Введение к работе
Актуальность темы. Светоизлучающие диоды (СД) один из основпых элементов оптоэлектропики, предназначены в основном для визуального восприятия информации. Для создания диодов в видимой области спектра, необходимо чтобы ширина запрещенной зоны была примерно равна или больше 1,8 эВ, т.к. человеческий глаз восприимчив к излучению именно с этой эпергиен. Для создания СД также важно патучать полупроводниковые гомо или гетероструктуры, при этом вьшод излучаемого света из кристалла должен быть как можно с меньшими потерями на самопоглошение и т.д. За последние три десятилетия постепенно решались эти и другие вопросы для создания высокоэффективных СД. Принципиально было решено получение высокоэффективных светоизлучающих диодов в красной, оранжевой, желтой, зеленой и синей областях спектра. Несмотря па такие успехи пауки и техники, пока еще много нерешенных проблем в этой сфере оптоэлектроники. Во первых надо решить вопрос получения высокоэффективных СД в синей и фиолетовой областях спектра.Надо повысить внутренний квантовый выход до 100%, уменьшить потери на самопоглошение внутри кристалла, максимально увеличить внешний квантовый выход за счет многопроходимости или переизлучения света, уменьшить потребляемую мощность, решить вопрос деградации и т.д.
Потребность в СД с каждым днем растет (папр, фирма Hewlett-Packard в год продает СД на несколько миллиардов долларов).Перспективы осуществления проектов будущего (оптоэлект-ронпые микропроцессоры, плоский экран, оптический кабель и т.д.) делают очень актуальными как создание новых технологий, так и исследования в этом направлении.
Цель работы - изучеппе вопросов кинетики и деградации в СД на основе GaAs с сильно легированной компенсированной активной областью. Одной из основпых характеристик СД является время жизни инжектированных в активную область неосновных носителей тока. Здесь конкурируют два капала рекомбинации: канал излучательной и капал безызлучательпой рекомбипации. Знание времен излучательной рекомбипации дает возможность определить квантовую эффективность, быстродействие СД и т. д. Оказалось, что чем больше квантовая эффективность, тем меньше его быстродействие.
Как показывают эксперименты, большой квантовый выход достигается в СД, активная область которых сильно легирована и сильно компенсирована. В диссертационной работе теоретически изучены экспериментально наблюдаемые зависимости времен излучательных переходов от частоты излучаемого кванта в сильно легированных полупроводниках с высокой степенью компенсации.
СД со временем деградируют (уменьшается интенсивность излучаемого света). Наряду выше изложеным, целью диссертационной работы является изучение деградации и нахождение путей его устранения.
Новизна работы. 1.Впервые учтены глубокие уровни акцепторного типа при вычислении излучательных времен жизни в зависимости от частоты в сильно легированных компенсированных полупроводниках, при рекомбинации электронов с уровней протекания на уровни акцепторного типа.
2. Впервые получено аналитическое выражение для времен жизни неосновных носителей в зависимости от частоты при переходах "хвост-хвост" в сильно легированных полупроводниках с высокой степенью компенсации.
3.Впервые получено аналитическое выражение для времени жизни неосновных носителей в сильно легированных компенсированных полупроводниках при излучательных переходах электронов из зоны проводимости на глубокие донорные уровни.
4.Впервые для объяснения причин деградации СД предложен механизм фотостимулировашюй диффузии междоузельных атомов основной легирующей примеси, вызванной излучением генерированного в активной области прибора
5. Впервые даны рекомендации для ослабления или устранения медленных процессов деградации.
б.Впервые дана правильная интерпретация величины уменьшения ширины запрещенной зоны в сильно легированных компенсированных полупроводниках.
7.Впервые объяснено, каким образом сильное легирование и сильная компенсация увеличивают внешний квантовый выход СД до 2%.
Практическое значение. Знание излучательного времени жизни неосновных носителей тока дает возможность определить быстродействие диода, сделать выводы о механизме рекомбинации, 22
установить связь между времепем излучательпой рекомбипацпи и внутренним квантовым выходом и т.д
Для гомогенных диодов типа GaAs существенное значение имеет паличне, сильно легированного и сильно компенсированного, активного слоя что дает возможность увеличения как внутреннего, так и внешнего квантового выхода.
В СД на основе GaAlAs активпая область должна быть изготовлена с обратным распределеинем алюминия, что обеспечивает наряду с высоким квантовым выходом деграданиошгую стойкость СД.
Личный вклад автора. Основные результаты диссертационной работы получены автором.
Апробация. Основные результаты диссертации докладывались на Всесоюзных конференциях и семипарах.
Всесоюзное научно-техническое совещание "Дальнейшее развитие оптоэлектроннки," г. Кишинев. 1977 г.
Секция "Полупроводниковые гетероструктуры" паучпого совета по проблеме "Физика и химия полупроводников" АН СССР, г. Тбилиси, 1977 г.
Всесоюзное "Девятое совещапие по теории полупроводников" г. Сигнахи, 1978 г.
Всесоюзное совещание по люмипесцепции, посвящешюе "90 летаю со дня рождения академика СИ. Вавилова", г. Лепипград, 1981 г.
Всесоюзный семинар по проблеме "Деградация
полупроводниковых материалов и приборов" Ленипградский Политехнический Институт, 1986, 1987 г.г.
Всесоюзная научно-техпическая конференция по функциональной оптоэлектропике "Оптоэлектроппые методы и средства обработки изобретении", Винница, 1987 г.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в шести трудах (пять статей и один тезис), перечень которых дается в конце автореферата.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, приложепия и цитированной литературы.