т]внеш И /-вуд. В соответствии с данными расчета оптимальные значения параметров составляют: х=0,64 (желто-оранжевое свечение) и Nd=10" сы~. В желтой области спектра (х=0,67) JvyM.== = 500... 1000 мккд/мА, что еще раз подчеркивает практическую ценность данной системы твердых растворов для конструирования ЦЗИ.

Результаты теоретического расчета оптимального набора параметров исходных эпитаксиальных структур AljcGai j;As, Ini-ocGacP, GaAsi-xPpc, Ini-xGaPi-zAsz, обеспечивающих достижение максимальной удельной силы света кристаллов, систематизированы в табл. 3.1.

3.3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ НЕПРЯМОЗОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Развитый выше подход не ограничивается только материалами с прямой структурой энергетических зон, но может быть с успехом распространен и на непрямозонные полупроводниковые структуры, играющие важную роль при разработке полупроводниковых знакосинтезирующих индикаторов желто-зеленого, желтого и оранжевого цветов свечения. Как следует из гл. 2, резкого повышения эффективности излучательной рекомбинации в непрямозонных материалах удается добиться благодаря введению примеси-активатора, которой в случае рассматриваемых соединений А"В" является изоэлектронная примесь азота.

Следуя принятой в предыдущем параграфе схеме, последовательно рассмотрим композиционную зависимость внутреннего квантового выхода азотной полосы излучения г]внут№ ее зависимость от основных технологических параметров и затем сформулируем основные требования к параметрам структур с точки зрения достижения максимальной удельной силы света.

В основу настоящего анализа может быть положена теоретическая модель кинетики рекомбинации в GaP: N, разработанная в [59] и развитая применительно к твердым растворам в [80], Схема рекомбинационных процессов в непрямозонных соединениях А1"В\ легированных изоэлектронной примесью азота, приведена на рис. 3.10.

В соответствии с результатами работы [80] зависимость внутреннего квантового выхода азотной полосы люминесценции -цвпуты от основных параметров полупроводникового материала п- и р-типа дается соотношениями

14- I + lRf£

V kT J

(3.23>

пхнуты = -1 1 +

(3.24)

энергия

где AN - концентрация примеси азота;

связи на N-центре соответственно экситонов, электронов и дырок; Ерп, Ерр - положение квазиуровня Ферми в материале п- и р-типа; gn а gp - факторы вырождения электронных и дырочных состояний N-центра; тнеж и гнех - излучательное и безызлуча-тельное времена жизни экситонов на N-центрах; Tns(Tps) - время жизни электронов (дырок) по каналам, шунтирующим излуча-тельную рекомбинацию на N-центрах (рис. З.Ш).

Рассмотрим зависимость внутреннего квантового выхода азотной полосы излучения т]внуты от состава в непрямозонных твердых растворах А"В" р- и п-типа, легированных изоэлектронной примесью азота, при достаточно высоких температурах (Г> >200 К) и малом уровне инжекции.

В рассматриваемом случае безызлучательная рекомбинация неравновесных электронов и дырок, включая электроны и дырки, связанные в зкситоны, осуществляется по трем основным каналам:

рекомбинация с участием дефектов структуры и (или) неконтролируемых примесных атомов (время жизни тм);

рекомбинация с участием мелких доноров или сопутствующих DX-центров (времена жизни тра в полупроводнике п-типа и ind в р-типа);

оже-рекомбинация связанных з-кситонов (время жизни тх).

Первые два канала описываются в формулах (3.23) и (3.24) временами Xns в полупроводниках р-типа и Tps в полупроводниках п-типа проводимости. Выражения (3.23) и (3.24) позволяют выявить три наиболее интересные и практически важные зависимости:

зависимость чвнуты в твердом растворе определенного состава от Ма{в) при данных значениях Т, и Tns(Tps);

зависимость т1внутк в твердом растворе определенного состава от tnsitps) При данных значениях Т, Nn и Ла(1Лх>);

зависимость tibhyttv от состава х при данных „ значениях температуры Т, концентрации акцеп-торов (доноров) Na{Nd) и времени жизни

Tns (Tps).

Используем следующие данные:

1. Концентрация акцепторов или доноров изменяется в диапазоне WNa{Nd) 1019 см-з

Рис. 3.10. Схема рекомбинационных процессов в GaP, легированном изоэлектронной примесью азота

2. Концентрация азота для Ini-xGaP An=5-10" cm- [81] для всех X. В случае GaAsi-aPoc используем значения Nn = 2-W см-з при x=l,0 [81] и Nn>=2-W см-з при д;=0,5 [82]. (Эти зна-чеция AN являются оптимальными термодинамическими равновесными концентрациями - при больших возникает тенденция к образованию фазы GaN.) Данные по Nu для 0,5<;д:<:1,0 определяются путем линейной интерполяции между значениями х=0,5 и x=\fi.

3. Время жизни безызлучательной рекомбинации изменяется в диапазоне 10-5Tns(Tps) Ю" с.

4. Энергия локализации электрона Ее на N-центре зависит от состава х [38], энергия локализации дырки Е-р от состава не зависит.

5. Факторы вырождения gn = 2 и g-p = 2.

6. Положение уровня Ферми в полупроводнике р-типа Ерр и п-типа Ерп при данном Na.{Nd) определяется из решения задачи о статистике дырок и электронов в слабокомтенсированном полупроводнике [45]; используются факторы вырождения акцепторных gA=4 и донорных gDx=2 уровней, учитывается влияние экранирования примеси свободными электронами и дырками на положение центра примесной зоны и уширение примесной зоны в зависимости от степени легирования.

Рассмотрим полученные результаты.

Будем считать, что t„s(tps) не зависит от NaINd)- Зависимости r]BHyTN от концентрации дырок в pGaAsi-jjPj; при различных составах и типичном значении T7is=10~ с приведены на рис. 3.11. Для каждого х существует оптимальная концентрация электронов Попт или дырок ропт, при КОТОрОЙ Г]Бнут N ИМССТ МЗКСИМуМ

(рис. 3.12).

При фиксированном значении A/nt«s (-ANTps) величина ропт (Попт) уменьшается с уменьшением х (рис. 3.12). Общая закономерность проявляется очень отчетливо: ропт(«опт) уменьшается с увеличением xpsixns) и(или) с уменьшением х.

В твердых растворах п-типа xps может зависеть от концентрации мелких доноров. В работе [59] показано, что в GaP : N при Г = 300 К Tps резко уменьшается с увеличением концентрации Те или S в диапазоне 10*... Ю® см-. В соответствии с [45]

tps = T« f 1+ - , (3.25)

где Xpd=ypdN°Dx; №dx - концентрация нейтральных доноров. Время жизни Тм не зависит от No (например, при рекомбинации через дислокации). Зависимость xps от Nd, рассчитанная по (3.25) при тм=10- с и vpd=6-10-i° cmVc, дает хорошее совпадение теории и эксперимента, причем следует отметить, что выбранное значение ypd близко к значению, полученному при рассмотрении "Лвнут в GaAso,6Po,4. 78