Современные светодиоды

Положение р-п-перехода

В светодиодах на основе двойной гетероструктуры бывает трудно сформировать р-п-переход в барьерном слое. Обычно нижний барьер­ный слой является областью n-типа, а верхний — областью р-типа. Ак­тивный слой при этом либо совсем не легирован, либо слабо легирован примесями п - или р-типа. Однако при перераспределении примесей р-п - переход может быть сформирован в одном из ограничивающих барьер­ных слоев. Диффузия примесей в процессе формирования кристалла объясняется высокой технологической температурой, длительностью процесса выращивания и большим коэффициентом диффузии приме­сей. Перераспределение примесей происходит за счет их диффузии, сегрегации и дрейфа.

Как правило, акцепторы из верхнего барьерного слоя диффунди­руют в активную область, а также в нижний барьерный слой. Такие примеси, как цинк и бериллий, имеют атомы малого радиуса, которые легко перемещаются внутри кристаллической решетки. К тому же коэффициенты диффузии атомов цинка и бериллия сильно зависят от концентрации примесей. Скорость диффузии цинка и бериллия резко возрастает при достижении определенной критической концентрации, в результате чего нарушается работа светодиода.

На рис. 7.5 показан пример распределения концентрации цинка в двойной гетероструктуре GalnAsP/InP, полученного методом масс - спектрометрии вторичных ионов (SIMS). На рис. 7.5, а показан случай умеренной концентрации примесей в верхнем барьерном слое (2 х х 1017 см~3). Из приведенного профиля концентраций видно, что цинк в основном сосредоточен в верхнем барьерном слое, хотя некоторые его атомы все же проникли в активную область. На рис. 7.5,6 пред­ставлена более высокая концентрация примеси в верхнем барьерном слое (2 • 1019 см-3). Из распределения концентраций следует, что цинк довольно глубоко проник в активную область. Теперь р-п-переход пе­реместился на край этой области, что значительно снизило квантовый выход излучения.

На рис. 7.6 показана модель, объясняющая изменение положения р-п-перехода в двойной гетероструктуре GalnAsP/InP (Schubert et al., 1995). Видно, что при критической концентрации iVcritical резко возрас­тает коэффициент диффузии цинка. Если в процессе выращивания кри­сталла концентрация цинка становится выше этого критического значе­ния, цинк перераспределяется по структуре так, что его концентрация снова снижается до уровня ниже значения Л^гШсаЬ Это значит, что в двойной гетероструктуре р-п-переход может перемещаться как вглубь, так и на край и даже за пределы активной области. Примечательно то, что смещение р-п-перехода происходит даже при достаточно низкой концентрации цинка в барьерном слое вблизи границы с активной областью.