оптимальных примесей-активаторов люминесценции и оптимизацию легированных этими примесями структур GaP. Было установ-.лено, что эффективная люминесценция в GaP может быть обеспечена излучательными переходами с участием простых центров (N) и сложных (Zn-О, Bi-N, Cd-О) комплексов. Результаты обширных экспериментальных и теоретических исследований из--лучательной рекомбинации экситонов, связанных на изоэлектронных центрах, систематизированы в монографии [14]. Примесный характер люминесценции в фосфиде галлия уже подразумевает, что в таких структурах генерируется излучение с энергией квантов меньшей ширины запрещенной зоны. Это означает, что наиболее коротковолновая люминесценция в таких структурах может быть реализована при легировании GaP изоэлектронной примесью N; при этом длина волны в максимуме спектрального распределения излучения составляют 562 нм, что соответствует желто-зеленому цвету свечения.

Большой прогресс, достигнутый в технологии структур фосфида таллия в последнее время, позволил добиться эффективной собственной люминесценции, что ставит в повестку дня вопрос разра-•ботки ПЗСИ на основе структур, не легированных изоэлектронны-ми примесями. К числу несомненных потребительских достоинств таких приборов относится насыщенный зеленый цвет их свечения; при этом длина волны в максимуме спектрального распределения «злучения достигается в области максимальной чувствительности человеческого глаза (Л=555 нм).

Большие времена собственной излучательной рекомбинации в GaP (т= 10~... 10"* с) по сравнению с типичными временами безызлучательного и примесного излучательного процессов создают объективные трудности для реализации эффективной собственной люминесценции. При этом внутренний квантовый выход рассматриваемого канала рекомбинации определяется присутствием в GaP как примесных центров, эффективно захватывающих свободные экситоны (например, изоэлектронной примеси азота), так и центров безызлучательной рекомбинации, в частности дефектов стехиометрии. Существенное влияние на излучательную рекомбинацию в GaP оказывают вакансии галлия, характеризующиеся большим сечением захвата электронов (ап=4,5-10"* см). При типичных условиях кристаллизации (Т=1280 К и давлении паров •фосфора 1,3-10" Па), как показывает оценка [88], концентрация вакансий галлия составляет 1,4-10* см~, что должно приводить к возникновению канала безызлучательной рекомбинации, характеризующегося временем жизни порядка I мкс. Экспериментальное 1ясследование иелегированного изоэлектронными примесями фосфида галлия [88], полученного методом ГФЭ, показывает, что эффективность излучательной рекомбинации возрастает по мере возрастания отношения у газовых потоков - носителей Ga и Р (HCI и РНз) в диапазоне 1 ... 5; при этом наблюдается смещение максимума полосы люминесценции в коротковолновую сторону. Увеличение внутреннего квантового выхода по мере возрастания вели-

чины у связывается в работе [88] с уменьшением концентрации Уса- Метод эпитаксии из газовой фазы предпочтителен для структур GaP с малой концентрацией мелких электрически и оптически активных центров, что является одной из предпосылок получения эффективной собственной рекомбинации. Вместе с тем, как показывают экспериментальные данные, даже в структурах, оптимальных с точки зрения практически реализуемой величины у=5, сила света не превышает 80 мккд (при /=20 мА), что явно недостаточно для разработки высокоэффективных полупроводниковых индикаторов. Одной из возможных причин недостаточной эффективности собственной люминесценции в газовых структурах фосфида-галлия является присутствие глубоких центров безызлучательной рекомбинации.

Альтернативным методом, позволяющим получить эффективные GaP-структуры насыщенного зеленого цвета свечения, является метод ЖФЭ [88, 116]. При этом возможны два варианта практической реализании таких структур. В первом варианте процесс эпитаксии проводится при обычных для технологии структур GaP температурах (Г=1280 ... 1080 К). Для очистки расплава от сопутствующей примеси азота в этом случае в качестве геттера используется примесь алюминия, эффективно связывающая содержащиеся в расплаве N и О. Как было установлено в [88], использование избыточного противодавления паров фосфора приводит к возрастанию эффективности собственной люминесценции. Указанное обстоятельство позволяет сделать вывод о том, что за безызлучатель-ную рекомбинацию в фосфиде галлия ответственны не только вакансии галлия, но и вакансии фосфора, концентрация которых уменьшается с увеличением противодавления паров фосфора.

Радикально уменьшить общую концентрацию дефектов стехиометрии можно выращиванием структур на основе GaP при низкой температуре (Г=1080 К). Использование низкой температуры кристаллизации позволяет одновременно решить и проблему очистки эпитаксиального слоя от фоновых примесей (в том числе и от примеси азота). Существенным недостатком низкотемпературной эпитаксии фосфида галлия является резкое уменьшение скорости роста эпитаксиального слоя. В значительной степени указанную трудность можно обойти, используя расплав In-Ga. Уменьшение концентрации Ga в расплаве приводит к возрастанию растворимости в не.м фосфора и увеличению скорости кристаллизации. Анализ трехкомпонентной системы In-Ga-Р показывает, что в рассматриваемой системе фосфор характеризуется наибольшим коэффициентом сегрегации, Ga - средним. В то же время малый коэффициент сегрегации In обусловливает малое содержаие этой примеси в твердой фазе (менее 17о) даже при атомном содержании в расплаве xin = 80%, что обеспечивает достаточно хорошее согласование постоянных решетки эпитаксиального слоя п подложки. Дальнейшее возрастание содержания In в расплаве приводит к кристаллизации твердых растворов Ini-xGaP, рассогласованных по постоянной решетки с подложкой, что, по-видимому, является 134

лричиной уменьшения внутреннего квантового выхода в рассматриваемом случае.

В оптимальных структурах, полученных низкотемпературной ЖФЭ, достигается эффективная электролюминесцен-дия насыщенного зеленого цвета свечения (Лт~555 нм) с максимальной удельной яркостью Lyд=300 кд-м"~-А"*-см. При этом в широком диапазоне токов /150 мА интенсивность излучения суперлинейно зависит от тока ?s;v(гдe 7= 1,4). В отличие от традиционных источников излучения в желто-зеленой области спектра на основе GaP : N, краевая полоса люминесценции в рассматриваемом случае характеризуется существенно большей монохроматичностью (кривая / на рис. 6.1), что имеет принципи-.альное значение с точки зрения обеспечения лучшей контрастности изображения.

Важное достоинство структур с собственной излучательной рекомбинацией состоит в сохранении насыщенного цвета свечения в .широком температурном диапазоне. Физической причиной этого является то, что в области высоких температур одновременно со смещением доминирующей полосы В в длинноволновую сторону происходит проявление и последующее усиление новой коротковолновой полосы X (кривая 2 на рис. 6.1). Сложный характер люминесценции насыщенного зеленого цвета, реализуемой в структурах GaP, полученных низкотемпературной ЖФЭ, обусловливается [116] одновременным проявлением собственной рекомбинации экситонов и дырок на нейтральных донорах.

В соответствии с представленными данными процесс получения ПЗСИ насыщенного зеленого цвета имеет достаточно надежную технологическую основу. В то же время вплоть до настоящего времени не разработана технология эффективных источников спонтанного излучения в голубой области спектра. Использование эффективных арсенидогаллиевых излучающих диодов с антистоксовым люминофором [14] не позволяет в полной мере решить указанную задачу. Вместе с тем интенсивное развитие полупроводникового материаловедения и технологии дает ряд интересных альтернативных решений. Первое решение использует карбид кремния. Как показывают результаты исследования [117], традиционные условия кристаллизации определяют присутствие в синтезируемом материале большой концентрации фоновых примесей, уменьшающих эффективность излучения {дгпн.ед. в голубой области спектра. В определен- ном отношении проблемы получения эффективных источников излучения на ос- нове GaP и SiC аналогичны. В обоих случаях разработчик имеет дело с непря- 2

Рис. 6.1. Спектры электролюминесценции р-п

структур на основе Ino.oiGao.ogP при различных

температурах окружающей среды, К: Ч-Ъ. jn 55q - 56u Км

i -300; 2 - 425