Таблица 5.1. Параметры, определяющие ВАХ в области малых токов

Экспериментальным подтверждением этого вывода можно считать результаты, Полученные на СИД из GaAso,6Po,4 в работе i[106].

Проведем оценку предельно возможных значений 5пред в различных твердых растворах АВ. В работе [109] было показано, что 5пред=

1 1/87- yft =fj--\ -- , где /"jjs -эффективная масса неоснов-

ных носителей заряда. Если считать, что на поверхности выполняются условия большого уровня инжекции и рассчитать mj из эффективной подвижности электронно-дырочных пар в условиях их амбиполярной диффузии из объема к поверхности, то получим значения 5пред=25пред, приведенные в табл. 5.1.

Проведенный анализ позволяет перейти к рассмотрению вольт-амперных характеристик (ВАХ) светоизлучающих приборов на -основе гомоструктур GaAsi a;Px и гетероструктур AUGai-xAs.

Вольт-амперные характеристики всех кристаллов в области малых плотностей тока показывают преобладание joexp{eU/2kT). Типичные ВАХ для СИД из CaAso,i5Po,85: N представлены на рис. 5.8, из которых определялись экспериментальные зависимости /о/М от 1/А. Из полученных данных в соответствии с (5.14), (5.15) были вычислены значения т и S, приведенные в табл. 5.1.

Рис. 5.8. Вольт-амперная характеристика планарного СИД на основе GaAso.isPo.es: N при различных отношениях периметра к площади р-п перехода НА: ;-419 см-; 2-315 см-; 3-215 см-; 4-187 см-; 5-150 см-; 6-119 см-

Анализ представленных в табл. 5.1 результатов позволяет проследить следующие закономерности.

В диффузионных СИД из GaAsi-xPx при переходе от прямозонного твердого раствора GaAso,6Po,4 к непрямозонным составам GaAso.isPo.ss и GaP увеличивается т и уменьщается 5.

Среди СИД из AlxGai-ocAs наименьшую величину S имеют кристаллы с диффузионной изоляцией. Рассмотрим отношение

Eg-E,

гдесь pi и р2 - индексы рх- и рг-областей.

Хорошо видно, что при диффузионной изоляции экспериментальная величина

В конкретном случае л;р,=0,35 и Лр, =0,5 np,/ДгРг=4,1; 5= =3,5-105 см-с-1 при Sp, = 1,4-106 см-с-1.

Таким образом, вьшод р-п перехода на поверхность в более широкозонной области, чем область генерации излучения, позволяет резко уменьшить вклад тока поверхностной рекомбинации в паразитный ток.

5.3. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЦИФРО-ЗНАКОВЫХ ИНДИКАТОРОВ

В соответствии с классификационной схемой рассмотрим подробнее гибридные и монолитные ЦЗИ.

По способу формирования сегментов вся номенклатура гибридных ЦЗИ подразделяется на индикаторы простой конструкции и индикаторы на принципе рассеяния света. В первом случае все светящиеся элементы формируются непосредственно на кристаллах полупроводникового материала. i

В соответствии со сложной структурой ЦЗИ представляется целесообразным рассмотрение функциональных и конструкционных особенностей каждого элемента индикатора [ПО]. В простой гибридной конструкции размеры элемента однозначно определяются размерами светящейся области кристалла. Эта конструкция наиболее широко применялась на ранней стадии разработок полупроводниковых ЦЗИ (приборы АЛС304А, АЛС305А).

Активным элементом полупроводникового индикатора является светоизлучающий кристалл, параметры которого определяют в первую очередь основные технические характеристики прибора. Цвет свечения прибора определяется используемым полупроводниковым материалом. Для индикаторов красного цвета свечения широко используются эпитаксиальные структуры GaAso,6Po,4 (на подложках GaAs)n+-n-THna и Gao.esAlo.ssAs (на подложках

GaAs) р+-р1-р2-/г-типа. Для приборов желтого цвета свечения широкое применение нашли двухполосные структуры GaP п+-п-р-ти-ла, легированные изоэлектронными примесями N и Zn, О, или однополосные эпитаксиальные структуры GaAsi-xPa;, легированные изоэлектронной примесью азота. Еще более перспективны прямозонные структуры на основе твердых растворов Ini-xGaP (х« 0,67).

При разработке индикаторов зеленого цвета свечения в настоящее время используются структуры GaP п+-п-р-типа, легированная изоэлектронной примесью азота.

При проектировании топологии кристалла важны тип полупроводниковой структуры, особенности процесса генерации и вывода излучения и:1 нее. С учетом этих факторов была разработана серия базовых конструкций кристалла размером 0,4X0,4X0,25 мм (рис. 5.9).

Для кристаллов из структур п+-п-типа (GaAso.6Po,4-GaAs; GaAso.isPo.ss : N-GaP; Ino.sGaojP-GaP) применяется планарная конструкция, при этом р-п переход формируется методом диффузии в материал п-типа (рис. 5.9,а:,<5). В качестве защитной маски используется диэлектрическое покрытие SisA- Различие условий распространения и вывода генерируемого излучения из кристалла с прозрачной (GaP) и непрозрачной (GaAs) подложками учитывается в рассматриваемой планарной конструкции использованием сплошного (рис. 5.9,а:) или отражающего (рис. 5.9,е) контакта на основе композиций Au : Ge : Ni. При этом контакт к материалу р-типа изготовляется из AI.

Для структур с выращенным р-п переходом (структуры на основе GaP, AlxGai-xAs) возможны два альтернативных варианта конструкции излучающего кристалла: резанная или скрайбиро-ванная (рис. 5.9,б) и мезаконструкция (рис. 5.9,б,г). Для улучшения условий вывода излучения в структурах с прозрачной GaP-

~ .

р р- п

Рис. 5.9. Конструкции кристаллов-излучателей на основе GaAso.ePo.i (о), Gao.esAlo.ssAs (б), GaP (е, г), GaAso,i5Po,86: N, Хпо.зСао.тР (д): /-А1; 2 -SisN.; 3-Au:Ge:Ni; 4 -Au:Zn; S-SlOs