Рис. 7.7. Зависимости эффективной плотности дырок р(0/р(0) от параметров на- рм работки для кристаллов с выращенным .

(кривая t) и диффузионным (кривая 2) о,9

р-п переходом

В виду, ЧТО пр,и расчете по формуле (7.13) в качестве параметра наработки использована величина 2а\Еп\ (кривая 2).

В общем случае процесс деградации в светоизлучающих структурах носит многостадийный характер. На первом этапе в соответствии с [172] за счет диффузии точечных междоузельных дефектов со стоков в объем активной области и их ассоциации возникают новые центры излучательной и безызлучательной рекомбинации (ЦБР). На этой стадии возможно возрастание интенсивности излучения. В отличие от модели Лонжини предполагается, что рост концентрации ЦБР и донорно-акцепторных пар происходит не только в обедненном слое, но и во всей активной области. Усилению процесса деградации способствует присутствие различных микро- и макронесовершенств, в частности локальных сужений р-п перехода и высокоомных областей вблизи р-п перехода. Сильный локальный перегрев может приводить к термическому распаду ЦБР, что, в свою очередь, может обусловливать уменьшение плотности туннельно-рекомбинационных составляющих и возрастание силы света приборов на первом этапе деградации. Вторая стадия деградации характеризуется развитием ДТЛ благодаря интенсивной безызлучательной рекомбинации через ЦБР, сопровождающейся генерацией вакансий и дислокаций вакансионного типа. Образование достаточно большой концентрации вакансий обусловливает на третьем этапе деградации усиление диффузии различных примесей и облегчает фототермический распад донорно-акцепторных пар. Различия в характере диффузии по междоузлиям и вакансиям приводят к различию энергий активации процессов быстрой и долговременной деградации.

В связи с тем, что вопрос о температурной зависимости скорости процесса деградации имеет важное практическое значение, на нем следует остановиться подробнее.

Накопленный к настоящему времени большой экспериментальный и теоретический материал [24] показывает, что тепловые эффекты в основном определяют изменение характеристик светоизлучающих приборов в процессе наработки. Процесс деградации носит термоактивационный характер и может быть списан энергией активации £„.

При анализе температурно-зависимых процессов деградации целесообразно разбить их на две основные группы: процессы, связанные с развитием структурных дефектов в виде ДТЛ и ДТТ, и процессы, связанные с однородной деградацией. ..

в первой группе причиной необратимого изменения излучательных характеристик приборов являются механические напряжения, возникающие вследствие различия температурных коэффициентов сопрягающихся слоев в структуре. Как показал проведенный в работе [173] анализ деградационных процессов в СИД на основе GaAso.sPo.i/GaAs, изменение температуры ДГ приводит к возникновению механического напряжения в структуре, описываемого соотношениями

До = £{-[К-аз)АГ-

(7.14)

R = d? I6di («1 - а) + 62 4 (аг - а) + 4 («1 - «з)]- ДГ" .

где ai, аг, аз {dudz, dz) -коэффициенты термического расширения (толщины слоев) GaAs, GaAso.95Po.05 и GaAso.sPo.i; d=d\-\-d2 + +3 - полная толщина структуры. Как и следовало ожидать из соотношения (7.14), температурная зависимость скорости деградации носит немонотонный характер. При температуре испытаний выше 450 К энергия активации положительна и составляет 0,52 эВ, при Г<:450 К Еа отрицательна и составляет -0,1 ...-0,3 эВ. В то же время в структурах без подложки процесс деградации характеризуется во всем температурном диапазоне положительной энергией активации, составляющей 0,25 ... 1 эВ.

Авторами [173] было установлено, что скорость развития ДТЛ также имеет немонотонную температурную зависимость: при Г> >450 К энергия активации указанного процесса положительна и составляет 0,32 эВ. В то же время при Г<450 К Еа=-0,4 эВ.

Аналогичные данные по энергии активации процессов деградации, связанных с развитием структурных дефектов, для приборов на основе других соединений представлены в табл. 7.3.

Процесс однородной деградации, обусловленной квазихимическими реакциями и миграцией примесных атомов и точечных де-

Таблица 7.3. Энергия активации процесса деградации в СИД на основе АВ

Примечания: ОД - однородная деградация, связанная с диффузионно-дрейфовым переносом; ДТЛ - деградация, связанная с развитием дефектов темных линий; ДТТ- деградация, связанная с развитием дефектов темных точек.

фектов структуры, теоретически рассмотрен в обзорных работах [164-166, 174].

Б соответствии с работой [175] скорость деградации определяется соотношением

где Тго, То (тг, т) - соответственно излучательное и полное время жизни носителей в начальный момент времени (в момент времени t); Nt - концентрация центров, ответственных за деградацию. Б соответствии с [175] температурная зависимость r{t) определяется зависимостью коэффициента диффузии от температуры:

D(r) = Doexp(-

Как показано в .[174], сильное электрическое поле может изменять энергию активации на величину eEod, где Во - напряженность локального электрического поля, а d - расстояние между двумя переходами. Данные по энергии активации рассматриваемого процесса деградации приведены в табл. 7.3. В качестве центров, ответственных за деградацию, могут выступать как примесные центры (например, Си), так и сложные комплексы с участием точечных дефектов. Б работе [176] было установлено наличие двух стадий деградации в СИД, полученных диффузией Zn в эпитаксиальные структуры на основе GaAs и GaAso.iPo.g. При этом быстрая стадия деградации наступает по истечении времени t, продолжительность которого уменьшается с увеличением концентрации донорной примеси. Проведенный анализ позволил приписать вторую стадию деградации образованию комплексов на основе ZnoaVp.

7.4. РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ В СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ПРИБОРАХ

В настоящее время установлено, что светоизлучающие приборы весьма подвержены воздействию жестких проникающих излучений, основными из которых являются -у-кванты, быстрые электроны, нейтроны. Подробный анализ современных представлений о характере взаимодействия жестких проникающих излучений с широкозонными полупроводниками проведен в работах ,[176, 177]. Основными процессами взаимодействия нейтронов с твердыми телами являются упругое рассеяние на ядрах, приводящее к их смещению из узлов кристаллической решетки, неупругое рассеяние нейтронов с передачей части энергии частицы на возбуждение ядра и последующим испусканием -у-квантов, а также ядерные реакции, также приводящие к атомным смещениям. Поглощение у-квантов сопровождается проявлением фотоэффекта с поглощением практически всей энергии -у-квантов и ее передачей фотоэлектронам, комптон-эффекта и эффекта образования электрон-позитрон-ных пар. Взаимодействие высокоэнергетических электронов с твердыми телами характеризуется передачей энергии на смещение ато-