет эффекта поляризации позволяет снизить их удельное сопротивление на несколько порядков по сравнению с контактами, сформированными по традиционным технологиям. Поэтому рабочие напряжения прямого смещения для светодиодов на основе GaNс улучшенными контактами, как правило, значительно ниже рабочих напряжений аналогичных диодов с обычными контактами (Su, 2005).

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