где VM, yvd - коэффициенты безызлучательного захвата дырок на м- и /)-центры. Предполагая ура/вг<1 и учитывая ыв=Пг+Пх + +№вг+м>вх, получаем

внут го

1внут г

(3.22)

При умеренных уровнях легирования (Л«СЛсг, Лсх) из (3.22) следует известное соотношение [77]

внут Гр

Т1внут г

Обращает на себя внимание существенно различный характер композиционных зависимостей твнутС) в материалах п- и р-типа. В качестве примера на рис. 3.5 приведены зависимости 11внутг/ 11внутг„ при 7 = 300 К для твердых растворов AljcGai-jcAs. Видно, что с увеличением tiBHyTTo зависимости 11внутг/11внутГо смещаются в область больших х. Экспериментальные значения, лежащие ниже кривой 1 при заданном составе, не могут быть объяснены без привлечения представлений о безызлучательной рекомбинации через донорные уровни вблизи Х-минимума.

В присутствии DX-центров, если 11внутг„~1, получаем

внут

Экспериментальные данные для nAUGai-ocAs хорошо согласуются с уpd/br =10.

Из рис. 3.6 видно, что чем больше ypalbr, тем при меньших Лв в зависимости 11внутг(Лг)) наступает насыщение, а в Alo.siGao.egAs при ypdlbr= 10 и Nd> W см~з должно наблюдаться падение

11внут г-

Сложный характер зависимости твнутг для твердых растворов и-типа от природы и концентрации донорной примеси объясняет, по-видимому, большой разброс экспериментальных данных.

Сравнение зависимостей 11Бнутг/11внутГо (-О и зависимостей 11внутг(Ла), т]внутг(Лг)) позволяет сделать основные выводы: 7]. - 1) при отсутствии компен-

сирующих доноров в твердых растворах р-типа и отсутствии безызлучательной рекомбинации через донорные уровни

Рис. 3.6. Зависимости внутреннего квантового выхода люминесценции в nAUGai j:As от концентрации доноров при ypdibr:

J-10-2; 2-1; 3-10

вблизи Х-минимума в растворах п-типа и г]внутг„ внутренний квантовый выход может достигать большой величины Т1внутг« вплоть до х-Хс независимо от типа проводимости;

2) "Овнут r/ilBHyT г« В некомпенсированных твердых растворах р-типа намного превышает т1внутг/11внутг„ в растворах п-типа, если г1внутГо <I0,5 или если в растворах п-типа существенная роль рекомбинации через донорные уровни вблизи Х-минимума (ура/Вг >0.1).

Таким образом, в знакосинтезирующих индикаторах на основе прямозонных твердых растворов следует стремиться к формированию активной области в виде компенсированного полупроводника р-типа проводимости с Ла=10®... 10 см-.

Проведенный анализ влияния различных факторов на эффективность излучательной рекомбинации в твердых растворах п- и р-типа позволяет перейти к рассмотрению оптимальных параметров светоизлучающих структур.

С учетом того, что наиболее отработанная технология получения твердых растворов Ala:Gai a:As (близких к идеальным), представляется целесообразным начать рассмотрение со структур на основе втих соединений.

Параметры п-эмиттера выбираем из следующих соображений:

1) для обеспечения наиболее эффективной инжекции электронов и повышения коррозионной устойчивости структуры AljcGai-jcAs оптимальное значение состава должно быть х0,5;

2) для диффузионной изоляции р-п перехода необходимо иметь толщину эмиттера не менее 5 мкм, для равномерности свечения произведение (1пецпПп должно быть максимальным. К тому же Пп должна быть максимальной для обеспечения односторонней инжекции электронов. Исходя из этого выбираем rf„ = 5 мкм, п„ = =0,3... 1-Ю*® см-з, .J. g Лв=1018 см Легирующие примеси: Те или Se;

3) наиболее сложным при оптимизации параметров п- и р-об-ластей является адекватный выбор механизмов безызлучательной рекомбинации. При достаточно высоком уровне технологии, характерном для системы А1х-Gai-x-As, следует учитывать только рекомбинацию на дислокациях и центрах, включающих мелкие легирующие доноры (ОХ-цеитры). В рассматриваемом случае доноры .присутствуют лишь в п-эмиттере. При х=0,5 и Лв=10® см-з параметры Пп=4-10" см-з МОвхь-ю" см-з 4- q учетом проведенного ранее анализа и экспериментальных данных [45] Vpd= 10ХВг= 10- см-с-Ч Если считать, что р,р=150см-В--с- (см. рис. 3.3), то Lp= {Ор/ура№вх)=0,8 мкм. При таком малом значении Lp влиянием дислокаций на рекомбинацию в п-слое можно пренебречь.

Доминирующим механизмом безызлучательной рекомбинации в р-слое будем считать рекомбинацию на дислокациях. В этом случае времена тг и tx описываются соотношениями

т- = зт2 Dnx ра; V.=л D„r р;+р„ Вг.

где pd - эффективная плотность дислокаций (см. гл. 2). Соответственно параметры Ln, Хп даются формулами (3.5), (3.6). Задавая состав X, концентрацию дырок рр в р-слое и эффективную плотность дислокаций pd, а также определяя значения р„х и рпг из рис. 3.2, можно рассчитать Хп и Ln для различных наборов (д;, р). Принимая типичное значение pd=10 см- и пренебрегая избыточными токами, по формулам (3.8), (3.12) можно рассчитать ki для длинного диода. Как видно из рис. 3.7 (кривые 1-5), коэффициент инжекции сильно зависит от концентрации дырок р в области составов д;=0,3... 0,4.

Коэффициент вывода излучения в воздух, вычисленный по формуле (3.20), составляет для Alo.ssGao.eEAs 0,0168. Для коэффициента переизлучения была принята следующая аппроксимация:

Пр=1 при Т1Рвнут0,5 и Пр=1+3,4- (г]Рвнут-0,5) при т13внут>0,5.

С учетом сказанного композиционная зависимость удельной силы света имеет вид, представленный на рис. 3.8 (кривые 1-3). Как видно, максимальная сила света достигается при д;=0,35 и р=ЛА=10® см~. Следует отметить, что в широких пределах .изменения концентрации акцепторов {pi-W..Л-Ш см~), а также состава (д;=0,3...0,4) /„уд>Ю0 мккд/мА, т. е. достаточно велико.

Для д;=0,3...0,4 и W>p>4-W суг т1Рвнут>0,5 и Пр>1. Таким образом, межзонное поглощение балансируется эффектом переизлучения. При dplLn<l уменьшение dp приводит к сильному уменьшению ki и соответствующему убыванию Цвкеш и /гуд. Таким образом, для получения максимальных значений чвнеш и /«уд необходимо иметь dp2Ln. При оптимальных значениях л:=0,35 и р=10* см~ Lr, =4,5 мкм и, следовательно, необходимо иметь rfplO мкм.

а/ма

0,SO 0,SZ 0,34 0,36 0,38 сс

Рис. 3.7. Зависимости коэффициента инжекции от состава pAliGai-xAs в СИД с выращенным р-п переходом при Nn = lO см-з и концентрации дырок р:

1 - 10" см-з; 2 - 4-10" см-=; 3 - 10» см-; 4 - 4.108 CM-s; 5 - 10" см-=

0,32 0,34 0,3е 0,38 х

Рис. 3.8. Теоретические зависимости удельной силы света от состава х и концентрации дырок в р-области СИД на основе ALGai-As:

/-Шсм-з; 2 -4-10" см-З; 3-4-10" см-=; 4-10" см-з; 5-10" см-; ф-экспериментальные данные, полученные авторами