Рекомбинация носителей заряда в воспринимающих p-n-переходах на основе GaP с неоднородностями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

•„.«огда1' .

и } ОДЕСЬКИЙ ДЕРЕАВНИЯ УНІВЕРСИТЕТ ін.І Л .ЮТНИК05А СПЕЦІАЛІЗОВАНА РАДА К 068.24.'03 3 ФІЗЖО-УАТЕМАТИЧНИХ НАУК

На правах пукоптиу

.. * М2ЛК0НЯЯ Дяема Варанцівна

РЕКОМБІНАЦІЯ НОСІЇВ ЗАРЯДУ У ВКПРОШНЮЮЧИХ Р -М-ПЕРЕХОДАХ . НА ОСНОВІ СаР З НЕОДгЮРІДЇЇОСТЯМИ •

01.04.10 - Яізшсй навівіфовідніійів та діелактчаків

А в ї о р 5 ф 6' р' а' т дисертаці ї іга здобуття наукового ступеня кандидата; фгаика-матвматичних наук

,(5де;7'і 1?С<

Дисертант ехі е рукопис І

Робота виконана в Одеському державному університеті '

їмЛЛ. Мечникова ■

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук,

’ професор ПТАІІіЕНКО О'.О.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук,

професор МИХАЙЛЕНКО ВЛ.

' доктор фізико-матекатвчних наук,

професор ВАКСМАН Ю.Ф.

Провідна організація: , '

Одеський дер&авнай політехнічний університет

Захист відбудеться "13 " грудня_____________19С-4 р. на засіданні

спеціалізованої вченої ради К 068.24.03 з фтзико-математичнис • наук /фізика/ в Одеському державному університеті /270100, м.Одеса, вул. Петра Великого, 2/ _

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Одеського держав ного університету /270100, м.Одеса, вул. Дреображєнська, 24/ :

, Автореферат розісланий ^994 р. '

Вчений секретар спеціалізовано» ради канд. фіз--ма,,..наук , доцент .. ■

Федчук О.К.

• ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ •

Актуальність теми. Надійність, дег^адаційна стійкість та граничні параметра оптоелектронних приладів обкежуаться наявністю мікронеоднорідностєй фізичних та фізико-хімічних властивостей яа-півпроБІднпків. Однією з причин виникнення несднорідностей у фосфіді галію, які призводять до локальних ^мін фізичних властивостей приладів та обумовлюють їх різну ефективність, с дислокації та дислокаційні ряди зт скупченнями точкових дефекті з навколо н:.х.

Генерація дислокації мояе призводити до порушення плпнарності р - П -пзреходіз, ДО ЗМЄКЛ6ННЯ ІНТЄНГ’1ЕН0СТІ ЄДРЧТР0ЛВ?'ІНЄСЦ9НШ 1 та до зні’Лбння строку праці приладів. .

У літературі існують численні дані про результати достід'кення рекомбінаційних процесів у однорідних р -п -перзходах на основі СаР червоного, жовтого, оранжевого та ...овто-ззленого кольорі з світіння. Ряд робіт присвячено значенню впливу дислокації на рекомбінаційні процеси у гбтдненому шарі р ~п -переходу при мали/. густи-нах страту. Однаі: питання про вплив неоднорідносте? на рекомбінацію неосновних носіїв заряду при високих рівнях інфекції виспилапо недостатньо. Залишаються нез’ясованими механізми зменшення інтенсивності електролх;/лнесценці І та часу ;.<иття- при великих густи -нах струму у неоднорідних р -п -переходах, природа рскомбінашйн/.х процесів в діодах з шаруватими неоднорідностями, роль ефектів пе,.«-зарялхенкя центрів, які скупчуються на дислокаціях, при зміні температура. ■ .

Метою госоти з дослідження впливу неоднорідносте* на електричні та електролюмінесцентні властивості р -п -переходів на основі СаР<М> з зеленим кольором світіння, СаР<Н,2іг-0> з оранжевим кольором світіння та ОаР<М,Нп-0> з г^овто-зелоним кольором світіння при високих рівнях іиу.зкції у пирскому діапазоні темпера-т/р. Для досягнення зазначеної мети вирішувалися такі завдання:

1. дослідження впливу рівня ікхекці (, • тривалості інжактушзге

імпульсу та температури і;г їятімспбнісгь та кікегику інжекційної елоктро.'і-сміпсоцзнції р ~‘Л -переходів на сенові ОаР зрізай:.' г.олюрсм світіння. '

2. Лослідчіс'їня впливу шаоуьатих иеодноріднсстой на інтенсиз-ність ча кінетику інт.екційної олектрслвміносценц:ї -п -переходів па основі СаР .

3. Дослідт.епня особливостей характеристик олектролвміяесцен-

ції -р -Гі -структур на основі С*о.Р з дислокаціями при високих рівнях інфекції та різних температурах. •

4. Розробка у.одоле:! впливу "поздокг.ніх" неоднорідностей на іи-

нетику електролкміносцеаці Т р -а-переходів. . ■

Наукова ковтана результатів, які отримані в роботі:

1. Уперше оляхом вимірювання кінетики електролюмінесценції

при високих рівнях інфекції були одержані прямі докази впливу ' 0л(2-рекомбіііаці ї ка екскгонлу люмінесценцію СаР . .

2. Виявлено та пояснено вплив иаруватих неоднорідносте!!

р-а -переходів на кінетику інжекціЛюї електродам*несцчкції'СаР . 2апр. поковано метох зиявіення "у.ертвпх" шарів у вЕпрокіякших р-п -структурах, який базується на вимірюванні кінетідея спадання інтенсивності світіння ПІСЛЯ ПРОПУСКАННЯ через р -п -перехід імпульсів с 'у?лу різної тривалості. -

3. Виявлено та пояснено зплпв тривалості ГІ-ікяульсу струму ' інжекції на енергію активації термічного гасіння інзекщйнаї електролюмінесценцію. Це явіае використано'для розподіленого визначення енергій іонізації БИігоо.у.ікязальНїіх та безвітро;,'.інавальних центрів

у активні" соласті р -п, -переходів. . *

4.. Встановлено закономірності впливу дислг 'іацій на інтенсивність та кінетику інжекційної електролюмінесценції при високих рівнях інфекції, коли рекомбінаційною компонентою струму у р -п-переході :.;сЕііа знехтувати. Виявлено вплив безвипрс.\'.інювальної компоненти струну уздовк ліній дислокацій на інтенсивність та кінетику елегтрслку.і Г .'СЦЄКЦІ ї р - п-переходів. - ’

5. Вперло розраховано кінетику електролюмінесценції р-п-пе-реходіз з дислокаціями, які перетинають збіднений аар. Результати розрахунку дають зв’язок $ор:.и кривої релаксації електролюмінеоцен-ці" з число;.', запроваджених дислокацій та природою безвипроілнюзаль-ної. компоненти струку, яка зз’язана з дислокац' №..

Основні положення. які винесено на захист:

1. Наягчість шаруватих неоднорідносте* у гктизній області

світловпгфої.'інювальних р -п -переходів веде до залездості часу релаксації інжекційної електролюмінесценції від тривалості імпульсу Струуу інхзкції, цо обуу,озлено зміною глибини прон-.лнення неосновних носіїв заряду з рзст'см лі. . . '

2. Інергія ачтпвації тзр:.’лтд-:ого гасіння нестаціонарної іі'.т.ек-ціїної електрологі несценці ї р -п -переходіб делегат» від трпваюс-т: іудульсіз ікхекційното стругу, з,о езргчїнено.взасіхдісз ефектів

перезарядки вітрокінювадьнях. та бтінипромі назальних центрі з при зміні температури.

3. Вплив гзкерадії дксдохєціX на ж'лтоза?. зі’хід інжекційної електролшінесценції. Gap . послабляється з ростом рівня і.чхекиії, що поярнюсться конкуренцією беззипроміканальної рексмзінапіІ носіїв заряду на дислокаціях та реко:.'бінаці ї С?.е.

4. Генераиія' дислокацг і: призводить д-> зизкаешія і ні -..мсхзності електролюмінесценції р -г. -переходів за рахунок двох еренті в:

а/ зменшення чпу яиття неосновних носіїв заряду;

б/ виникнення додаткової беззнпромінизальної компоненти стру-ілу, яка пов’язоча з рухом неосновних носіїв заряду уздовж ліній дпелокаці .2.

5. Генерація дпелокаці?. змвнзуе час релаксації елзктролятлкес-ценці ї внаслідок витягування неосновних носіїв зар%г:у із активної області з наступною їх репомбін- цією на ; іслокаціях.

Гшактичча цінність дисертації полягає в тої.г/, що:

1. Розроблено незий метод виявлення "мертвих” аарів у виярок!-

нясчкх р -п -переходах. ’

2. Запропоновано і/.етод роздільного визначення енергія іоніза-

ції випромінювальних та безвипромінюБ-Уїьних центрів у випромінюючих р. -п -переходах. • *

3. Створено ї/.одель рекомбінаційних процесів у р -п -переходах з дислокаціями, яка може бути використана для прогнозування ;* інтенсивності' та кінетики електролюмінесценції при деградаці ї г.^і•! -лодіодів.

Апробація роботи. Основні результати роботи допог-тдаанся та обговорювалися на семінарах кафедри фізики твердого тіла та -;в2ргс-тільної електроніки Одеського лержЗБЯого університету / 1030-і994гр./, на конференціях викладачів та спізробітоииів Одеського доряугЛвер-ситету, на Ш Всесоюзній конференції "Фізичні оснояп к:сійаос?а та деградації напівпровідникових приладів" /Хилнніз, 1991 р./, на нау-хово-техничній конференції "Фізичні оснози’надіГіности та деградації напівпровідникових приладі з" /ІІияній Новгород - Астрахань, " 1992 р./, на 12 Шкнародяі?. конференції Відділення конденсованих середрвиа Європейського фізичного товариства /Прага, 1992 р./.

ІіУлікапі і. Основні результати дисертаційного дослідження викладено у 5 наукових роботах та в патенті на винахід.

' Структура та об’єм роботи. Дисертація -складається із вступу, чотирьох розділів з 54 малюнками та 3 таблицями, висновків та списку, літаратури, який має 103 найменування. Об’єм роботи складає . ' 180 сторінок машинописного тексту. .

ЗМІСТ РОБОТИ '

У вступ* дається загальна характеристика роботи, в тому числі актуальність теми, мзта доедідшгая, наукова новизна та практична цінність роботи, наводяться основні наукові полонення, які рийосоко кь захист. '

Перлий роздтл с оглядом літератури з механізмів рвкоіібіяаціС-н»: процесів у випромінюючих р - г;-переходах на основі напівпровідників А“Е’'. Докладно розглядаються механізми випромінювальної та безвииремінввельної рекомбінації. Аналізується кінетика електролюмінесценції у напівпровідниках А‘%у та р -п -пероходах на їх . оснсвт. Розглянуто вплив перезарядження бар'єрної скяості на величину часу релаксації електролюмінесценції. Обговорюються механізуй впливу дислокацій та точкових дефектів на рекомбінаційні процеси у напівпровідниках А“%у та р - а -переходах на. їх основі. Раз-’ глшшгься деградаційят процеси у неоднорідних вйпромінгочих р-г»"-переходах па основі напівпровідників А^В^. •’ Анапі з літератури показав, що мікрон&одцорідності у напівпровідниках А^З^ приззо-дять до змін їх електричних та джіяесцеатних властивостей. Ці • ЗМІНИ обумовлені ВПІ2КИЄІШЯЦ нових одновимірних зон у забороненій, зоні иаліь"ровідникіЕ, локальною гмінов харинк забороненої зоіш завдяки. виникненню напруг навколо нсоднорідпостей, а такої; утворенням скупчень точкових до$еі ?ів навколо дислокацій. Висока рекомбінаційна активність, аномально велика провідність поблизу дислокації'; є факторами, які сприяють швидкої деградації світловипрозгінтааль- . них приладів. ' •

Другий розііігт присвячений опзсу структури ДССЛЗДКбНИХ р ~н --переходів, методиці введення Тс* виявлення дислокацій, а тако^с методиці вивчення електричних та елоктролшіиасцяятнях характеристик вихідних структур та структур, які підтягала пластичні!: деформації.

Досліджено єні таксі альні р -п -переходи на слові СаР з зеленим, оракжзвшг та ховто-ззлоним кольором світіння. Дислокації ’ вводилися у р - г. -переходи ницем ввалзозаяня елигрящ іпдоаторои при кіхнагні*! температурі. ■ ■ '

Експериментальна устансзка дозволяла одночасно значат;; сукупність електричних та електролюмінесцентних характеристик р -г. -переходів у Імпульсно^ та стаціонарному режимах у і..гервглі температур 100-200 К. • •

Вклтржзалася вольт-фарадні характеристики бар’єрної смк~сті р - п—переході в,за допомогою високочастотного мосту.

Дослідження часу лиття неосновних ло-гїз заряду при низьких ■ та високих, ріетіях інжекції проводилися за вимірюваннями кінетики елоктролтотлінееценці ї р -П -переходів після пропускання П-і«пульсі з ’струму від 20 гЛ до 5 А у інтервалі температур 100-300 К при різних тривплостях П—і мпульсі в струму зі її. 10 до 400.не. Часови.Ч доз-"зтл установки обкзжувався агоядкодією фотоелектронного по??ючзггача

і складав 5 не.'

Для прискорення обробки даних з кінетики атектролюмімеспенціі сигнал з виходу стробоскопічного осцилогр 1-а г.одавазея "а вхід -двохкоордннатного сачозаниеузача через логарифмічний підсилювач.

Спектри випромінювання р -п-переходів досліXV.єно у стаціонарному режимі. .

У третьому розділі значено кінетику плектролкмінесіїетщі ї р -м -переходів на основі БйР з різним кольором світіння з неод-

поргдностям::. Лпмен-ампернг характеристики /ДАУУ досліджених зразків відповідали залежності Ф~1т . з області малих струмів для деяких діодів спостерігатися лінійнисть ЛАХ /пі = 1/ або надліні!*.-ннсть / гп > і/. З області великих струмів у всіх досліджених діодів спостерігалися сублпііізіі ЛАХ.

Показано, до характер залежності інтенсивності випромінювання втд величини протікаючого струму зв’язаний із зміною квантового здходу., ^ електролюмінесценції.

■Для аналізу ЛАХ використовувався зв’язок квантового виходу з часом життя °С неосновних носі їв заряду:

де - г-:!лро:лню"ал'Н'.и:; чг.с .життл неосновних г.соіїз заряду, -

- ;:зо£іпіс::7 інжекції, - оптична гфодгйьчхегь структур». ^

Пр-’ £,= сспзі аналіз залежносте.! Ф(І)/І ~ ^ пра різних тр'-азапосглх тняектупчогс П-імпу.тьсу струму дозволяє роздільно вивчати струмові затстаості випромінювального ‘С^ та безвияром:-п.теа’Т’лого °С.д часів-хнття. .

У стгщіонгрному випадку, тобто коли тривалість імпульсного струму значно перевішує час життя ЧГ , тобто ді »'С , використовувався вираз:

• п (2)

Ік 1

Б області низьких рівне?, інжекції t зростає у тій же області, тцз і Ф/Х , г в області високих рівней інжекції Ч; спадає одночасно із Ф/І . Такій якісній збіг залежностей ^(І) та ФСІ}/1 вздно такоз із формули (2), коли 'tj = const . Це свідчать про правильність припущень асдо природи рекомбінаційних про-

При ЛІ « *£ ураховувалося, що

0(1) * .. %г -т~

JL . (3)

%

При іклііх рівнях інлекції /до і < Ю2 А/ок2/ у всіх доаг'джв-mzi р-п-переходів спостерігалася ділянка із ^/^г = const .

У то2 го час ФСП/І ігри »'t . для більшісті зразків в тій області страту зростає. У зз’язку з і;иу при малій рівнях гткекції /г;о і < 10 Цс:?/ зростання квантового виходу t| можна зв’язати з ростом часу .~иття Т . '■ к

. . Пси високих рівнях інт.скцт ї, коли І > 5-1СГ~ А /відповідно <] > 5-іО?"7о:.^/, відношення !■ із ростом струму у р -г. -

-зрреходах зіз ослові GaP не змінювалося або слабко зростало. V то;: ге час ьс-личляа Ф/Х у всіх дослідхених .зразків падала із -ро.:гс:.: стругу. Тоь:у зг.:екпе:шя при <j > 5-10 /Ус;,,2 зв’язане із зменшенням бозвквромінюзального часу життя • Оу.с-процес є ігсханїзьза: •базз'нпроміїювша.ної рзкоі.йінаці ї, прл якому %-6 змен-ііупться із зростанням концентрації вільних носіїв заряду.

Наяьаість в активній області шарів із зниженим часом життя носіїв зардду, так званих ”('ертаих" діарів, призводить до зменшення :иіє;ісгв:-.ості ад'ехтролпиікесценціі. Тому вивчалися неоднорідності стостороБого розподілу t в активні2 області світлодіоду. .

Для їжалення саруватих неоднорідностеЗ t в активній області СБІтходходу запропоноване модиїі ковкий спосіб вимірювання часу z.z~?z неосновних носіїв саряду, який включає пропускання через соітлодісд прямокутного імпульсу ІІОЯУОГО стру./у т вимір часу ре-лглсації едоктролвіїінвсцзіщіІ після закінчення імпульсу струму.

’ При тривалості імпульсу струтлу лЬ « си неосновні НОСІЇ ' проникають в активну область на глибину

... іх -чТ)дГ . (4)

У зв'язку з цим зміна тривалості Ьшульсу струуу лі зглЕз? глибину проникнення дГС неосновних носі ^ заряду. Гірк цьому пргіЬ/а-ється, що час релаксації електролюмінесценції- ЯГ дсрівнпс середньому часу життя неосновних носіїв заряду в парі зантсзгки дХ • активної області світлодіоду.

. Вимірювання були проведені при різних тркзаїостях іьяульяів струму, які були .вибрані в. інтервалі від \'/їЗГ1 до 2,СГП , .ге ' V/ - рівноважна товщина збідненого шару, 0 - коефіцієнт дтйузії не основних носі їв,_ ЯГт - максимальне значення часу ниття каог~:от>-них чосіїв у даному світлодіоді.

Вибір інтервалу вимірювання 7С.’■!<.•?тюгться наступним. Нтхгі , межа тривалості імлу тесу струму тп; -: дачах виміряваяь_.х дорівняв \Л/гВ_< . При більш низьких тривалесгчх імпульсу струї^у неосновні носії заряду не встигають продіфундуаати крізь збіднений пар і ре-комбінуготь J цьому шарі. Верхня :леяа тривалості імпульсу стругу встановлюється 24^ і Указане значення верхньої кеді для ді обумовлене тил,, що при дІ, = 29;т . устаноь-аоється роі-оділ нзосроз-них носіїв заряду в активній обла гі, який лкле незначно відрізняється від стаціонарного. Тому при д"Ь > 2 ^ глибісіа пренлікеяня неосновних носі їв заряду залишається незмінною.

Аналіз значень величин ‘С при різних ді для р -п -ьгзпгл-дів па основі баР. дозволяє виявити шаруваті неоднорідності па віддалі від межі збідненого лар^ від 2,2 до іі'ккіл.

Використання даної у.етоді-ся дозволяє нззг/Знїек.^'.; г&сскіак

контролювати неоднорідності розподілу часу гнття неосновнії'кес/Із заряду в активній області езітлоліодіз а& різних стадіях хх згго-товленш-;, а також готових приладів у процесі зїщробугаль. ц> даа можливість оптимізувата технологію виготовлення СЗІТЛОДІОДІЗ ДЛЯ підвищення їх'ефективності : надійності. ..

’Аналіз залежностей . Ф/КІ) ~ Ц (її дозволяє визначити, за рахунок зши я~ого; часу аиття./випрокінвзальнсго або бе=-випрокінизального / відбуваються з тни квантового злхеду гц . Якщо квгнто.-,‘і2 вихід зростає з ростом часу зкття *£ , то цз означає. до відбувається зрозтанкя . Зра цьому

. <СЯ= ' С5>

' Ьктах ■ .

де Г1,кгдаі1 - максимально значення квантового виходу. ' .

Визначення із формула (5) з умовою, що ^ = со-,

дозволило розрахувати величину випромінювального часу киття, отже, отримати залежність безьипрокіиювального часу ккття від величини струму за формулою - ^-ь ■ гск) . .

Для з'ясування природи проносіз випромінювальної та 'безвипро-мітявальної .рекоу'інаш ї у.ЭаР з різним кольором світіння доелід-квно електролюмінесцентні характеристики даних пряладІБ зг широкому діапазоні температур від 100 до 300 К.

Використання температурних залежностей інтенсивності випромінювання ФСТ) , які одержано при різних тривалостях імпульсного, струму, дозволяє розділи:: вплив температура на процеси випроыппэ-валь'ної та сїеззипромтктовалької рекомбінації, а тако.т. визначити значення енергії активації ^лЕй даного процесу. •

Прг лі « Ят , згідно з ■ (3), мозца заііисатк.

.' ■ <й ' •

тобто в цьому випадку величина Ф залатать від температури тільки через випремінпвальний час ниття носіїв заряду. Фактично значення енергії актішації дЕь кра лі = 20 не обумовлені температурною залежністю випромінизального часу життя. Порівняння значень випромінювальної енергії активації ^Еаг ьри лі - 20 н*, які одерг-жіі при різних значеннях імпульсного струму, показує, що із збільиек-кяк: струму енергія активації температурного гасіння електролкліпес-цонції зменшується. Таким чином для визначення дЕг£ /для 6аР зеленого кольору світіння/ пропонується використовуг-асс достатньо високі температура і достатньо низький рівень інфекції, коли ін-тансязність термічної дисоціації-екситонів значно більша пік інтенсивність випромінювальної рекомбінації. .

Отримана нвдг енергія активації термічного .гасіння' дЕа& - \ = 0,068 еВ для С’аР зе ясного кольору свігі:-шя ьідвоьідае енергії термічної дисоціації екситонів'.- " . ‘

Прл ВИСОКИХ різних ІН2ЄКЦІ ї ВКрЗШіІ ВІЗО утіоаи ПОРУЗЗІТЕТЬС.!, ' в . зв’язку з чем роль термічної.дисоціації екситонів зменшується..■

• Відношення інтенсивностей зкпрсчікязгшгя, які одержані при . тризалостях імпульсу ДІ » І при дІ"^^’ ДЛЯ ОДНОГО і того я значення струму, згідно з (2) і (4), дорізнюс

іі

де Ф (400) і Ф (20) - інтеясигнозті вкнрочіягзапня, які ;,.:.::рз:іг ари тривалоотях імпульсу струму 400 і 20 не, відпезідко.

Оскільки в С*аР рекомбінація в оснсг;:сму ч беззипремік'-овал-ь-ною, тобто Чі.« 1 та отяе, Т,/V? « 1, то із зьдєгдостеЗ

ф (400) /ф (20) від 1000/Т отримуємо значення вкаргі 1 8КТ2зсаі ї для

безвапромікжзатьнпх центрів - 0,042 зЗ. •.

Аналіз те'мпературкгос залежносте;: інтенсивності згпроміясзегяя ' Ф(Т< при лЬ - 400 не показує, по :..еркан9 значення дЕа = 0.02503 відповідає різниці* енергії тармтіонізації випромікпвадьцгз: та беззипромінюзальнпх центрі в дЕ7і= Еа6-дЕаП. '

При ді» значення енерг: ; •'-.•г;йвації д£й бука різная для .різних зразків.'Зміна дСа зі;, --разка до зразка псясн-с^їзс.ї залежністю ^р, і 'Ї’й В*Д р^вня ік~вкпії і’ різнппею концентрації; лзгувальної домікки та бе:із»шромікявальких центрів у різзрал?аг.

’Четвертий розділ присвячені:!: вивчення електро’-татнеецентпих властивостей' р -п. -переходів на основі ІЗаР різного кольору світіння з дислокаціям:! пря вис .ких рівнях інфекції, у сирог.ому „гапа-зояі температур при різних тривалостях П-ігшульсіз струуу. '

• • . Ачзлі'5 люмен-ампернкх характеристик /ЛА1' інтел.стялості в:;ітпс-йінювання р -п -переходів на основі Вар показав, цо генерація дислокацій празводкть до зменшення інтенсивності зппро\!:нг~?-к:ія р -гі -переходів як ари великий трзнзалостяч і?язуг»сгїого сгр/.му, у~.

.та дІ »‘ї , таї:-і при малих, коле дІ«ЯГ. .

Встановлено,- по зкокзеикя іятеисг- тості еізктролг\»г.:<5сцот?ці І

ОбуМОЗЛЄНО 'ЗК5ЯЕЗСДЯЯІ.! Часу ЯІІТТЯ НЄОСЯОБЯЯХ НОСІЇВ заг.пду ':!■ П7НГЛ-,

Еснням додаткової безвялромінявальиої коотояеятя стругу, яка ьз'я-зпна з ін.їзкцієп неосновних носіїв заряду уздовя ліній дислокацій.

' Виявлено, ",о квантовий вв/’д о лєктролкмі чесанціг ^ псмспз-томяо залежить від значення П-ігаїульсу стругу як до, так і після взедення дислокацій. Пря низьких рівнях іішзкптї Пк зростає, досягає максі'.. ального значення і пр:і заооклх рівнч:: іянегціт сгалас. Після введення-дислокацій початок спадання зьгцуеться у яапряізу заявках Струздв..Для з'ясування вплазу дислокацій яа квеятзсаЗ чг-хід вЕпрсгяпсвсння .’з ростом рівня тягекції ураховувалася пз тілі-

ки радіальна компонента струму, яка обновлена дифузією неосновних носіїв заряду до дислокацій усередині збідненого шару, але такок і аксіальна компонента струму, яка зв’язана із інжекцією неосновних носіїв до потенціальної ями поблизу дислокацій через збіднений шяр р-n -переходу. Ослаблення впливу дислокацій на квантовий вихід випромінювання з ростом рівня інжекції пояснюється зменшенням глибини та розміріз потенціальних ям для неосновних носіїв заряду, яке обумовлено перезарядженнем дислокацій, ііри цьому зменшується роль аксіально! компоненти струму, яка зменшує коефіцієнт тнаекці.ї неосновних носіїв заряду. Тому при одному й тому ж значенні струму після введення дислокацій інжектується менша кількість електронів. Це еоясг.юс ослаблення впливу дислокацій при високих рівнях інкзкції, . . при яких відбуває'.^ся конкуренція безвипромінювалької рекомбінації носіїв заряду на дислокаціях та рекомбінація Оже. . .

Показано, що введення дислокацій зменшувало час релаксації , електролюмінесценції. Це можна пояснити якісно на основі рекомбінаційної моделі, яка враховує наступне. При введенні дислокацій , р _п -перехід "закорочусться" додатковим струмом дислокацій. Після припинення струму накачування неосновні носії заряду із активної області дифундують до збідненого шару, одночасно інжектухгась.крізь збідненні! шар у потенціальну яліу поблизу дислокацій, де рекокбі- • кують безвипромінювально. ■ ' - :

. Встановлено, цо зменшення часу релаксації електролюмінесценції %А та зміщення початку спадання електролюмінесценції при евєдєнні дислокацій погоджується із змакзєккям. квантового виходу електролюмінесценції . Зміщення початку спадання ^ та у напрям- : ку велика струмів після введення.дислокацій відбувається за рахунок Оже-рехомбікації. - .

Результати иодо впливу дислокацій не інтенсивність випромінювання та на час спадання електролжінесцеяціГякісно яогодкуються ' із використанням моделі, яка враховував неоднорідність часу кит;.я і густини CTpvvy поблизу дислокацій. Розраховано електролюигнаспант-ні властивості р-п -переходів з "поздокгнйми" кеоднорідностяьс.1 -

У модальних гозрахунках розглянуто два коханізии проходкєння . струму /"омічна" та "д і одна" витіки/ через неоднорідність'у р -п,- . -переході. Якао струїв у неоднорідності обмежений опором розтікання ' носіїв заряду, то він визначається законом Ома І —U/Й » де R

- опір розтікання носіїв заряду від неоднорідності. А’струм з ЗАХ вшу 1= І^егрСеи/ткТ) , tie mкоефіцієнт Неідеедьності, створюється ”ннзькоте!гпературк2Ю' дгслокааіячя. У розрахунках, дрії-

пускалося, ио спадання напруги мін п - та р -областями с однакові™ у однорідній та неоднорідній чаотіаах структури.

Рівняння неперервності у безрозмірних змінних при відповідних граничних та початкових умовах для "омічних" та ”ді одних" Е'ті ків вирішувалося модифікованим методом Ейлера при фіксованому кроку по координаті та по часу. Таким шляхом зн -.хлялися розподіли безрозмірної концентрації неосновних носіїв /електронів/ у активній області, залежності б зрозмірного струму витіку та інтенсивності випромінювання від часу. .

Встановле-о, що у р — п. -переходах з "поздоаташи" неоднорід«ос-тями прискорюється падіння розрахункового розподілу концентрації електронів поблизу збідненого шару і збільшується струї/, ЯКИЙ зв’я-ЗЕН з витягуванням електронів із активної області у початковий момент часу після пропускання П-імпульсу с'руму як при "ліодних", таї: і при "омічних" зктіках. У той :.<е час на достатньо великих віддалях від збідненого пару зллиз зитіків на розподіл електронів в неістотним. , ,

■. Встановлено. ко "поздовхні" неоднорідності у р - п-переходах' при слабких витіках прискорюють падіння електролюмінесценції. У тс!', же час при великих вчтіках миттєвий час релаксації невеликий у початкові моменти і зростає з часом, ііри цьому наявність зитіків прискорює кінетику релаксеції електролюмінесценції після пропускання Я-імпульсу струму.

Для. вивчення впливу температури па час релаксації електродузі-несценці і після введення дислокацій вимірювалися криві спадання електролюмінесценції при різних температурах.

Показано, 150 температурне гасіння електролюмінесценції р-п--переходів з яеопкорідностями спостерігається тільки при високих температурах, а при низьких ■температурах інтенсивність випромінювання е майл-.е постійною. Однак, прігвисоких рівнях іняекції та великих трчвадосткх імпульсного сгруму термічне гасіння електролюмі~ ноецзнції зникає. Це пояснюється тим, уо із зростанням рігня інфекції відбувається заповнення дислокацій неосновними носіями заряду /електронів у р -області/, і рекомбінаційіа активність дислокацій зменшується.

Е.таловлепо, що введення дислокацій призводило до виникнення двох ділянок на кривих спадання інтенсивності олоктро.гамінесцепції при низьких температурах. На.першої ділянці час релаксації електролюмінесценції збігається з часом життя неосновних носіїв заряду. Друга ділянка зв'язана з перезарядженням дислокацій. При малих

' ірив-ілостях П-імаульсу прямого струму (лі « Сс) друга ділянка каГаз зни>;ас, Яе зв'язано з ткьт, що при г^лих тризалостях імпульсу струьу кількість електронів, які захоплені на дислокації, є незнач-п-іі.'.;. . • .

' Встановлено, що більшість досліджених зразків мали мінімум на .кравши температурних залежностей часу релаксаці ї електролюмінесценції г; ростом температури. Із зростанням температури ‘ЇГед падао, а потіі-і зрзстас при високої температурі. Низькотемпературне зростання Я7,,л :/снна зв’язати з терг/озисБІтліванкям електронів на дислокаці- -ях, як ц.ч припутувалося віще для другої ділянки кривої спадання електролюмінесценції. Високотемпературне зростання зв’язано з тер-.'оіо.чізацісіі безвипромгнввальяих центрів. ' ■

Одержані значення енергії активації не відповідають значенням енергії активації ні випромінювальних, ні безвипромінизальних центрів, а с результатом накладання випромінювальних тй бззвипромікю-вальнях процесів. .

7 пірсу.;/ку сформульовані головні результати дисертації.

ВИСНОВКИ ' ' ■

1. Ві’яелзно, що при великих тривалостях лі П~і«пульсів прямого струхлу, коли ді »сь , та при кзлкх тризалостях, коли лі « ^ залежність квантового виходу електролюмінесценції від рівня інфекції зв'язана з відповідними залежностями випромінавального та без-ьацро^ппззального часів даття неосновних ностїв заряду. .

Естановлено, ео прі: високій рІЕнях інж-зкції квантовий вихід злизується за рахунок з.мзніпенчя безвипрсі'ічввального часу зкйття ■ Прнчиноэ зменшення е Сжй-реко:.’.5іі;ація. ’

2. Виявлено, со наявність таруватих неоднорідносте^ у активні" сб.'.иеті .снітлодіодів на .основі ОаР різкого кольору світіння; веде до виникнення залогпсстеіі часу релаксації електролюмінесценції зід тривалості Імпульсного струі,ту, цо обумовлено з.міноа глибини пронк;:-. нчння неосновних носіїв заряду З рООТОМ лі .

Запропоновано кодифікований метод виміру часу ;;:иття неосновних иьсіїз заряду сС для- виязлоння шаруватих неоднорідносте^ ‘С-' в ак-їпьлгГ. області світлодіодів. . ■

3. Апелі:» тсмпвратурнгіУ. залеглосте.’і і;іт^нс*шп0сгі викромінк-взуія показав, ко енергія активації героїчного гасіння ийстгаіоиар-

іь-сеч-ціі^о)' с'лс.чтролхгйінесцгнціі зал . від; трняядості ::‘г

губігкого йіру:гу та від рівна інт.гі-ці '. Цо дозволило розділиш визначити енергії іонізації иипромгнавальних та бозвглгакйныизльних

центрів. _ . • . •

4.. Генерація дислокація зкзжлує інтенсивність випромінювання як прп взлвких, так і нрп калах тривагостях П-імітульсів струну. Дэ підбувастьсл за рахунок двох оис-ктів: а/ зманлення часу >::тгтя яеос-ПОШИХ пОСІЇВ заряду; б/ вЕлккиенпя де. .аткової бсзлхягомгкЕвалънот пмнонентп струї/у. .

5. Дислокації зменшують час релаксації а.і2Ктролгі'і::есцсяціг внаслідок витягування неосновних носіїв зар.чцу із актквної області та "заиорочоннлм” р -п -пароходу додатксьга стругам дислокацій.

6. Запропоновано модель кінотпкп влвктролктплвсяекцхї р -п -

■ -переходів з "боздобянямя" .іеоднорідностшлг;. 1 •

Показало, ідо у . р-n-переходах з ’'поздевапэга" неодтгсрідпастя-*лз прискорюється спад розрахункового -озподілу :;ояцентр?лі“ електрон і в поблизу збідненого пару. В з^'-їгллсті лід гзлгчвпі 'дислокаційного" додаткового струму, матїчг».! рвлахсадії глгвтролгалі-носценції козо як зростати, тал і о::^:;гіги у проц^і рілаксаціг.

. -Автор ’"'іраіая пцтоу влячлість доценту ІІ.В.Мороз за взлвгу допомогу прл виконанні робот:;. .

. ОСНОЕНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО Е РОБОТАХ:

1. Пат. Положительное рехение !і- 14-1129 от 05.I0.9Sr.» PS, ’Г-СГ* EH0IL2l/66. Способ измерения Бремени ягизни кессновкь'х ?-:ос;~г&л=7;

■ заряда з активной облает:* светодиода /А.А.її—зиенно, ЕЛЛ»п.

Д.З.Мелконян,;Н.П.?.Гороз: ОдзаскиЯ госунивзрскт?1? /Укр.?г-гн.-/.-Р 488в929/?5-Т17768; Ззявл. 10.12,90 г. '

2. Птащзнко А.А., Мсроз Н.З., ’^яконян Д.В., Hoax Н.М.Тлкян^и

. локаций на реломбттацножйга процесса з ахт-иьккг слоях голут.гсзсд-

• никовых излучателе» //Тез. докл. Э Вгзс.ксн^. '"Зизкчевззп ас."'-г;; надежности и деградации полупроводниковых пг-:5о;.,-,г" /лкл>« гг, .

27-29 кая Г991 г*./.- Ki^wgb, IS9I.- С. Ї24. •

J.. Pfeashohenko А.А., ”огоз 11.7., Леїкопуаа J .7. Р.геопМпз^ісг з-the niaoricy carriers on. disjioations ia III-Y зэп1соааи-:гггя // 'i2th General Conf. .-f the "Cc^densed totter 6-9 Ар-г. 1992/.- Г-таЬа, 19Э2.- P. 3*15. '

4. Птацогіко ‘.А., Мороз'К.Б., Мелконйн Д.В. Злигн^е дкелзу-а”:*; на характеристики' светодиодов тір'л птаоких урогяях агкс-=;*/.г//То:г. докл. кауч.-техн.хонф. "їкзтчостаз осноеь* надегкост;: «' д^гра;у-ции полупроводниковых приборов” /Нга-.л* Новгород - Астр^Г’.чь, сентябрь J992-г./.Читшнй Новгород - Астрахань, І9--2.- С.

5. Яссяедованкв 'л разработка .путзй_ лобусєняя ?$£«гкт'гви:>стя зг^отя-

той микроэлектроники и оптоэлектрзники. Отчет о НИР /заключ./ /Одесский госунигсроитст. Рук. Птацаько Л. A. IP TP 0I90Q0586I. Одесса, T99I.- 94 с. .

6. Разработка ыотодики и ьссдедования механизмов токопрохождения я процессов рекомбинации в лазерных гетероструктурах. Отчет о К!;? /заключ./ /Одесский госуниве-рситет. Рук. Птащенко А.А.

К- Гэ 0I9C005643I.- Одесса, 1991.- 86 с.

f.'.sllconyan J.V. Fteconbination of current carriers In GaP light-ssitting p-n-junctions with inhoMgoneities.

Th3.tbi.ois for obtciains the degree of Candidate of physical end ssathcuatj.nal sciences on the speciality 01.04-.10 - Physics cf seai-conductcro ana insulators. Odessa State University. Odessa, 199^.

Fivti scientific worhs к rid one pa teat for invention, containing i-osults of «rperiaental investigation'- of electroluminescence of p-n-ounctions with layered and "longitudinal" inhosioeeneities end theoretical calculations are defended. The influence of layered in-hoi.oseneitiea cf p-t-Junctions on kinetics of injection electroluminescence has been rcv;:slcd and explained. The. influence of nonra-diative current c&cpnr.«c,t along dislocation linos on intensity and kiietios of p-n-junction electroluminescence was revealed. A method of identification of "dead" layers in light-emitting p-n-structures is ргерзяга. .

”ол,;онгл; Д.В. Рокоь*5инация ног.5Т&лзй заряда в излучающих р - n -пергчсо&йс на ocidbc UaP с ыс.о.гяорэдаостяк.г.

Дясссртсцы ка соискание учено?’ г.теяэди • «еиикдата фкзико-матеиа-тичэскнх нау-к по специальности ОТ, Ш.10 - физика. полупроводников и диэлектриков. Одзебьий госувиЕероая-ьг.. Одесса, 1394.

Заадастся б научтос работ и I пагант на изобретение', которые

ценит,и р -<s -переводов со слс’лсггШ1л и ■"продольнша:" неоднородностями, а tukW теоретических расчетов. Обнаружено и объяснено влияние слсчстих неоднородностей р - п-переходов ка кинетику кнжекцконкой ял-зктролшинесцоиции. Внязлеко влияние безызлучатсльной компоненте тска вдоль лкнил дислокаций на интенсивность к кинетику электролюминесценции р -п -пароходов. Проддскен метод ВЫКЕЛЗНИК "ызртвкх11 . слоев в излучакцлх р -п -структурах. .

Клнчовт слова: ■ ; • '

елоктролтйноецмщтя, р8ксмб1нац:я, дкслоьацН, ноодноргдностг -р-л-пороходтв. -

содержат результата оксиертгэнгалйадк исследований олектротагинес-