Светодиодные структуры на основе GaInAsSb, полученного из жидкой фазы, обогащенной сурьмой тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

00 МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО 22 ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

»3= ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК. 621.315.592

ПАТТАХОВ АБДУМАННОН АБДУРАУПОВИЧ

СВЕТОДИОДНЫЕ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ Оа^АэБЬ, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ ЖИДКОЙ

ФАЗЫ, ОБОГАЩЕННОЙ СУРЬМОЙ

(01.04.10 — физика полупроводников и диэлектриков)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических науи

Ташкент — 1995

г

Работа выполнена в Институте ядерной физики Академии Наук Республики Узбекистан.

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук АБДУРАХМАНОВ Ю. Ю.

Научный консультант:

член-корр. АН РУз, доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки Узбекистана

ЮНУСОВ м. с.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических паук, профессор РАХИМОВ Н„ кандидат физико-математических наук, доцент АРИПОВ X. К.

Ведущая организация:

Физико-технический институт НПО «Физика — Солнце» АН РУз.

Защита состоится «¿¡А. » СМУ/уеиЛ_1995 г.

в 0 часов на заседании специализированного совета ДК 067.02.24 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при ТашГУ по адресу: 700095 г. Ташкент, ГСП, Вузгородок, ТашГУ, физический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ташкентского государственного университета.

Автореферат разослан « » ¿Ссфщс^ 1995 г.

Ученый секретарь специализированого совета кандидат физико-матем^ наук

ких

ХУДАЙБЕРДИЕВ С. С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интерес к амдкофазной эпктаксии полупроводниковых твердых растворов СауЕп^ _1Аз_ЯЬ) обогащенных антимэнидом галлия, обусловлен практической необходимостью со-верпенствовония элементной Овзы оптоэлектронных устройств (а волоконно-оптических линиях связи, в газовом анализе, в ияиер:пв-лях влажности и т.д.) в спектральной области до 2,5 исм.

Четверное соед!шенив Сах1п1_1АЯу5Ь1_у являатся представителем многокомпонентных твердых растворов соединения типа Л3£Г*. Главное преимущество таких материалов - возможность целенаправленной оптимизации характеристик приборов путем вариации состава. "

Многокомпонентные системы поеволяют наиболее эффективно реинтъ основную проблему получения гетеропереходов - согласования параметров кристаллических репеток гетеропар, чей достигается высокое кристаллическое совершенство границы раздела, приближая е€ по качеству к гомопереходам.

На основе многокомпонентных твердых растворов при использовании монокристаллов бинарных соединений А3^5 в качества подложек могут быть созданы кэопериодида структуры для излучателей, перекрывающих практически весь спектральный диапазон, доступный соединениям А3В®. Среди них изоперкодные гетерокоыпозкцки Са11п,_1АЗу5Ь,_у/Са5Ь привлекательны для соодания излучателей спектрального диапазона 1,8 + 2,5 «км. Вахнол с точки зрения применения спектральная область вблизи 2 мкм, перекрывается составами твердого раствора, обогащенного аитимокидом галлия.

Исследованию электролшинесценции (ЭЛ) в эпитаксиальных р-п гетероструктурах на оонове СаГпАвБЬ посвящено незначительное число работ (около 10), что связано с" трудностями их получения. Что касается ЭЛ свойств эпитаксгальуых структур на основе СаГпАвБЬ, полученных хиднофазной эпитаксией (ГФЭ) из расплавов на основе сурьмы, они до нас не изучались.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы являатся исследование ХФЭ Са1пАа5Ь из расплавов на основе БЬ, создание светодиодных структур (СДС) на основе этого твердого раствора и исследование их электрических и ЭЛ свойств.

Для достижения указанной цели были сформулированы следующие

основные задачи:

- исследовав фазовые равновесия в система Са-1п-Аз-БЬ в условиях реального процесса ЖФЭ из расплавов, обогащенных сурьмой;

- изучить .закономерности ЕФЭ изопериодных гетероструктур СаШАаБЬ/СаЗЬ, СатАзЗЬ/АМаДгйЬ;

- разработать технологию создания СДС для спектрального диапазона 1,8 + 2,5 ыш;

- исследовать электрические и ЭЛ свойства СДС для установления физических процессов, протекающих в этих структурах, и физических свойств эпитаксиального многокомпонентного соединения СаШаБЬ;

- выяснить возможность создания на основе твердых растворов • Са1пАаЗЬ, полученных ЖФЭ из расплавов, обогащенных £Ь, СДС с длиной волны излучения в интервале 1,8 + 2,5 шеи, работавших с высокий квантовым выходом, при комнатой температуре.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлено, что в различных СДС излучательная рекомбинация происходит путей межзонных переходов носителей, переходов через состояния природных акцепторов и интерфейсных переходов на гетерогранице п-СаБЬ-п-С&ШаБЬ.

2. Сделано заключение, что особенности спектров ЭЛ СДС В и С типов, связаны с существованием пятикомпонентного твердого раствора (И)Са1пАвБЬ в виде г теходних слоев в гетероструктуре МСаАаБЬ/Са1п1з£Ъ. •

3. Установлено," что максимальная величина внешнего квантового выхода возрастает в ряду А,В » С типов структур (Х«0,87) до 455, что обусловлено улучшением локализации инжектированных носителей в активном слое п-Са1пАзБЬ в с-типе структур. Достигнутые максимальные значения внешнего квантового выхода в структурах А и В (при Х«0,87) Т]<255 близки и обусловлены наличием п-СаБЬ-п-Са1пАв£Ъ готерограницы.

4. Выявлено, что зависимость квантового выхода от температуры в СДС на основе п-Са1пАзЗЬ при температурах вблизи 300 К объясняется действием механизмов излучательной рекомбинации и без-ызлучательных Оже- и фононно-стимулированнш процессов.

t , - G -

5. Установлено, что СДС с активной областьd га твердого раствора GalnAaSb, полученного из Sb расплавов и имеющего состав, блтакиЯ к границе несмесиваемости, при 300 К имеет спектр ЭЛ. максимум которого расположен при К - 2,5 мш.

Практическая значимость. Исследованы технологические аспекты ХФЗ СДС на основе твердого раствора GalniaSb, полученного из расплава, обогащенного сурьмой.

Созданы СДС трех типов: А-типа п - GsSb - n - GalnAaSb - р - GaSb; B-типа n - CoSb - п - GalnAaSb - р - AlCaAaSb; С-типа n - GaSö - n - AlCalaSb - n - GalnAaSb - р - AlCa&aSb. Они излучают при комнатной температуре в диапазоне I.R ♦ 2,5 . шш, с квантовым выхода* ij=I ♦ 455, полушириной диаграммы направленности излучения быстродействием 1-10"®с и выходной мощностью Р„,_ - I * ГО мВт.

Исследована деградациоиная стойкость СДС и установлено, что их наработка на опсаз равна t«3GGO часов. Полученные СДС могут найти применение в оптической спектроскопии и в ПК ВОЛС.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Рвзработанная технология £03 СДС на основе CalnAsSb, получаемого из расплава, обогащенного сурьмой.

2. Установление явления проникновения атомов алюминия в активную область n-GalnlsSb, в СДС с AlGaAsSb слоями, которое обуславливает уширение спектров ЭД и модуляцию КВ спада спектров ЭЛ под действием тока.

3. Интерпретация различия температурной зависимости квантового выхода СДС на основе CalnAsSb, полученных различными технологическими штодаш, на/ основа учета двух без излучатель них мэ-ханиэмов - Оже- и фононно-стимулированной рекомбинации.

4. Установление различия максимальной величины квантового выхода в А, В и С СДС и объяснение его процессами локализации иHseicrapoванных носителей (дырок) в'пределах активной области (С-тип) или диффузией носителей в n-GoSb (А, В-тип).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Осеннем симпозиуме Европейского Общества

- с -

по исследование материалов (Страсбург, 19Э0), II Всесоюзной конференции по фотоэлектрический явлениям в полупроводниках (Ашхабад, 1991), VII Всесоюзной конференции по радиационному теплообмену (Ташкент, 1991), Республиканской научной конференции "Актуальные проблемы полупроводниковых структурных элементов" (Фергана, 1992), Реслублюсанскоя научно-технической конференции "Проблемы развития и эксплуатации междугородной и международной телефонной связи в Республике Узбекистан" (Ташкент, 1993), на семинарах ияф АН РУз и Научно-исследовательского центра министерства связи РУз.

Публикации. По материалам диссертационной работа опубликовано 12 печатных трудов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитированной литературы. Работа изложена на 90 страницах машинописного текста, содержит Зв рисунков, 7 таблиц и список цитированной литературы из 110 наименований.

содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, изложены цель и задачи исследования,.научная новизна, основные положения , выносимые наващиту, практическая значимость работы, краткое содеравийе глав диссертации.

Первая глава обзорная, а ней проанализированы .литературные данныа по технологии получения элитаксидльньи светодиодных ге-тероструоур на основе Са, и И^Са, _хАззгБЬ1 , со-

стояние исследования электрофизических свойств твердых растворов Са1пАзЗД (и А1СаАв5Ь), фотпшинесцентше свойства антишнида галлия, и твердого раствора Са1пАз8Ь и состояние исследований физических процессов в СДС на основе СаШ^БЬ.

. На основе такого анализа сформулированы цель и основные задачи работы.

Вторая глава посвящена описания экспериментальных условий получения.эпитаксиальных слоев и р-п СДС.

Процесс эпитаксиальной кристаллизации осуществлялся в уста-

- 7 -

новке с горизонтальным реактором в графитовой кассете в поток*? водорода. В качестве материала подлогек йспользовшмсь монокристаллические пластики GaSb, легированные толлуром до концентрации п»(2 + 5)-IQ17 см"3. Пластинки были ориентированы по кристаллографической плоскости (Ш)А. "

Для контроля параметров слоев и структур (толщины слоев, планарности структур, состава слоев, степени рассогласования и т.д.) использовался комплекс современных методов исследования -оптическая микроскопия, рентгеновская дифрактоыетрип, регпто-новскиЯ анализ идо.

Рентгенодифршгциснныэ исследования показали, что полученнш эпитаксиальные слои - монокристалличесгсие. При измерениях использовались отражения четвертого порядка от плоскости (III) слоя и подложи.

Состав эпитаксиальных слоев определялся тремя методами: по данным рентгеновского микроанализа, по оптическим измерения** положения края фундаментального поглощения слоев, а для тройных Gtijln^ _jSb твердых раствороз - по величине периода репе-пси слоя, в приближении закона Еегарда.

Изучение области фазовой диаграммы системы Cn-In-Sb, при— летащеЯ к сурьме, позволило выяснить условия использования сурьмяного расплава для эпитаксии твердого раствора Co^Jn^^Sb, обогащенного антимонидом галлия.

Изучены особенности получения в заданной степени согласованных по параметру репе-Пси эгоггаксиальных структур Güjln,_xA3ySb1_y/GaSb. Установлено, что введение, в сурьмяный Ca-In-Sb расплав ишь яка, (который вводился в форме 1пАз) в количествах Ю~4 + ат.д. практически не влияет на полозгениэ области первичной кристаллизации твердого раствора. Погрепюсть воспроизводимости периода решетки в различных экспериментах по получения эпитаксиальных слоев четверного твердого раствора составляла Аа/а < 10~4.

Твердый раствор CalnAsSb составом Х«0,93 был получен при температуре роста 835 К. Состав Х~0,8? бил получен при температуре 824 К. Состав Х«0,75 был получен при температуре 803 К.

Было установлено, что коэффициент распределения мьшьякп

. - а -

равен К^у/2; Хг3=20+25, что в 1,5+2 раза ыеньвзе, чеы в случае индий-галлиевых расплавов при температурах около ££23 IC-

Изучены условия кристаллизации твердых растворов CalnAsSb и Al^Ga,_3XSySb1 иаопериодных с антимонидоы галлия, в которой Аз вводится в расплав на основе галлия из моиокристшишчеекой подложки Сада, для температур роста в диапазоне 0-13-80в 1С.

Эпитаксиалыиа светодиодные гетероструктуры на основе GaIIn1_aA3ySb1 _у создавались по ыетодаке многослойной ШЭ. В едином технологическом процессе наращивался ряд эпитаксиальных слоев, образующих СДС, путем смены расплавов, находящихся в контакте с подложкой. Материалом активного слоя выбран n-GalriAsSb, так кыс в нем меньше вероятность безызлучательной Охе - рекомбинации, чем в p-CalniaSb или p-GaSb. Легированный германием p-GaSb выбран в качестве эмиттера. В раде структур в качестве эмиттера применяется p-AIGaAaSb, имеющий большую ширину запрещенной зоны, чем CaSb. Толщина активного слоя GalnAaSb по возможности выбрана в интервале h £ 2-»3 шм, чтобы обеспечивалось равномерное возбуждение активного слоя.

Били выращены три типа (А,В,С) светодиодных гетероструктур. Группа А - на основе активного слоя GaxIn1_IAa^Sb,(X ^ 0,93; 0,87; 0,75) легированного 1е; группа В - на основе активного слоя GaIIn1_хДзу5Ь1(X « 0,87) - легированного теллуром и ши-рокозонним эмиттерныи слоем p-AlxGа,_IA3ySb, „ (Х*0,33), легированным германием до концентр; дырок р « I018 см-3; группа С - на основе двойной гетероструктуры с активным слоем Ga^Ii^_rfiBySbi _у (Х<»0,87) ограниченным с двух сторон широкозонными п и p-AljGa^.^AxjySb,(»0,33) слоями.

Третья глава посвящена изучению электрических, ЭЛ свойств светоизлучащих структур на основе СаЬтАзЗЬ, а также изучению температурной зависимости квантового выхода ЭЛ, диаграммы направленности излучения и деградации светодиодов А, В, С типов.

Вольтфарадная характеристика р-n СДС (типов А, В, С) □ интервале температур 77+300 К описывается выражением С-2» A(UC-U), где А - коэффициент, U - приложенное напряжение, UQ~ напряжение отсечки (Цд-0,25+0,45 В). Uc возрастало с уменьшением температуры, увеличением уровня легирования и ширины запрещенной зоны.

Изучалась температурная зависимость вольтвмперноЯ характеристики в диапазоне 77+313 К. •

Исследованы спешры ЭЛ светоизлучаюсдо приборов (СИП) с п-Сй1п4лЭЬ, полученным из БЬ расплавов. В таблице представлен« основные параметры СДС. •

Образцы структур А тепа имели максииуи спегпря ЗЛ в дашз-гоне 1,82+2,5 ш (300 К). Активная область состава Х-0,67 бита использована в эпитаксиолышх. структурах ■топов В и С. Следует отметать, что наличие области несмешиваемости о система ба-Гп-Аз-БЬ ограничивает область составов твердого раствора СаХпАзЗЬ, которые могут быть получены ЕШ [I]. Поэтов СИП с максимумом ЭЛ з области ^>2,5 и см получить невооюхно.

ЭЛ структур с 1>Х>0,33 (^ до 2 при 300 К) обусловлена в основном меззонньми переходами и возможю, интерфейсным! переходами на п-п гегерогракице п-СаГлАаБЬ. При 77 К становятся вырахеншши переходы с участием акцепторных уровней, сходных с акцепторными уровнями, характерными для СаЗЬ с энергией шегива-ции Еа?во юз. Доля излучателыш переходов через иитерф^сиш потенциальные ямы на п-п гетсрогранице невелика, так как о сильном поле (Еш«10^+Ю^ В/и), обусловленном изгибом зон, эффект Френкеля исключил би приыесные состояния из участия в рекоыби-национных процессах. 11а преобладание нежзонной излучательной рекомбинации указывает также изменение 1п» при охлаждении све-тоизлучающих структур до 77 К.

Характер ДВ спада ЭЛ может Сыть связан с эффектом диагонального туннелирования с участием фотона на р-п гетэрогранице через состояния в запрещенной зоне. Для таких переходов свойственно ослаблений ДВ компоненты и сдаиг ЭЛ в- КЗ область с увеличением прямого смещения на р-п переходе (2].

ЭЛ свойства светсизлучающих структур А, В, С типов на основе п-йаХпАзБЬ с Х~0,87 (Е^^О.бг зВ) можно объяснить, опираясь на следующие предположения. ■

- В структурах с гетерограницей' п-СаЗЬ-п-СаГпАзБЬ (А и В тип) доминирует интерфейсный канал рекомбинации через потенциальные ямы на п-п гетеропереходе. Это обуславливает ДВ излучение в таких структурах, близость характеристических энергий ДВ спада

(\nxSfyOJJtте

Чн^.

• ФсДдта во ПоТп АоСЬ

т-г 1 1 ! Фтттт! ■ -1 • v^QQ j II I ^nn V .WWW é» 1 T = 77 V

! « Я! )в|Ы< г Л i 1 "i wots 4WM X •c * «w 1 M 1 Ul' bi> j "'IÎSÏ » ! "SB I A' traft ~pTJ w |»1аЯ 1° ' f MoT) Or won ! V 1 W« « »-«г ! v,« t I ttaXi ----- гта -С ' ИвТ5 t wqB пгЗЗ , л ¡"0 v' 1 f t/оП ( UQP t

! А ! Г) Ol w, ^w 1+2 |l0+1ÍX3 513+S2QÎ Ъ/Т • WW ! ¿y Í 15 n !10+20 1615+630 50+60! _ ¡ ¡ ! ¡ 0 i

i i • S ! 1 130+50 :650+6S0 1 30+4018+10 18+10! < i 0 1

i s ; A ¡ 1 1 0,87 иг 110+100 I 545+550! ! 60+80 ! 25 1 И0+ 1+12 ' 13 ¡10+70 1 ¡605+515 I 30+40! I 9 ! 5 1 1 1 1+3 !

! л í 0,75 i ÎTruinn Í ■ W • tWW ЕПГиЦ-t n| www•w » w J 70+100 ; 50 Î 25 10 1 WW • i WW 1 w-rw ' w ( w ! i i 25 Î is ! 19 ! 1 IB )

« » í * Í ! u ! 0.87 иг, 5! 10+100 550+560! WW (WW 1 40 i 15 3+5 ! 10+150 \ 505+530 i t .12 ! 10 ! <9 i 10 I

i i ! С ¡ Q.fT 1+4 I10+100 555+535! 75+105! 50 ! ! 25 10 ¡10+350! 615+530 45+55! - i i i - 1 ) 1 10+12!

S { ! П ' > w t ' ¡ 0,87 - J J JTOTTTTJTT. ^ 5SS ! 1 100+130 1 i 1 ! - 1 10 ¡ 1+3A I ! 620 > 1 • 10+40! 1 1 - ! - ! ! 1 10+12!

- II -

при 300 К и ?7 1С Для А н В типа структур, отсутствие при 77 К полос, связанных с переходами через акцепторныз состояния, та» как в поле Еа«*0,1 эВ/0,1 ыкм - I0S В As, обусловленном гагабои зон на п-п гетерогранице, из-са эффеют Сренкопя примас:гш состояния опустошены;

- В стру гяурах с шнрокозэнными слоями Al0 33Сз0 озЗЬр gj (В н С тап структур) атомы AI, даффувдфуицие п n-GalnAsSb rrprj температуре выращивания, обуславливает образование переход! ик приграничных слоев из пятикоютонгнпгаго твердого рпстаора (AI) GalnAaSb.

Известно [3], что в шюгокоигснентних тзердох растворах соединений А3!]5 флу;пуация локального состава тоитг.ет модуляцию -краев его энергетических зон. В случае четирехкстаттюго . твердого раствора возмоглы дпа основных варианта. ■

1. ЧетерехкоитонентниЯ твердый рдсттзор (ЧТР)-Х типа с замещением в обеих подреггетках соединения типа А^В^СуЗ^у (пР1а'2Р GaxIn1_I&asSb1_y).

2. ЧТР-II типа с замещением в одной подрепатао, напрюгар в подрегсетке III группы A-J^Cj .^.yD (примзр Al^GtSyli^ _х_уЗ).

Имеет место следующее выражение для хвршстгриоя гнергии флуктуация: .

Е°" 178^ [^^^J+r'^d-yJ+Sc,® y/xyd-xjd-y) Y (I)

где o-£Sc(vj/ßx, p-SSc(vj/Jy. ' ■ ,

В случае Сазс1п1 _хАл?5Ь1 _у (ЧТР-I) IW3, но при образовании гоггл-кошонентиого твердого ¡заствора (Al)CalnAsSb, K?'Q.

1фоыэ появления дополнительной компонента AI й увеличения Е0, появляется тахзе н корреляционное члены, способные усилить эффект модуляции зон. Ovjot.w, что в силу а® « модуляции подвержена, в основном, поверхность валентной зоны твердого рсстто-pa (Al)GalnAsSb.

Оценки а 13] показизаот, что в зависимости от состава, в ЧТР-I по сравнению с тройными твердым* растворами модуляция вон mosst бить более 4 раз, а при напичиии соотеететвущеЯ корреля-

' - 12 -

ции (ЧТР-Н) дяхе больше, чем в 4 раза. Таким образом, добавление пятой компоненты Л1 в соединение Са1пДзЗЬ обуславливает дополнительные возмущения потенциала решетки и должно сказываться на ЭЛ свойствах, {фойе того, системы Са-1п-Аз-БЬ и А1-Са-Аз-БЬ обладают пирокими областями несмешиваемости при изменении содержания Сала и 1пАз, чем Са-1п-Аз-БЪ и появление А1 в составе твердого раствора СаЗллзБЬ приближает его к границе области несмешиваемости , а это еще один источник возмущения решеточного потенциала. Отметим таете, что ЭЛ свойства структур типа В, С с Х<"0,87 сходны с ЭЛ свойствами структур типа А с составом Х<"0,75 в часта характера ушрения спектра ЭЛ и его смещения с током накачки при 300 К. .

Таким образом, внедрение Д1 в активную область, особенно сильное, в структурах С типа, обуславливает (по крайней мере, по трем механизмам) возмущение рельефа валентной зоны.

Оценки по (I) дают значение величины Ео«100 мэВ. Наличие такой модуляции валентной зоны может обуславливать существенное изменение условий межзонной рекомбинации носителей.

Размеры таких неоднородностей рельефа порядка дебройлевской длины волны инжектированных дырок Хд, поэтому ямы характеризуются своим набором квантовых состояний, плотность которых ыеньше, чем плотность состояний в валентной воне. В силу этого коэффициент заполнения ям сильно модулируется током накачки.

Внешний 'квантовый выход СУЛ при 300 К для различных структур достигая значения т^°°«1+495. Это характерные для СИП на основа п-Са1пАзБЪ значения 141. Максимально достигнутая величина -^различна для структур типов А, В, С. На примере структурного ряда с СдТпАпДЬ Х«»0,87 хорошо видно,, что лучшие значения внешнего квантового выхода получены в двойных гетерост-

руктурах с широкозонныыи Са1пАзБЬ слоями (С типа). Обеспечение односторонней инхекции дырок и их локализации в пределах активного слоя обуславливает высокий коэффициент преобразования ток - свет. В структурах А и В типов слой п-Са1пАзБЬ отсутствует и значит, потенциальный барьер для дырок в валентной зоне создает только гетеропереход п-СаБЬ-п-СаЗлАаБЬ.

В структурах А типа величины потенциальных барьеров на п-п

'' ' • ' - 13 - .. ■ ' , ; "

гетерогршшце в валентной зона для дырок iî на р-n гетерогршшце в зоне проводимости дня электронов- при подаче прямого смещения па р-n переход и токах 1>10 иА имеет сравнимую величину. Незначительные различия в величине t)0 для А и -Б типов структур сви-' детедьетвует о том, что основную- роль в его, ограничении (по сравнению с С-тапом структур) играет утечка дырок из активного слоя в n-GnSb. Этот процесс может идти Оезактивационнш путей за счет туннельного проникновения дырок через "пичок" в валентной зоне в потенциальную яму в n-GaSb и их последующей рекомбинации по механизму туннелирования электрона из n-GaSb' с рекомбинацией и излучением фотона с йит>Ед -aira сл (или безызлучательно) с последующим поглощением этого излучения в n-GalnAsSb слое. В структурах с тонким n-dalnAsSb (bel ши) таков излучение не поглощается полностью, и при 77 1С наблюдалась полоса излучения, характерная для переходов в антиюниде галлия (hv"72Q мзБ), что доказывает существование этого процесса.

Возможность существования такого канала рекомбинации ясна также из оценок вероятности подбарьерного туннелирования для носителей по известному уравнению 15]

X

D(x) =D0eïp[—J /2m*(0(Xi)_E) ^ (2)

• хо

где' , и(х) - функция, описывающая потенциальный барьер, Е -энергия туннелирования носителей.

Оценки по уравнению (2) дают.заметные вероятности туннелирования как для электронов в зона проводимости n-GaSb, так и дырок.в валентную зону через "пичок" на гетерогранице.

При уменьшении температуры СИП от 300 1С до 77 1С внешний квантовый выход возрастает. Однако, при охлаждении до 77 К квантовый выход различных по типу эпитаксиальных слоев с n-GalnAsSb, полученных из Sb расплавов, меняется в 2+5 раза и достигает 3+I5Ï. В [б], в структурах полученных из Ga-In расплавов, квантовый выход при охлаждении до температуры 77 1С увеличивается на порядок и достигает значений 20+30%.

• Близость предельно достигаемых значений тт300 для обоих

" . - - ;

типов штершлов активной.области свидетельствует о той, что рекоы-Зинацпонныа механизмы, ограничивающие величину т^00, имеют сходную природу. Резкое возрастание.^ при понижении температуры в С63 говорит о быстрой релаксации безшлучательной рекомбинации, и, вероятно, о суммарном влияний нескольких температурно-еавдеимых ¡факторов. .-•"

Для структур с CoInAaSb, полученных из Sb расплавов при температурах, бдизга« к 300 II,' следовало 'бы предположить наличие взаимной компенсации влияния температурно-ошзисимьк фотторов. Это весьма сложно сделать, основываясь на известных механизмах без излучатель! юй рекомбинации и -факторах, ослабляющие сашси-ыость т)в-т;и(Т) (Оже- процесс, (^иошс-стимулировашвя ралокса-ция, тепловой заброс из Г в Ь долину, тепловой сибрсс дырок в n-GaSb и т.д.).

. Наиболее вероятные вариантом трактовки экспериментальных результатов шгет бшъ .естественное, предположение о той, что анализируемая зависимость определяется конкуренцией излучатель-ной рекомбинации носителей заряда с безызлучательной. Причем, Сезшлучательиая.рекомбинация происходит по двум канатам: Ctee- и фононно-схимулкросанному [7J.

Существование Соно1шо-чл".5кулировшц:ого канала ижст большую верояшость о полупроводниках с больиаП долей ионной' связи в кристаллической решетка. Taras образом,

TJ, --——:--4 (3)

1 у

где ^/tp - вероятность рекомбинации; 1/гА -.вероятность безызлучательной Ота рекомбинации;. l/tp^ - вероятность фоиош'ю-стимулированной рекомбинации.

Эта вероятности перехода 1/а^ (гдо оависяг от

температуры. Ёцдёляя из этих выражений интересуедув здесь нас зависимость от Т, получаеы

Л/Хр » Л.т3^ , CS1 (4)

1/тА «В-е-0/*, 16) (5)

'1Лр}1 = Б«е-Е/с, [?] (6)

где Л, В, С - константы, зопнсящие от фундаментальных параметров материала и уровня легирования, а константы Б и Е характеризуют-свойства дефектов.

Время жизни относительно фоионно-стимулированнсй рекомбинации определяется выражением

„в/г

где «4. - тепловая скорость дырки в валентной зоне п-СаЪгйаЕЬ; аа - сечение захвата дефектом дырки, з - энергия актизации дырки с уровня дефекта, - концентрация дефеюоа .- центров захвата носителя зардца.

Температурную зависимость х^ вблизи 300 К,сравнимую с температурной зависимостью тд ыогут обеспечить центры с Е и 0,1 + 0,15 эВ. Таким образом, учет двух механизмов безызлучательной рекомбинации позволяет объяснить различие в т}=7](Т) для СДС, полученных различными технологическими способами. При температуре близкой к 77 К Охо- и фононно-стиыулированные каналы не влияот на процессы рекомбинации носителей, так как значения вероятностей, полученных'на основе уравнений. (5) и (6) малы. Вероятно, причиной расхождений в 3+5 .раз в значениях для различных тиг!ов п-Са1пАаЗЬ могут быть макроскопи ^ские неоднородности в активной области СДС.

Вероятность наличия таких потенциальных ям, создаваемых неоднородностью состава Са1пАаБЬ, для инжектированных дырок в валентной зоне подтверждается исследованиями спектров ЗЛ СДС с содержащими А1 слоями, гдэ наблюдается модуляция НВ части спеш--ра ЭЛ под влиянием тока накачки при 77 К.

Во всех даодах выход излучения происходит через всю плоскость кристалла почти равномерно и в результате выходящее излучение направленно. Полуширина диаграммы направленности составляет 60°-70°. При использовании оптической насадки расходимость излучения не превышает (10+15)°, что приемлемо для рада техни-

• •• - IG -

• « i ■ чееких пришнелиЯ.

Исследовалась деградация иитзнсивкости излучения при пропускании постоянного, тока 100 kiA.n импульсного тока 4 А (длительностью импульса I мкс, частота I кГц) через мезасветодиод с диаметром 300+350 ыкм. Получен результат, что наибольшей временной стабильностью интенсивности излучения отличалась структура с эмиттером из GüSb. В них наблвдалось 3 + 52 уменьшение квантового выхода при наработке 400 + 500 час.

основные выводы

X. Впервые"методом хидкофазного выращивания, получены СДС на основе GajJn,_zA3J.Sb1 _у из растворов-расплавов, обогащенных сурьмсп. Получены эпитаксиаяьные СДС с активной областью в диапазоне I> X '¿0,75. Созданы образцы светоизлучающих диодов с параметрами на уровне мировых;

- область спектрального диапазона 1,82 + 2,5 мкм; ( - внешний квантовый выход до 4Х;

- мощность излучения Р - I + 10 мВт при постоянном токе;

- полуширина диаграммы направленности 0о>5 * 70°.

2. ЭЯ свойства (спектральные характеристики и квантовый выход) р-п структур, обусловлены комплексом процессов, протекающих в р-п гетерострутурах II рода GoInAaSb/GaSb, включащи-ми особенности инжекЦии дырок через р-п гетерограницу, их диффузию в активной n-GalnAsSb области, тепловой заброс в p-GaSb слой, а тагага интерфейсную рекомбинацию на п-п гетерогранице.' •

3. Взаимодействие жидкой и тверда фаз в процессе' выращи-вшшя обуславливает образование СДС В и 'С .типа с возникновенйем пятикоыпонентаого твердого раствора' AlGalnAuSb i< приводит к по-

■ явления КВ компонента в спектрах ЭЛ как при 77 К, так и при зоо к, и общему усирешш спектров. ЭЛ. ;.. .

4. Температурная зависимость квантового выхода ЗЛ светодиодных р-на структур обусловлена, влиянием Охе-рекомбинации с возбуждением электрона в зону проводимости и процессом фанонт-стимулироеанкого захвата, дырок из валентной зоны на дефекты с энергией активации Е^ - 0.1 ■* 0,15 эВ.

Ochobíüs результата, иэдозён¡aa п диссертации, слуйажонажз в следующих работах (а соавторстве):

1. Ymuisov U.S., Abdtrraínanov Xii.i'u., Obyedtkov S.V., Pat--íahov A.A. Electroluminescence In betero3tructiu\)3 based on GalnAsSb/GaSb and GaInAsSb/AlGa.1sSb.//?all Conference European Hat órlala ИезеагсЬ Society. Strasbourg. 1990.

2. Юнусов С., Абдурахманов S.D..Объедав Е.В.,Патгахов A.A. Фоточувствительние и излучательные элементы квантовых модулей B0JIC на основе GaliiAaSb/AlGaAsSb р-п структур. Устройства обработай и передачи информации в системах связи.//Сборник научных трудов. Тенкент. 1990. С.52-55.

3. Юнусов Ы.С.,АОдурахманов ¡О.Ю.,0бъед!ссв Е.В. .Паггахоз A.A. Абдурахманов B.C. Светодиоды на основе твердых растворов полупроводников .для диапазона 1,7 + 2,5 шм.//Тезисы докладов VII Всесоюзной конференции по радиационкоыу теплообмену. Таакент.

1991. С.173.

4. Юнусов М.С.,Абдурахманов Ю.О..Объедков Е.В.,Патгахов A.A. Абдурахманов B.C. Фоточувствителыюсть светодиодных структур на основе GalnAsSb.//Тезисы докладов II Всесоюзной конференции по фотоэлектрический явлениям в полупроводниках.Ашхабад. I99I.C.358

■ 5. Юнусов М.С. .Абдурахманов .И.Ю. .Обьадков Е.В. .Патгохсв A.A. АбдУрахианов B.C. Деградация светодаодов на основа GalnAsSb.// Тезисы докладов Республиканской научней конференции "Актуальные проблемы полупроводниковых структурных элементов". Оергана.

1992. С.04.

6. Юнусов Н.С.,Абдурахманов Ю.Ю..Объедков Е.В..Паттахов A.A. Абдурахманов B.C. Ооточувспзительные гетероструктуры на основе GalnAsSb для области 1.94 mich.//Тезисы докладов Республиканской научной конференции "Актуальные проблемы полупроводниковых структурных элементов". Тезисы докладов. Фергана.1992.С.81.

7. Абдурахманов Ю.Ю.,Объедков Е.В..Патгахов A.A., Абдурахманов B.C..Ахмедова H.A. Сзетоизлучащие гетероструктуры ВОЛС для спектрального диапазона 1,8 + 2,5 мкм.//Тезисы докладов

- Iß -

. « I

Республиканской научно-технической конференции "Проблемы развитая и эксплуатации шэдугородной телефонной связи в республике Узбекистан". Ташкент. 1993. 4.2. С.42-43.

8. IОпусов М.С.,Абдурохманов Ю.Ю..Объедков Е.В.,Патгахов A.A. Электролюминесценция в гетеропереходах GalnAsSb/GaSb и GaXnAsSb/AJ.CaAsSÖ. /ДАН РУз. 1ЭЭЗ, . N1 . С. 18-20.

9. Снусов М.С.,Абдурахшнов Ю.Ю. .Объедков Е.В.,Паттахов A.A. Гетероструктуры типа GalnAsSb/GaSb и GnlnAsSb/AlGaAsSb для излучателей в диапазоне 1,8+2,5 мкм.P-9-GQ3.Препринт ИЯФ АН РУз.1994

10. Юнусов М.С.,Абдурахманов Ю.Ю..Объедков Е.В.¿Паттахов A.A. Светоизлучащие даоды на основе изопериодаых GalruaSb/GoSb и GalnAsSb/AlGaAsSb р-п-структур./Письма в 2ГГФ. 1994. Т.20. Вып.12. С.48-51.

11. Юнусов М.С.,Абдурахманов Ю.Ю..Объедков Е.В.,Паттахов A.A. Оксенгендлер Б.Л. Квантовый выход электролюминесценции в р-п-структурах типа GalnAsSb/CaSb и CaInAsSb/AlGaAsSb./ФТП. 1994. Т.28.Вып.9. C.I576-I582. •.'•'.

12. Абдурахманоэ Ю.Ю., ОСьадаов Е.В., Паттахов A.A. Процессы рекомбинации в светодиодных структурах GalnAsSb/GoSb и, GalnAsSb/AlGaAsSb./ysCfeHCKHfl' физический журнал.1994. N3.C.57-59.

. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА '

1. Именков А.Н.,Копранчик О.Л.,Литвак A.M. и др. Длинноволновые светодиоды на основе GaftiAaSb вблизи.области несмешиваемости . (А«2.4+2,6 мкм;' Т-300 К)./Письма в КТО. 1990. Т.16. . Вып.24. С.19-24.

2. Панков Ж. Оптические процессы в полупроводниках. М: 1973. -456 С.

3. Петросян С.Г., Шик Л.Я. Статиотические флуктуации зон в многокомпонентных твердых растворах./ФТП. ,1984. Т.18. Вып.9. С.1700-1702.

'IQ _

4. Андаспаева A.A. .Баранов А .11. «Гусейнов A.A. и др. Высокоэффективные светодиоды на основе GnlnAsSb для спектрапыгого диапазона 1,8 2,4 цкм (Т=ЗСЮ К)./Писы.!а в Sa®. 1989. Т.15. Вып.18. С.72-75.

5. Туннельные явления в твердых телах. Под ред. Э.Буратейка. !J. :Мир. 1973. -442 С.

6. Андаспаева Л.А.,Баранов А.Н.,Гусейнов A.A. и др. Природа спонтанной электролюминесценции в гетеропереходах на основе GnlnAsSb для спектрального диапазона 1,8 + 2,4 мкм./ФТП. 1990. Т.24. Вып.Ю- C.I708-37I4.

7. Стоунхзы A.M. Теория дефектов в твердых телах. T.I. М.: 1978. -560 С.

СУОК ОАЗАДАН СУР!,{Л БИЯА11 ' ВОЯКИ® ОЛИНГАН,

: СаОДвБЬ КОТИШМА АСОСИДАГИ ЕРУГЛИК ЧИКАРУВЧИ НУРДИОД ТУЗИЛМАЛАР

Паттахов Абдуманнон Абдураупович . £Сискача . мазмуни

усбу дассертвцияншг «засади сург/а иштирокидаги Са1пАз£>Ъ эрктшяар катти;; ^отишмасининг сук; Фазади эгоггаксияси уз ига хос хусусиятлариш тадаик ^илиш, Са1влз5й/Са5Ь ва СаЗлАаБЬ/ХШаДаЗЬ гетероутишари асосида нурдиод чузилмайарини яратмш ва уларнинг элекгтр ва электролюминесценция хоссаларини тадкик килиидан иборатдир.

Хона температуросидо 1,8 * 2,5 «кы тулкин уэунлиги оралиги-да ишлайдигои нурдаод тузилшларининг уч тури яратилиб. уларнинг электролюминесценция спектр лари ургашлган. тулкин узунлиги 2-мкм гача <5$ягт •Ёруглжк чякарувчи тувилшлардаги электролюминесценция ЗШ К да всосад Е-Са1пАзБЬ даги сохалараро электрон уташлар туфзйжя, ТЗ К да эса СаБЬ учун хос акцептор сатхлар иитирокидвга электрон утишлар туфойли. содир булади. Са1пАзБЬ Х~0,87 (Е^«0,62 эВ) асосли А., В ва С турли нурдаод туэилмалари-. нинг электролюминесценция. хоссалари СпБЬ-СаШаБЪ , гетероутивдаги потенциал .чукур орцали содир суладиган интерфейс рекомбинация каналишшг. мавзудлигига богдик. НСаДзЗЬ 1сатламли кенг вонали тузилмаларда, устириш теыпературасида валент зонаси . чегараси флуктувцияланадиган беп компонентали (А1)Са1п&з£Ь каттик котиша пайдо булади, бу эса уз навбатида электролшинес-ценциянинг киска тулкинли сохдга силюшига, электролюминесценция спектрининг кенгайишига ва нурлантирувчи токнинг таъсирида электролюминесценция спектрининг модуляципланишига олиб келади.

300 К да квант чициши »е нинг капалиги турли хил тузилш-лар учун 1+42 гача етаии курсатилган. Квант чикиаининг 300 К , яи;: /»да температурога богланишни нурланиши рекомбинация, нур-ланшвсиа Охе ва.фонон иштирокидаги зшраёнлар билан боглик меха-низмлар асосида тушунтирипг мумкин. йаЗлАаЗЬ асосли нурдиод ту-зилмаларида квант чикиши (сийматанкнг чс!слашгаига асосий сабпб актив катламдан п-СаЗЬ га инжекциялангвн ковакларнинг сиркиб чикиамдир. . .

- 21 -

UGŒD - EOflTIKG - DIODSS STRUCTURES BASED OH GoInAsSb OBTAINED BY THE LIQUID PHASE EPITAXY ÎEEEUOD PHOii umms HICHED ram su

PASSAMOV A.A.

ABSTRACT

Tho aim or this srorJ: fcaa three aspects: 1 ) the investigation oî liquid phase epitaxy oî GainAsSb - solid solution from melting rlched by Sb; 2) the creation oî light - emmlting structures baaed on GalnAsSb/GaSb end CalnAsSb/AlGaAsSb teterojunc-tion; 3) the investigation oî electrical and ëlectrolumlnescen-ce properties of these diodes.

light emmitting structures oî tlires typos which worliing at room temperature in spectral range 1,82 + 2,5 jia have been created. The electroluminescence spectra have been studies. Tha electroluminescence In structures which aro emitting tho light with wavelength about 2 ¡un due to Interzones transition in active layer n-CalnAsSb (300 K) and transition across acceptor levol3 (77 K) is investigated.

The electroluminescence properties LED'a A, B and C types based on GainAsSb: with X « 0,8T (2^ « 0,62 eV) are connected, trith existence oî Interface clianal oî recombination across potential to113 on n-n fieteroJunction GaSb-GalnisSb.

The atructuros having wide gap AlGaAsSb layers at growing temperature are formated (Al)GalnAsSb solid solution Tilth fluctuating edge of valence zone due to shift of electroluminescence to short wave range change of electroluminescence speotrum under action pump current.

It was shown that external quantum efficiency reaches the value of 1 + 4 % at 300 K. The dependence oî the quantum olfl-ciency upon a temperature can be explained by the competition oî following recombination mechanisms: radiative, Auger nonradla-tive and phonon - stimulated transitions. The flow nimy of injected holes îrom active layer to n-GaSb la playing the princi-plal role in the limitation of the quantum effeciency value in lED's structures based on GalnAaSb.