Светодиоды на основе AlGaAs/GaAs

October 25, 2011 by admin Комментировать »

Гетероструктуры AIa;Gai_a;As/GaAsбыли разработаны в 1970-е гх., а в начале 1980-е гг. на их основе были реализованы первые светодиоды, с высокой яркостью свечения (Steranka, 1997) ‘). Поскольку алюминий и галлий имеют весьма близкие атомные радиусы (1,82 А и 1,81 А), система Al^Gai-xAs(или просто AlGaAs) остается согласованной по параметрам решетки с подложкой GaAsво всем диапазоне изменений молярной доли алюминия в трехкомпонентном составе. На рис. 12.6 показаны значения ширины запрещенной зоны и постоянных решеток некоторых полупроводников типа А^^’В^ и их трех- и четырехкомпонентных твердых растворов. Видно отсутствие зависимости между постоянной решетки и молярной долей алюминия (Tien, 1988).

Рис. 12.6. Запрещенные зоны и значения постоянных решеток некоторых полупроводников типа при комнатной температуре (Tien, 1988)

 

‘) См. приоритетные работы Ж. И. Алферова [8, 9] и оригинальные публикации группы Ж. И. Алферова [10].

 

На рис. 12.7 представлена зависимость ширины запрещенной зоны Al^Gai-xAsот ж —молярной доли алюминия (Casey, Panish, 1978). Видно, что GaAsи AlxGai-^Asс молярной долей ж < 45% являются прямозонными полупроводниками, Г-долина зоны проводимости определяет ее самый нижний энергетический уровень. При а; > 45 % полупроводник становится непрямозонным, и минимум зоны проводимости определяет Х-долина.

Рис. 12.8. Зонные диаграммы структур AlGaAs/GaAs, излучающих свет в красной спектральной области: а —структура AlGaAs/GaAsна основе квантовой ямы, созданной в виде тонкого слоя GaAs; б —двойная гетерероструктура AlGaAs/AlGaAsс активным слоем AlGaAs

 

ния (а) и с двойной гетероструктурой(б), где

AlGaAsиспользуется для построения и барьерных слоев и квантовой ямы. Недостатком активных областей первого типа явлеется малая толщина слоев GaAs, ограниченных барьерами AlxGai_xAs.

Вертикальный перенос в структурах с множественными квантовыми ямами (МКЯ) может приводить к неравномерному распределению носителей в активной области с МКЯ, если только барьеры не слишком тонкие. Поэтому для создания ярких светодиодов предпочтительнее активные области с двойными гетероструктурами

изготавливают ввиде гомогенных структур, одиночных и двойных гетероструктур (Nishizawaetal., 1983). Самые эффективные светодиоды красного свечения на основе AlGaAsвыращивают на прозрачных подложках, они имеют двойную гетероструктуру (Ishiguroetal., 1983; Sterankaetal., 1988; Ishimatsu, Okuno, 1989). Такие светодиоды выращиваются на временных подложках GaAsи состоят из толстого (~ 125 мкм) нижнего барьерного слоя AlxGai_xAsс молярной долей ха\ > 60%, активного слоя Al^Gai-xAsс жа! = 35% (для диодов красного свечения) и верхнего барьерного слоя, аналогичного нижнему. Для светодиодов инфракрасного диапазона молярная доля алюминия во всех слоях будет ниже. По окончании эпитаксиального выращивания требуемой структуры поглощающая подложка GaAsудаляется методами шлифовки и селективного жидкостного травления. Яркость светодиодов AlGaAsс двойными гетероструктурами, выращенными на прозрачных подложках, более чем в два раза выше, чем у аналогичных светодиодов на поглощающих подложках (Sterankaetal., 1988).

В 1980 гг. светодиоды на основе AlGaAsна прозрачных подложках выращивали методом эпитаксии из жидкой фазы. Это позволяет с высокой скоростью выращивать толстые слои AlGaAsвысокого качества с большим содержанием алюминия, поэтому метод пригоден для серийного производства (Ishiguroetal., 1983; Sterankaetal., 1988; Ishimatsu, Okuno, 1989). на поглощающих подложках могут быть также выращены методом эпитаксии из газовой фазы металлоорганических соединений (Bradleyetal., 1986). Однако скорость выращивания кристаллов этим методом значительно ниже, чем методом жидкостной эпитаксии, поэтому его при помощи трудно получать толстые слои, необходимые для создания светодиодов. Первые сверхъяркие светодиоды, применяемые в индикаторных лампах светофоров и сигнальных лампах торможения автомобилей, которые должны быть четко различимы в условиях яркого внешнего освещения, были выращены на прозрачных подложках и содержали двойные гетероструктуры AlGaAs.

Надежность светодиодов на основе AlGaAsвсегда ниже, чем на основе AllnGaPбез слоев AlGaAs. Высокое содержание алюминия в слоях AlGaAsявляется причиной их окисления и коррозии, что значительно снижает срок службы устройств, в которых они применяются. Отмечалось (Dallesasseetal., 1990), что гетероструктуры AlGaAs/GaAsразрушаются из-за процессов гидролиза. Трещины, расколы и поры были обнаружены в толстых (> 0,1 мкм) слоях AlGaAsс высоким содержанием алюминия (~ 85%) после длительного пребывания в нормальных условиях. Также отмечен любопытный факт: очень тонкие слои AlGaAs(~ 20 нм) более устойчивы, чем толстые слои, даже если содержат до 100% А1. Для предотвращения процессов окисления и гидролиза слоев AlGaAsнеобходимо использовать герметичные корпуса. В работе (Sterankaetal., 1988) утверждается, что после испытаний в довольно суровых условиях ускоренного старения (светодиоды в течение 1000 ч работали при температуре 55 °С и токе инжекции 30 мА) часть светодиодов на основе AlGaAsпромышленного изготовления вышла из строя. Однако у другой части светодиодов не было обнаружено никаких следов разрушения. Такие результаты говорят о необходимости строгого контроля процессов изготовления и монтажа светодиодных устройств.

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