ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЕДИОДЫ

GaP р—л-СТРУКТУРЫ С УПРАВЛЯЕМЫМ ЦВЕТОМ СВЕЧЕНИЯ

Светоизлучающие диоды являются одним из немно­гих источников света, на основе которых может быть

ализовано управляемое изменение цвета свечения. Су­ществует несколько путей создания структур с управля­емым цветом свечения.

рассмотрим структуру, содержащую, по крайней ме­ре, два р — п-перехода, каждый из которых генерирует излучение разных цветов. Если вещество полупроводни­ка прозрачно для генерируемого излучения, то при включении одного или обоих р — я-переходов, а также регулируя силу тока через р — я-переходы (при включе­нии обоих р—л-переходов) можно получать свечение различных цветов.

Двухпереходная структура была реализована на GaP [83]. В качестве подложки используются монокри - сталлические пластины я-GaP с кристаллографической ориентацией (111), легированные до концентрации элек­тронов (1—5) ■ 1017 см-3. Эпитаксиальные р—я-структу - ры наращиваются методом жидкостной эпитаксии. Вна­чале на обе стороны подложки наращиваются эпитакси-- альные я-слои, легированные теллуром, затем эпитакси­альные p-слои. Эпитаксиальный р — я-переход, излуча­ющий красное свечение, получают легированием р-слоя Zn и О, а р — я-переход, излучающий зеленое свече­ние,— легированием N. Легирование N, О и Zn осущест­вляется из газовой фазы. Структура с красным свечени­ем выращивается на плоскости (111) В, с зеленым све­чением — на плоскости (111) А [83].

При пропускании электрического тока через один из р — я-переходов излучается красный или зеленый свет. При одновременном включении обоих р — я-переходов излучаются красный и зеленый свет, которые смешива­ются и, в соответствии с графиком цветности МКО, соз­дают спектрально-чистые промежуточные цвета свече­ния: желтый, оранжевый и другие в зависимости от от­ношения интенсивностей полос. Таким образом, управляя токами через р—я-переходы, можно изменять цвет све­чения от красного до зеленого. При этом сила света во всем спектральном диапазоне остается примерно одина­ковой (при одном и том же суммарном токе через р— я-переходы).

Спектр излучения каждой из полос не отличается от известных спектров люминесценции р—я-структур GaP : Zn, О и GaP : N. Некоторое отличие заключается в большей доле неосновной полосы (например, полосы с?.маКс = 0,7 МКМ В спектре С ОСНОВНОЙ ПОЛОСОЙ Амакс =

=0,56 мкм и наоборот). Это отличие обусловлено взаимным проникновением примесей в процессе эпитаксиал); ного выращивания и может быть устранено в результа те совершенствования технологии.

Двухпереходные структуры GaP использованы в раз. работках светоизлучающих приборов. Фотометрически» характеристики структур будут рассмотрены в гл. 4 при описании характеристик приборов с управляемым цВе, том свечения.

Второй путь создания светоизлучающего диода с уп­равляемым цветом свечения был предложен в работе [17]. Он заключался в использовании двухполосного GaP : N, Zn — О р — я-перехода с различными зависи­мостями интенсивностей полос излучения от тока. Крас­ная полоса излучения, обусловленная рекомбинацией инжектированных электронов на Zn — О комплексах, насыщается с ростом плотности тока выше 5—10 А/см2. Зеленая полоса излучения, обусловленная рекомбинаци­ей на атомах N, имеет сверхлинейную зависимость ин­тенсивности излучения от тока. При увеличении тока, протекающего через такой р — я-переход, изменяется относительная величина красной и зеленой полос, а, сле­довательно, изменяется и цвет свечения (в зеленую сто­рону).

Двухполосная GaP : N, Zn—О р — я-структура с управляемым цветом свечения была оптимизирована в работе [84]. Два слоя структуры я - и p-типа выращива­лись последовательно методом жидкостной эпитаксии, причем я-область легировалась N, а р-область — Zn и О. Методика выращивания аналогична описанной в рабо­те [18].

Для сужения интервала тока, в котором происходит изменение цвета свечения, было исследовано влияние концентрации Zn в p-области вблизи р — n-перехода на резкость зависимости ХЭф—f(I). Исследование показало, что снижение концентрации Zn в р-слое приводит к су­щественному увеличению резкости изменения Яэф с рос­том тока. Это явление объясняется увеличением коэф­фициента инжекции электронов в р-область, что приво­дит к более быстрому насыщению излучения в красной полосе.

Оптические характеристики структур исследовались на диодах с мезаструктурой с площадью р — и-перехода примерно Є • 10~4 см2. Мезаструктура была применена для повышения плотности тока, что существенно способ­ствовало сужению рабочего интервала токов.

Типичные характеристики образцов диодов в поли­мерной герметизации приведены на рис. 3.19. При изме­рении на постоянном токе ЯЭф изменяется от значения 610—615 нм (красный цвет) при токе. 2—5 мА до 575 нм при токе 50 мА (зеленый цвет). Оранжевое свечение с Язф»600 нм наблюдается при токе примерно 10 мА, жел­тое свечение с 585^-590 нм при токе

примерно 20 мА. Сила света образцов составляет прц токе 10 мА примерно 0,6 мкд, при токе 20 мА — при­мерно 1,2 мкд, при токе 50 мА — примерно 4,0 мкд (угол излучения 40°).

1ри измерении на импульсах (длительность 10 мке, частота следования 1,6 кГц) результаты измерений в красно-желтой области спектра совпадают с результа­тами измерений на постоянном токе. Однако зеленый свет с АЭф=575 нм наблюдается на импульсах при ам­плитуде тока 170—200 мА. Сила света при токе 200 мА составляет примерно 20 мкд. Такое расхождение связа­но, по-видимому, с разогревом прибора при измерении на постоянном токе. Как известно, красная полоса из­лучения имеет более сильную температурную зависи­мость, чем зеленая. В связи с этим при больших посто­янных токах насыщение красной полосы усиливается еще за счет разогрева прибора.

Вышеприведенные исследования показали, что двух­полосные однопереходпые GaP р — л-структуры, наряду с достоинством: широким диапазоном изменения цвета при варьировании только одного параметра — силы то­ка, имеют и существенный недостаток: неодинаковую силу света для различных цветов. Такие структуры пока практического применения, по-видимому, не нашли.

В настоящем разделе мы рассмотрим некоторые виды структур, которые находятся в стадии разработки и ис следования.

In.^Gai-jcP. В гл. 1 мы указывали, что твердый рас. твор соединения InP—GaP имеет прямые переходы д0 энергии 2, 18 эВ. В связи с этим он представляется весьма перспективным для получения яркого желтого свечения. Однако положительных результатов по ис­пользованию твердого раствора InxGai_xP для светоиз­лучающих диодов пока немного, причина этого — значи­тельная трудность его получения. Прежде всего эти трудности связаны с отсутствием подложек, параметр решетки которых близок к параметру решетки твердого раствора, содержащего 30—50 % InP. Серьезные проб­лемы создает также большое различие постоянных пе-

шетки GaP (5,451 А) и InP (5,869 А), приводящее к ме­ханическим напряжениям и дефектам при отклонениях от однородного состава пленки. При получении этого соединения из газовой фазы определенные трудности создает различие физико-химических свойств GaCl и InCl.

Из успешных работ по созданию светоизлучающих диодов из IiixGai-xP может быть отмечена работа Ю. А. Голованова, JI. Н. Михайлова, В. П. Сушкова с соавторами [85]. Эпитаксиальные слои твердого раство­ра n-In^Gai-^P, содержащие 32—36 % InP, были вы­ращены газовой эпитаксией на подложках n-GaP (100) хлоридно-гидридным методом. Переходный слой имел толщину примерно 10 мкм. Эпитаксиальный слой легировался теллуром до концентрации 5-Ю16—ЗХ XI О17 см-3. Квантовый выход катодолюминесценции вы­ращенных слоев достигал 0,02—0,1 %. Диоды создава­лись планарной диффузией Zn. Диффузия проводилась при температуре 700 °С в откачанной кварцевой ампуле. Глубина р— n-перехода составляла 2—3 мкм, концен­трация дырок на поверхности — (6—8) -1018 см"3- Удельная яркость свечения составляла 150—200 кдХ Хм“2-А-1-см2 при плотности тока 10 А/см2 и 250-1 350 кд-м~2-А-1-см2 при плотности тока 30 А/см2. Длина волны в максимуме спектральной полосы ~590 нм.

Однако для практического применения этого соеди­нения предстоит проделать еще значительный объем ис­следований, как в направлении получения ненапряженьіх эпитаксиальных структур, так и в направлении на - оЖДения оптимальных условий формирования диффу­зного р — л-перехода. Однако тот факт, что процесс Сращивания слоев ІпжОаі_жР из газовой фазы весьма похож на технологию, обычно применяемую для про­мышленного производства структур GaAsi-яР*, делает твердый раствор InxGai-^P перспективным для промыш­ленного изготовления светоизлучающих диодов.

Gai_*Al*P. Твердый раствор Gai_aAl*P интересен в в связи с тем, что на его основе, в отличие от GaP : N, могут быть созданы светоизлучающие диоды с чисто зеленым свечением (Хмакс — 2^0 — 550 нм). При 300 К ширина запрещенной зоны А1Р составляет 2,43 эВ, в то время как для GaP 2,27 эВ.

Попытки создания светоизлучающих диодов из Gai-*A1*P были предприняты в ряде работ. В работе [86] методом жидкостной эпитаксии выращивался слой «-Gai-aAlxP, легированный Те, на p-GaP-подложке, легированной Zn. р-Область Gai-aAljcP образовывалась в результате диффузии Zn из подложки. Длина волны в максимуме спектральной полосы находилась в преде­лах от 543 нм (2,28 эВ) до 550 нм (2,25 эВ) в зависимо­сти от содержания А1Р. Квантовый выход излучения в зеленой полосе составил 10~5. Сообщалось также о вы­ращивании двухслойной структуры /z-Gai_xAI*P — P-Gai-aAkP на подложке р+-GaP. Слои легировались соответственно Те и Mg. Зеленая электролюминесценция получена н области 2,36 эВ (525 нм) при 300 К. Об эф­фективности не сообщается.

В обеих работах изоэлектронная примесь N не вво­дилась. Это связано с технологическими трудностями введения N в это соединение методом жидкостной эпи­таксии, так как азот связывается с А1 с образованием A1N. В работе [87] была предпринята попытка введения N в жидкостно-эпитаксиальный слой Gai-^AUP методом ионной имплантации. После термообработки при темпе­ратуре 950 °С в спектрах катодолюминесценции образ­цов появились полосы, связанные с присутствием опти­чески активного азота (/zvMaKc»2,4 эВ при 77 К для со­става Gao,35Alo,65P). Однако в спектрах катодолюминес­ценции кроме азотных полос присутствовали длинновол­новые полосы, указывавшие на несовершенство эпитак­сиального слоя соединения. Перспективность введения N в Gai-aAUP методом ионной имплантации в настоящее время не ясна.

Для повышения эффективности GaP : N структур ЛИ проведены эксперименты ПО созданию гетерОСТруктуд GaP—Gai-xAIxP [88]. Представлялось привлекательна], использовать близость постоянных решетки GaP

О О Г

(5450 А) и А1Р (5462 А) для повышения коэффициента инжекции дырок в «-область GaP : N и уменьшения по - терь света при выводе из кристалла за счет эффекта широкозонного окна. Положительных результатов до. стигнуть не удалось. Причина этого, по-видимому, в де­фектности гетероперехода, возникающей из-за различия постоянных решетки GaP и А1Р при температуре выра­щивания структуры, которое, по-видимому, при 900— 1000 °С более существенно, чем при комнатной темпе­ратуре. В целом полученные результаты на Gai-^Al^P пока. недостаточны для его практического использо­вания.

GaxIfit-xAsi-yPy. Как сообщалось в гл. 1, использо­вание четверных соединений полупроводников AHIBV с изовалентным замещением элементов III и V групп поз­воляет в широком диапазоне энергий ширины запрещен­ной зоны достигать совпадения периода решетки твердо­го раствора и подложки на основе бинарного соедине­ния. Примером таких четверных твердых растворов мо­гут служить GaJni-ocAsi-i/Pi, (InP, GaAs), GaxIni-xSbi-bAsy (GaSb, InAs), ALIni-aSbi-^As^ (InAs, A! Sb).

Наиболее подробно в настоящее время исследовано соединение GaxIni_*As[_j, Py. Эпитаксиальные структуры этого соединения выращиваются методом жидкостной эпитаксии из растворов-расплавов In—Ga—As—Р, обо­гащенных индием, на подложках InP, ориентированных в плоскости (111) [19]. Выращивание осуществляется при принудительном охлаждении раствора-расплава. Пока­зано, что на основе таких твердых растворов при соот­ветствии постоянных решетки эпитаксиального слоя и подложки могут быть получены материалы с шириной запрещенной зоны в диапазоне 0,7—1,3 эВ. Этот интер­вал энергий интересен прежде всего тем, что в нем име­ются важные минимумы в спектре поглощения кварце* вого световода, а также полосы излучения мощных твердотельных лазеров.

Высокоэффективные излучающие диоды инфракрас­ного диапазона были созданы на основе гетерб - структуры типа /г-InP (подложка)—п-InP—п(р)- - ОалІПі-дАБі-уРі, — р-InP [19]. Структура выращива - 90 аСЬ в ходе единого процесса жидкостной эпитаксии путем последовательного перемещения пластины через ванны с расплавами. Легирующими примесями для ле­гирования п - и p-областей являлись теллур и цинк. Тол­щина p-области твердого раствора составляла 1—2 мкм, При общей толщине области твердого раствора 3—5 мкм.

Тот факт, что в спектрах электролюминесценции та­ких структур преобладала полоса люминесценции твер­дого раствора GaJni-^Asi-j/Py, свидетельствует о су­ществовании разрыва в зоне проводимости на гетеро­границе InP—GaxIn^As^Pj,.- Наличие этого разрыва делает возможным использование этого гетероперехода в качестве эффективного инжектора электронов в излу­чающих структурах.

На двойных гетероструктурах с непоглощающей свет широкозонной подложкой InP получены образцы ИК диодов плоской конфигурации с внешним квантовым выходом излучения до 4,7 % (300 К) при выводе излу­чения перпендикулярно плоскости гетероперехода [19]. Длина волны в максимуме спектральной полосы излу­чения находилась в пределах 1,0—1,2 мкм. Сообщалось также о создании образцов диодов с мезаструктурой, в которых вывод излучения осуществлялся^ через прозрач­ную подложку, на которую был нанесен полимерный ку­пол. В связи с улучшенными условиями вывода излуче­ния мощность излучения достигла для лучшего образца 15 мВт при токе 50 мА (Хмакс= 1,065 мкм, полуширина полосы 85 нм), что соответствует внешнему квантовому выходу излучения около 28 %.

На основе гетероструктур в твердом растворе GaAln^xAsi-j/Py созданы также различные виды ИК диодов для волоконно-оптических линий связи с длиной волны излучения в пределах 1,0—1,3 мкм. Устройство и характеристики этих диодов рассматриваются в гл. 6.

Интересны также результаты исследования гетеро­структур в системе GaxIn^jcAsj/Sbi-j, на подложке GaSb [89], которые могут охватить значительный диапазон Длин волн — по-видимому, от 1 до 3,5 мкм. Эта система является узкозонной по отношению к GaSb, поэтому Имеется возможность вывода излучения без существен­ного поглощения. Двойные гетероструктуры в этой сис­теме выращивались методом жидкостной эпитаксии. Области п - и p-типа легировались Те и Ge. Максимум Длины волны излучения диодов с примерным составом Узкозонной области Gao, iIno,9Aso, iSbo,9 лежал в диапа зоне 1,8—2,1 мкм. Внешняя квантовая эффективность при выводе излучения через подложку составляла 1_. 1,5%! (300 К).

GaN. Нитрид галлия — полупроводник с ширинсії запрещенной зоны примерно 3,5 эВ, перекрывающий весь видимый диапазон спектра и имеющий разрешенные прямые оптические переходы. Именно этим и обусловлен повышенный интерес исследователей к GaN.

Нитрид галлия получают методом газовой эпитаксии на сапфировой подложке. Технология его получения до - статочно проста и может быть развита до технологии промышленного изготовления. GaN обладает монопо - лярной проводимостью (п-типа), обусловленной, по-ви­димому, высокой концентрацией вакансий N, создающих мелкие донорные уровни. При попытках изготовления GaN p-типа (например, посредством легирования Zn) получается только высокоомный материал. Это связано с большой глубиной залегания акцепторных примесей (для Zn Еаж0,7 эВ от потолка валентной зоны). Поэто­му для создания светоизлучающих диодов из GaN ис­пользуются структуры типа т—і—п (металл — высоко­омный полупроводник — полупроводник /г-типа) [90]. Нелегированный GaN /7-типа обычно характеризуется концентрацией электронов примерно 1018 см-3 и подвиж­ностью около 100 см2/(В-с). Высокоомный і-й слой имеет удельное электрическое сопротивление в пределах 106— 108 Ом-см.

Исследования под микроскопом при большом увели­чении показали, что свет, возникающий при приложе­нии напряжения к т—і—/7-структуре, излучается мно­жеством точек. Положение светящихся точек соответст­вует расположению границ зерен GaN. Согласно модели механизма электролюминесценции, предложенной в ра­боте [90], эпитаксиальная пленка GaN состоит из мно­жества микрокристаллов, содержащих на своих грани­цах высокоомные t-слои (созданные в результате введе­ния цинка). При приложении напряжения электроны туннелируют из /7-области в зону проводимости і-обла - сти, где под воздействием сильного электрического ПОЛЯ возникает лавинный пробой и генерируемые в (-области носители инжектируются в /г-область, в которой и про­исходит излучательная рекомбинация на акцепторных уровнях Zn.

На структурах GaN получено свечение различных цветов. Наибольший практический интерес представляет

дубое свечение. Спектральная полоса голубой элект- ^люминесценции представляет собой широкую полосу с максимумом около 2,8 зВ [91]. КПД, т. е. отношение мощности излучаемого светового потока к входной элек - трлческой мощности, достигает ОД % и сравним с КПД сВетоизлучающих диодов с зеленым свечением из GaP.

яркость может превышать 1000 кд/м2. Толщина і-обла - - сти в диодах с голубым свечением составляет 0,5—

1,5 мкм.

Светоизлучающие диоды с зеленым свечением из GaN характеризуются максимумом спектральной поло­сы около 2,4 эВ. КПД диодов не превышало 10~2%.

Светоизлучающие диоды с фиолетовым свечением были получены при легировании эпитаксиального слоя GaN магнием [92]. Глубина залегания уровня Mg при­мерно 0,5 эВ от потолка валентной зоны. В связи с этим энергия излучения при прямом смещении находилась в пределах 2,8G—2,98 эВ. Рабочее напряжение диодов со­ставляло 10—20 В; КПД достигал 10-3%.

На основе т—і—л-структур GaN были созданы так­же светоизлучающие диоды с желтым свечением. При прямом смещении при 300 К спектр излучения имел максимум около 2,2 эВ. КПД диодов при прямом сме­щении достигал 4-10-2 %.

Некоторые диоды излучали также красный свет с энергией около 1,76 эВ.

Представляет интерес также наблюдение голубого свечения с hv^i 2,55 эВ, поляризованного до 60% [93]. Внешний квантовый выход излучения достигал 0,2— 0,3 %. Предполагается, что за поляризованное голубое излучение ответственны цинковые комплексы дипольно­го типа, которые ориентируются в электрическом и маг­нитном ПОЛЯХ. '

На GaN получены также приборы, которые изменя­ют пвет свечения при перемене полярности, приложенно­го напряжения. Были созданы образцы, изменявшие цвет свечения с фиолетового (прямое смещение) на го­лубой (обратное смещение).

Таким образом, GaN позволяет получить свечение практически во всем видимом диапазоне спектра. Техно­логия его выращивания достаточно проста. Недостаток п—і—/г-структур GaN — низкий коэффициент инжекции носителей. Существенный сдвиг в параметрах приборов из GaN можно было бы получить, если бы удалось создать GaN p-типа и получить р—л-переход

SiC. Диоды из SiC, так же как и диоды из GaN, из-з^ большой ширины запрещенной зоны (для гексагональ­ной модификации Е$—3,2 эВ) способны, в принципе обладать электролюминесценцией во всем видимом диа­пазоне спектра. Однако, в отличие от GaN, SiC имеет непрямую зонную структуру. Поэтому эффективная из­лучательная рекомбинация в нем может проходить только при участии, примесных центров (донорно-акцеп - торных пар, изоэлектронных центров и др.). Достоинст­во карбида кремния, в отличие от GaN, — возможность получения п - и p-типов проводимости, т. е. получения р—п-перехода.

В настоящее время для светоизлучающих диодов из SiC освоенным является спектральный диапазон с жел­тым цветом свечения (/ivMaitc=2,05-f-2,14 эВ). Диоды с желтым свечением содержат, как правило, диффузион­ный р—«-переход в кристалле а-SiC (6Н). Активато­ром желтого свечения является. бор. Излучательная рекомбинация осуществляется на донорно-акцепторных парах азот — бор [94].

На протяжении длительного времени предпринимают­ся попытки создания на основе SiC светоизлучающих диодов с голубым и зеленым свечением. В работе [95] с помощью ионной имплантации ряда примесей были получены р—n-переходы с зелено-голубым свечением. Исходные пластины а-SiC (6Н) были легированы N. При ионном введении В или Ga спектры электролюми­несценции р—«-переходов содержали две широкие по­лосы в инфракрасной и зеленой областях спектра. Мак­симум зеленой полосы находился при 2,3±0,04 эВ для Ga и 2,17±0,04 кВ для В. Полуширина спектральной полосы 85 и 200 нм соответственно. При ионном введе­нии алюминия спектр излучения состоял только из зеле­ной полосы с максимумом 2,3±0,04 эВ. Зеленые полосы обусловлены, по-видимому, электронными переходами с уровней N (0,17; 0,2; 0,23 эВ) на глубокие уровни 0,54; 0,65 эВ (В), 0,35 эВ (Ga) и 0,49 эВ (А1), хотя механизм зеленей люминесценции не является окончательно выяс­ненным. Яркость диодов, полученных имплантацией ио­нов алюминия, достигала 1000 кд/м2 при плотности тока 10 А/см2. Длина волны в максимуме спектральной поло­сы около 530 нм.

Предпринимаются попытки получения светоизлуча­ющих диодов из SiC методами жидкостной и газовой эпитаксии. В работе [96] р—«-структура выращивалась методом жидкостной эпитаксии из кремниевого распла - Еа при наличии вертикального температурного градиен­та около 10°С/см при температуре расплава 1700 °С. р—«-Переход создавался в процессе эпитаксиального роста либо в результате двухрасплавной эпитаксии, либо в результате перекомпенсации расплава примесью противоположного типа проводимости; p-тип создавался легированием расплава алюминием (1 % А1 по массе в расплаве приводил к концентрации дырок в р-области примерно 1019 см-3), а п-тип — легированием N. Под­ложкой служил SiC p-типа. Диоды изготавливались в виде мезаструктуры площадью около 0,5 мм2. Верхний омический контакт создавался напылением Ni (темпера­тура вплавления 1000 °С), нижний — эвтектического сплава А1—Si (950°С). Активной областью служила область p-типа, так как благодаря более высокой по­движности электронов преобладала инжекция последних в p-область. Диоды собирались в конструкции с поли­мерной герметизацией. Спектры излучения диодов, по­лученных двухрасплавной эпитаксией, обладали макси­мумами 2,9 и 2,75 эВ, соответствующими межзонной рекомбинации (с участием фононов) и примесной с уча­стием акцепторного уровня А1. Спектры диодов, полу­ченных методом перекомпенсации, с p-областью, легиро­ванной в пределах 5-Ю18—1019 см~3, обладали максиму­мами 2,75 и 2,6 эВ, соответствующими рекомбинации с участием акцепторного уровня А1 (2,75 эВ) и донорно - акцепторных пар А1—N (2,6 эВ).

Наиболее яркие образцы диодов имели внешний квантовый выход излучения 4-Ю-3 % при плотности то­ка 2 А/см2. Удельная яркость свечения составляла при­мерно 50 кд-м-2-А-1*см2. Сила света образцов 0,5 мкд При токе 100 мА и напряжении 3 В.

Фирма «Сименс» в конце 1980 г. показала на выстав­ке «Дисплей-80» диоды из SiC типа SFH710 с силой света 2,8 мкд при токе 50 мА (цвет свечения — голубой).

В работе [97] р—п-переход создавался газовой эпи­таксией слоев п - и p-типа на подложке SiC (6Н) с использованием системы SiCU—С3Н2—Н2. Температура эпитдксии 1800 °С. Слой п-типа легировался N из NH3 (п«1-1016 см'~3), а слой р-типа — А1 из А1С13 (р~ л; ЫО18 см-3). Максимум спектральной полосы излуче­ния СОСТавЛЯЛ Ямакс «495 нм. Внешний квантовый выход излучения 2-10-3 %.

Наблюдалось также предпробойное фиолетовое излу­чение из SiC кубической модификации. Типичный спектр излучения обратносмещенного р—«-перехода представ- лял собой полосу с максимумом вблизи 3.1 эВ и полуД риной 0,4 эВ. В гексагональном SiC максимум спектра предпробойной электролюминесценции находился при энергии, близкой к 2,4 эВ.

По технико-экономическим показателям SiC трудно конкурировать с GaP в желтой и желто-зеленой облас­тях спектра. Развитие SiC возможно, по нашему мне­нию, в направлении создания приборов с зелено-голубым и синим свечением.

A1N. Одно из наиболее коротковолновых излучений по­лучено на соединении A1N [98]. Ширина запрещенной зоны A1N около 0,2 эВ. Соединение может быть выраще­но газовой эпитаксией на сапфировых подложках (ана­логично GaN). Свет излучается из микроточек вблизи катода и, вероятно, вызван ударной ионизацией. Напря­жение, при котором наблюдается свечение, находится в пределах 30—150 В. Наименьшее рабочее напряжение составило 17 В. Излучение лежит в ультрафиолетовой области (Яманс~350 нм, полуширина спектра 150 нм). Квантовая эффективность электролюминесценции около 6-10-4%.

ZnS и ZnSe. На протяжении длительного времени проводились исследования, направленные на созда­ние светоизлучающих диодов на основе соединений типа A"BVI. Существенный интерес представляют исследова­ния, выполненные на ZnS и ZnSe. Эти соединения явля­ются прямозонными с шириной запрещенной зоны 3,8 и 2,71 эВ соответственно. В связи с электронной проводи­мостью соединений (p-тип в них пока не получен) основ­ным направлением осуществления инжекции неосновные носителей является создание структур металл — полу­проводник или металл — диэлектрик — полупроводник.

Для изготовления образцов приборов использовались низкоомные кристаллы соединений (p»l-f 10 Ом-см) [99, 100]. Выпрямляющий контакт Шоттки создавался из Аи, а омический контакт — на основе In. Структуры из­лучали голубой свет с энергией в максимуме спектраль­ной полосы около 2,66—2,7 эВ при комнатной темпера­туре. Для ZnSe наибольшая эффективность была полу­чена на структуре ZnSe—Si02—Au при толщине диэлек-

О

трика в пределах 200—400 А. Внешний квантовый выход излучения лучших образцов на основе ZnS достигал 0,1 % [99]. Прямое напряжение диодов находилось в 96

рйС 320. Спектр излучения Аи — ,7n0 — In диода (Аи положитель­но) [101]

пределах 2—5 В, рабочий ток

5— 50 мА (ZnS) и примерно Ю3 А/см2 (ZnSe). Инерцион­ность излучения — не более 100 не.

Электролюминесценция в рассмотренных структурах во­зникает, по-видимому, вследст­вие высокополевой инжекции неосновных носителей заряда в кристалл вблизи золотого контакта.

Имеющиеся данные показывают, что для создания реальных приборов на основе ZnS и ZnSe необходимо проделать еще значительный объем исследований.

ZnO. Это соединенцр представляет интерес потому, что на нем удалось получить свечение белого цвета [101]. ZnO имеет ширину запрещенной зоны 3,2 эВ. Образцы кристаллов имели удельное сопротивление примерно 10 Ом-см и подвижность электронов 100 см2/ (В - с). Диоды представляли собой структуру металл -— полу­проводник и изготавливались напылением Аи или In на плоскость (000Ї) (диаметр контакта около 1 мм). Ниж­няя плоскость диода (0001) полностью покрывалась In или AI. Контакт А1—ZnO является омическим, а кон­такты In—ZnO и Au—ZnO, как правило, выпрямляющие.

Типичный спектр излучения при комнатной темпера­туре диодов Au—ZnO—In (на Аи подавался положи­тельный потенциал) был весьма широк и располагался в интервале 0,4—1 мкм’ (рис. 3.20). Он. имел два макси­мума при длине волны примерно 0,5 (цвет зелено-голу - бой) и 0,93 мкм (инфракрасная область). При малых токах (50 мА) преобладал ИК-максимум, при больших токах (140 мА) — зелено-голубой максимум.

Цвет свечения диодов был белым. Внешний кванто­вый выход белого свечения составлял примерно 10-4 %. Физический механизм электролюминесценции в рассмот­ренных диодах из ZnO в настоящее время не ясен.