минесценции в обратносмещенных р-п структурах по сравнению с инжеиционной люминесценцией.

Обязательным условием возникновения предпробойного излучения является наличие сильного локального электрического поля, что, в свою очередь, требует приложения достаточно больших рабочих напряжений (в диапазоне 10...200 В). Это является недостатком всех разновидностей механизма предпробойной люминесценции (барьерной, доменной электролюминесценции и др.).

Проведенный краткий анализ показывает, что с точки зрения разработок ПЗСИ, наибольший интерес представляет инжекционная электролюминесценция.

Наряду со структурами, использующими инжекцию неосновных носителей в р-п гомо- и гетеропереходах, при разработке полупроводниковых индикаторов, могут использоваться структуры на основе униполярных полупроводников [27]. В этом случае инжекция неосновных носителей осуществляется либо из инверсионного слоя противоположного типа цроводимости, образующегося под контактом металл - цолупроводник, либо за счет туннельных переходов в структурах металл - диэлектрик - полупроводник, либо при ударном возбуждении центров люминесценции основными носителями заряда в сильном электрическом поле в структурах металл-полупроводник-сильнолегированный полупроводник. Эффективность инжекции неосновных носителей заряда в униполярных полупроводниках перечисленными способами составляет 10"... 10~2, а типичное значение рабочего напряжения лежит в пределах 7... 15 В.

Таким образом, из изложенного следует, что физической основой для конструирования современных полупроводниковых индикаторов с высокими электролюминесцентными и электрическими характеристиками является излучательная рекомбинация при инжекции неосновных носителей заряда через гомогенный или гетерогенный р-п переход под действием напряжения, приложенного в прямом Направлении.

ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА И СТАТИСТИКИ НОСИТЕЛЕЙ В ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ СОЕДИНЕНИЙ А"1В

Независимо от конструкции кристалла и способа создания р-п перехода основное направление исследований по увеличению /» уд состоит в увеличении внутреннего квантового выхода Т]внут, т. е. в достижении максимальной скорости излучательной и минимальной скорости безызлучательной рекомбинации S активной области р-п структуры. При этом решающее значение имеет вид зонного спектра бинарного соединения или твердого раствора. Рассмотрим •вначале свойства бинарных соединений 1пР, GaAs, AlAs и GaP - исходных соединений для получения твердых растворов AlGai-iAs, GaAsi a:Pa: и

Ini a:Gaa:P.

На рис. 2.2 изображена зонная структура GaAs, характерная и для остальных рассматриваемых бинарных соединений. Зонные структуры InP, GaAs, AlAs и GaP отличаются друг от друга прежде всего взаимным расположе-

Е.эВ

= ff

Рис. 2.2. Зонная структура GaAs

нием минимумов зоны проводимости в точках симметрии Г, X, L и величинами важнейших энергетических зазоров, показанных на рис. 2.2. У прямозонных соединений InP и GaAs зазоры Д£г>0, A£i,r>0, в то время как у непрямозонных GaP, AlAs, Д£хг<0. Энергетические зазоры между положениями Г-, Х-, /.-минимумов зоны проводимости и валентной зоной {Ег, Ех, Еь), а также величина спин-орбитального расщепления Aso в рассматриваемых соединениях определены в работах [28-34] и представлены в табл. 2.1.

Основные физические свойства ряда соединений АВ приведены в приложении 1.

Значения эффективных масс носителей получены усреднением известных экспериментальных и теоретических данных [28-31, 35-37]. В дальнейшем будем полагать, что эффективные массы проводимости т„х, гпр и плотности состояний rrfinx, тр электронов в Х-минимуме и дырок в валентной зоне рассчитывались по формулам, приведенным в [28], на основе эксперименталь-

Таблица 2.1. Важнейшие энергетические зазоры у ряда соединений аиш"

Энергетические зазоры.

77К ЗООК

GaAs

77К I ЗОоК

AlAs

ЗООК

ЗООК

1,414

2,223

0,809

1,351 2,138 1,961 0,787 0,610 0,10

1,514 1,977

0,463

1,428

1,910

2,00

0,482

0,572

0,34

3,120 2,220

-0,890

2,970

2.150

3,330

-0,820

0,330

0,27

2,854 2,330

-0,524

2,760

2,260

2,500

-0,500

-0,260

0,09

ных данных и теоретических значений продольных /«„ц и поперечных /«nj эффективных масс электронов в Х-минимуме, а также эффективных масс легких mip и тяжелых тнр дырок в валентной зоне. У рассматриваемых соединений изоэнергетические поверхности вблизи Х-минимума эллипсоидальны, при этом Х-мииимум у 1пР, GaAs и AlAs располагается на границе зоны Бриллюэна при А=2л/о в направлении [100] (число эквивалентных минимумов Af=3), в то время как в GaP он слегка смещен к центру зоны (Af=6).

Как достаточно надежно установлено в настоящее время, основные концепции зонной теории сохраняются и в твердых растворах, причем изменение состава х приводит к закономерному изменению зонной структуры. У твердых растворов, образованных из двух бинарных соединений, одно из которых пря-мозонное, а второе - непрямозонное (например AlxGai xAs или GaAsi-iPi), существует точка переходного состава Хс, для которого Ег{хс)=Ех{хс). При х<.Хс твердые растворы прямозонные, а при хХс - прямозонные.

В общем случае композиционные зависимости прямой и непрямой запрещенной зон являются нелинейными функциями состава:

Ex(x) = E(0) + bxX + CxxK

Анализ экспериментальных данных [32-35, 38-41] позволяет аппроксимировать композиционные зависимости основных параметров твердых растворов GaAsi-xPi, Ini-xGaiP и AliGai-:tAs соотношениями, приведенными в табл. 2.2.

Близость энергетического положения прямого {fi) и непрямого (X<=i) МБнимумов зоны проводимости в практически интересном диапазоне составов твердых растворов вызывает необходимость учета междолинного рассеяния носителей при анализе рекомбинационных процессов в этих соединениях. Теоретические выражения для характеристических времен этих переходов Тгх и Тхг при отсутствии вырождения электронного газа имеют вид [42]

пХ

\ kT

где Й <о - энергия фонона; Drx - константа деформационного потенциала.

Характерная особенность бинарных соединений и твердых растворов А"В по сравнению с элементарными полупроводниками IV группы (Ge, Si) состоит в исключительном многообразии простых акцепторных и доиор-ных примесей замещения: примесей II группы (акцепторов), IV группы (доноров) н амфотерных примесей IV группы (акцепторов прн замещении атомов V группы и доноров при замещении атомов III группы).

Волновая функция примесного акцепторного илн донорного состояния A(D)(r) может быть представлена в виде суперпозиции блоховских функций нелегироваиного кристалла фп(к, г) [28]:

"А (D) W = 2 (к) ф„ (к, г) к, (2.1)