iza -

Nj,,CM

Рис. 3.15. Теоретические зависимости удельной силы света от концентрации доноров в диффузионных СИД на основе GaP: N (кривые 1, 2) и GaAso.i5Po.85: N (кривые 3, 4) при Тм=10-в с, pd=2-10 см- (кри-вые 1, 3) н тм=10- с, pd=2-105cM-« (кривые 2, 4)

Рис. 3.14. Теоретические зависимости удельной силы света h уд от концентрации доноров Nd в п-области структур GaP : N с выращенным р-п переходом при концентрации дырок в р-области: / 3.1017 см-з; г-10 см-; 3 -7-10" СМ-»; 4-10" см-; 6 -3-10« см-»; ff - 2-10" см-= *

Эта задача может быть решена увеличением Na- На рис. 3.14 хорошо видно, что при Л/а«Р=10 см- уменьшение /уд по отношению к абсолютному максимуму при этом составляет всего лишь .25 ...30%.

Таким образом, структура с Л/дЗ-Ю...2-10 см- и Na «10 см-з является оптимальной, так как обладает высокой удельной силой света и малым сопротивлением р-области. При этом Lp = 6 мкм, Ln = 9 мкм, следовательно, tf„»;15 мкм, dpx20 мкм.

Переходим к рассмотрению кристаллов с диффузионным р-п переходом на основе структур GaP : N и GaAso.isPo.ss: N.

Будем считать, что шунтирующими каналами безызлучательной рекомбинации являются рекомбинация на линейных дислокациях (и стенках наклонных дислокаций в GaAso,isPo,8s: N) и на DX-центрах. В рассматриваемом случае доноры присутствуют как в П-, так и в р-слое. Время жизни tps в п-слое описывается формулой (3.26), время жизни tns в р-слое - формулой

т„, = л D„ р; (1 -f D„ Nd ).

Были приняты следующие значения параметров: Тми=тмр = = 10- и 10~ с, что соответствует pd«2-10 и 2-10- см", концентрация азота iiVN = 2-10 см- в GaP и 1,4-10 см- в GaAso.isPo.ss, значения D„ и Dp, при заданной Nd рассчитывались из кривых рис. 3.2 и 3.3. Величина упо. принималась равной 1,2Х Х10~® смс~. Рассматриваемые диффузионные кристаллы представляют собой диоды с тормозящим встроенным полем. Будем считать, что на границе ОПЗ rfpjp 1.

Внутренний квантовый выход в «-области находится по формуле (3.24) при условии, что излучательная рекомбинация экси-82

тонов происходит в области с равномерным распределением доноров; при этом считаем Lp/tf„<l. Внутренний квантовый выход в р-области вычисляем по формуле (3:23) при концентрации дырок, определяемой формулой (3.18).

Теоретические зависимости /«уд от Nd при Й2=0,017, кз=1 и 11=1 приведены на рис. 3.15. Хорошо видно, что при рй=2-10 см- (тм=10" с) и A/d=4-10®... 10" см-з кривые /уд имеют максимум. С уменьшением плотности дислокаций до ND=2\0 см.~ максимум смещается в диапазон iVD= 1 ...3-10® см-з.

Экспериментальные данные уд для структур GaP: N хорошо согласуются с теоретическими значениями. В газовпитаксиальных структурах GaP: N вполне реально достижение pd» 10" см-. В структурах GaAso,isPo,85: N при изменении состава в переходном слое 1,0 мкм pd = 7-10 см-, поэтому практический смысл имеет кривая 4. Таким образом, теоретически достижимые значения /суд определяются кривыми / для GaP :N и 4 для GaAso.isPo.ss: N. Результаты теоретического расчета оптимального набора параметров эпитаксиальных структур GaP : N, GaAso.isPo.ss: N, обеспечивающих достижение максимальной удельной силы света, приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2. Оптимальные параметры структур на основе непрямозонных соединений А"В*

Параметр

Тип структуры, метод получения

Состав слоя: р-типа п-типа

Градиент в п-слое, о/мкм Концентрация акцепторной примеси в р-слое, см" Концентрация донорной примеси в п-слое Толщина р-слоя, мкм Толщина р-слоя, мкм Плотность дислокаций- см- /«уд, мккд/мА (М) уд, мккд/мА (Г) Хт, нм

Примечания: ЖФЭ и ГФЭ - методы эпитаксии соответственно из жидкой и газовой фазы; звездочкой отмечена концентрация акцепторов на поверхности диффузионного слоя, в графе (М) приведены значения уд для монолитных планарных кристаллов, в графе (Г) - значения уд для элемента индикатора на принципе рассеяния света с идеально отражающим световодом, заполненным светорассеивающим компаундом (коэффициент преломления /г,.=1,Б).

Глава 4.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЗНАКОСИНТЕЗИРУЮЩИХ ИНДИКАТОРОВ

4.1. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР

Высокие требования по обеспечению кристаллического совершенства и малой концентрации остаточных примесей обусловили интенсивное использование в технологии получения полупроводниковых структур для светоизлучающих приборов различных методов эпитаксиального наращивания. При этом наиболее широкое распространение получили методы жидкофазной и газофазной эпитаксии (ГФЭ).

ЖИДКОФАЗНАЯ ЭПИТАКСИЯ j

Как известно, под эпитаксиальным наращиванием понимается ориентированное выращивание слоев на монокристаллических подложках. Детальное описание различных аспектов ЖФЭ приведено в работах [84, 85]. Специфика кристаллизации в многокомпонентных системах, как правило используемых в технологии ПЗСИ, вызывает необходимость остановиться подробнее на основных моментах, позволяющих оптимизировать процесс жидкофазной апитаксии.

Важное значение для моделирования процесса ЖФЭ имеет анализ фазовых равновесий в многокомпонентных системах. Использование расчетных моделей позволяет даже при ограниченных экспериментальных данных рассчитать изотермы солидус и ликвидус. Решающим фактором, определяющим процесс кристаллизации, является характер фазовых равновесий в системе «подложка - расплав - пар». При анализе равновесий в системе «твердая фаза -жидкая фаза» используются основные модели квазирегулярного и ква-знхимического приближения.

В первой модели предполагаются незначительное различие молекул компонентов расплава по своим размерам и форме, хаотическое распределение их в расплаве н взаимодействие лишь соседних молекул, линейная температурная зависимость коэффициентов взаимодействия между компонентами расплава.

В квазихнмическом приближении во второй модели избыток или недостаток смешанных пар по сравнению с их хаотическим распределением определяется соотношением, подобным закону действующих масс:

где Z - координационное число в растворе; Ыц - количество пар, состоящих из атомов Ai и By, atj - параметры взаимодействия между компонентами At и Bj.