Введение к работе
Актуальность темы. Одним из перспективных неправлений при разработке микроэлектронных функциональных приборов является использование в качестве активных областей химически неоднородных твердых растворов ( вариэонных слоев ). Это обусловлено тем, что наличие возможности управления пространственным изменением состава в процессе выращивания позволяет направленно изменять электрические, оптические и иные физические свойства подобных слоев. В вэризонных структурах возникает, кроме того, целый ряд новых, специфических, не свойственных гомозонным структурам эффектов, что позволяет создавать качественно новые функциональные приборы. Указанные широкие экспериментальные возможности обуславливают интерес к совершенствование существующей модели переноса и рекомбинации неравновесных носителей заряда ( ННЗ ) в вариэонных структурах. Интерес к теоретическим разработкам стимулируется и результатами последних экспериментальных исследований физических свойств неоднородных твердых растворов. Так, целый ряд экспериментальных данных ( в частности, результаты исследований трансформации спектров фотолюминесценции при изменении условий рекомбинации НИЗ на узкозонной поверхности структуры ) не исткет, быть "интерпретирован в рамках существующей модели без привлечения дополнительных предположений. С другой стороны, результаты экспериментальных исследований свойств гоиозонных твердых растворов свидетельствуют о существовании композиционных зависимостей параметров переноса, т.е. зависимостей подшпностн и времени жизни носителей от состава раствора. В ворнзепных структурах, в которых состав зависит от координаты, указанные зависимости определяют пространственную неоднородность параметров переноса и рекомбинации. Последнее обстоятельство не учтено в существующей модели и его учет требует специального рассмотрения. Композиционная зависимость параметров мскет трансформировать координатное распределение ИВ, которое определяет измеряемые характеристики люминесценции и других неравновесных явлений. Недостаточно внимания уделено таїяє изучения влияния профиля, а тзіле флуктуации состава твердого раствора и связанных с этим макроскопических флуктуации потенциала на перенос ННЗ з градиентных структурах. Такие исследования представляв?? ка только самостоятельней интерес, но и велілі для оптимизации параметров оптеэлсктречтгх лрнбороп ня осногз
варизонных структур.
Возможным направлением улучшения параметров быстродействие щих предпрсбойньк электролиминесцентных диодов является использ вание активных областей на основе твердых растворов переменного состава. Это обуславливает необходимость разработки методики ра чета спектров предпробойной электролюминесценции в варизонных р одных структурах.
Целью диссертационной работы является исследование влияния композиционных зависимостей подвижности и времени жизни, нелине ноет" профиля ширины запрещенной зоьы и флуктуации состава на г ренос неравновесных носителей заряда и формирование спектров фс то- и электролюминесценции варизонных структур, а также исследс вание особенностей формирования спектров предпробойной алектро; ыинесценции обратносмещенных варизонных диодных структур.
Научная новизна.
-
Впервые исследовано влияние композиционных зависимостеі подвижности и времени жизни на перенос ННЗ в варизонных структ: pax. Получены аналитические выражения и удобные апроксимационш зависимости пространственного распределения концентрации ННЗ nj экспериментально наблюдаемых в твердых растворах А Вь и А В композиционных зависимостях, которые позволялт проанализироваті влияние встроенного квазиэлектрического поля и параметров компі зиционных зависимостей на эффективную длину переноса.
-
Впервые показано, что композиционная зависимость подвк иости приводит к немонотонному изменении оффективной длины пер^ носа при изменении градиента ширины запрещенной зоны. Установл' но качественное и количественное согласие полученных расчетных закономерностей и результатов экспериментальных исследований гг различных температурах для AtxGa,_xAs структур.
-
Впервые установлено, что в структурах с монотонно гаме ющшліся шириной запрещенной зоны и величиной встроенного квази электрического поля возможно немонотонное ( с локальным максим мом в объеме ) пространственное распределение концентрации ННЗ Проанализированы условия возникновения локального максимума и его проявление в спектрах люминесценции.
-
Впервые исследовано влияние крупномасштабных простране венных флуктуации состава на перенос ННЗ в варизонных структур і'стшоаіено, что пространственные флуктуации с-окслериментальн наблюдаемыми в соединениях А Е амплитудами могут приводить к
іцественному уменьшен эффективных длин переноса и ухудшения імеряемцх параметров оптоэлектронньк приборов.
-
Впервые установлено, что наличие крупномасптабных про-гранственных флуктуации, не изменяя характерной для варизонных груктур монотонной зависимости эффективньк длин переноса от гра-дента ширины запрещенной зоны, в наибольшей степени у«еньшаят йективную длину переноса в случае равенства стандартного откло-гния амплитуды флуктуирующего поля величине среднего значения строенного квазиэлектрического поля. Устрновлено, что при увели-ении градиента ширины запрещенной зоны степень влияния простран-твенных флуктуации уменьшается.
-
На основании принципа детального равновесия предложен но-ый подход к расчету спектра внутризонного излучения неравновес-ых носителей с использованием функции распределения носителей по нергиям, позволяющий рассчитать такие спектры как для гомоэогашх, ак и варизонных структур. Установлено, что спектральные эависн-:ости предпробойной электролюминесценции варизонных и гомозонных труктур совпадает при энергиях фотонов, значительно превышающих редкою энергия равновесных носителей, а интенсивность излучения іаризонньк lAGa(_xAs структур зависит от градиента состава твердо-о раствора при лгбых механизмах внутрнзонных иэлучателышх пере-:одов.
Защищаемые положения.
-
Наблюдаемая в тройных твердых растворах соединений А В сомпозиционнея зависимость подвижности обуславливает экспериментально установленную в варизонных Alx6a,_xAs структурах неионотон-ijto зависимость эффективной длины переноса ННЗ от градиента аирины запрещенной зоны.
-
Для твердых растворов AlxQa1^tAs и Сс^Нд^о максимально ^остіяимая длина переноса ННЗ в варизонных структурах и соответствующее ей значение градиента Eg существенно зависят от параметров композиционных зависимостей подвижности и времени аизнн.
-
В варизонных структурах с нелинейными профилями шириш запрещенной зоны и монотонно убывающими с координатой величинами Ва и встроенного квазгалектрического поля возможно возникновение максимума пространственного распределения концентрации НКЗ в объеме при наличии в структуре области, в которой характерная длина изменения встроенного поля меньше длины диффузионного смещения.
4. Степень влияния наблюдаемых в твердых растворах крупномасштабных ( по сравнении с длиной свободного пробега ) квазиодномерных пространственных флуктуации состава на перенос ННЗ в вариэонных структурах определяется отношением стандартного отклс нения амплитуды к среднему значеній встроенного квазиэлектрического поля, достигая максимума при равенстве указанных величин и монотонно убывая при уменьшении их отношения.
Практическая значимость работы определяется тем, что в неі на. примере A^Ga^As проведено исследование ряда механизмов, огрг ничивапщих рост эффективной длины переноса ННЗ при увеличении градиента ширины запрещенной зоны в реальных вариэонных структурах и получены условия для достижения оптимальных значении этих длин, определяош.их основные характеристики светоиэлучаощих и фотоэлектрических приборов.
Практическая ценность работы обусловлена и тем, что результаты в рассматриваемых моделях представлены не только в виде точных аналитических решение, но и в виде .простых апроксимацион-ных зависимостей, справедливых при экспериментально наблюдаемых значениях параметров твердых растворов и пригодных для практического анализа экспериментальных результатов.
На основе рассмотренных моделей предложены экспериментальные методики определения параметра композиционной зависимости подвижности ь варизонных структурах с линейным профилем и длины диффузионного смещения в структурах с экспоненциальным профилем ширины запрещенной зоны.
Апробация работы. Результаты диссертационной ргботы опубликованы в 8 работах, докладывались и обсуждались на Третьей Все-созной конференции по физике и технологии тонких полупроводниковых пленок ( Ивано-Франковск, 1920 ), конференции молодых ученых "Горячие электроны и коллективные явления в полупроводниках" ( Неда, 1990 ), научно-технической конференции "Оптоэлектронные мзтоды и .средства обработки информации" ( Винница, І9Є8 ).
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, приложения, списка цитируемой литературы. Объем диссертации 150страниц, в тон числе I таблица, 43 рисунков. Список цитируемой литературы ИЗ наименований.
