Слой, ограничивающий ток
В традиционных светодиодах на основе двойных гетереструктур с малыми верхними и большими нижними контактами, носители, инжектируемые в активную область через верхний контакт, в основном под ним же и скапливаются. Очевидно, что непрозрачный металлический контакт сильно препятствует выводу излучения, возбуждаемого в активной области, что значительно снижает коэффициент оптического вывода светодиода. Для решения этой проблемы применяют либо толстый слой растекания тока, либо запирающий слой. Этот слой отводит носители тока в стороны от верхнего контакта, препятствуя их попаданию в активную область, расположенную непосредственно под ним, что позволяет существенно повысить квантовый выход излучения светодиода.
На рис. 8.13 представлена схема структуры светодиода с запирающим слоем. Запирающий слой, размеры которого приблизительно такие же, как у металлического контакта, располагается над верхним барьерным слоем. Этот слой, имеющий проводимость n-типа, встраивается в материал с проводимостью р-типа. Сформированный таким образом р-п-переход направляет ток вокруг ограничивающего слоя, как показано на рис. 8.13.
Запирающие слои часто формируются методом эпитаксиального доращивания. По этой технологии двойная гетероструктура и тонкий запирающий слой n-типа выращиваются на одной подложке. После этого подложка со сформированными на ней слоями вынимается из
|
|
|
гетеростукгура | |
|
двойная |
|
зеркало Брэгга { п-типа |
|
контакт на подложке |
|
Рис. 8.13. Светодиод с ограничивающим слоем n-типа, расположенным на верхнем барьерном слое. Излучение света исходит из областей, не покрытых непрозрачным верхним омическим контактом. Светодиод такого типа изготавливается методом эпитаксиального доращивания: после формирования запирающего слоя подложка вынимается из ростовой камеры и подвергается травлению, после чего снова погружается в эпитаксиальную систему для доращивания |
|
jSSSSSI активная область SaSSSN— нижний барьерный слой п-типа |
слоя растекания тока
ростовой камеры и подвергается травлению. Стравливается почти весь верхний слой за исключением области, выделенной фотолитографическим способом, которая определяет расположение верхнего омического контакта. Для формирования запирающего слоя, как правило, применяют селективное травление, не оказывающее влияния на барьерный слой. По окончании процесса травления подложка возвращается в эпитаксиальную ростовую камеру для продолжения формирования структуры светодиода, например для доращивания слоя растекания тока.
Технология эпитаксиального доращивания из-за снижения выхода годных светодиодов является довольно дорогой. Это связано с тем, что в процессе доращивания приходится дважды очищать поверхность структуры: после первой стадии выращивания слоев и по окончании процесса травления. Процедура очистки часто приводит к образованию дефектов на поверхности, а значит, и к снижению количества качественных светодиодов. Поэтому такая технология не подходит для массового производства дешевых светодиодов, например светодиодов видимого оптического диапазона. Технология доращивания в основном используется для изготовления более дорогих устройств, например светодиодов, работающих в системах связи.
В светодиодах AlInGaP в качестве запирающих слоев применяются слои GaAs n-типа, которые размещаются на верхних барьерных слоях AlInGaP. Достоинство таких структур в том, что слои AlInGaP и GaAs согласованы по параметрам решеток. Для селективного жидкостного травления используют химические реагенты, разрушающие только GaAs и никак не влияющие на AlInGaP (Adachi, Ое, 1983).
В поверхностно-излучающих лазерах с вертикальными резонаторами для направления тока к активной области, расположенной между зеркалами лазера, также применяются запирающие слои. Однако для их формирования чаще используют не эпитаксиальное доращивание,
а ионное легирование слоев кислородом или водородом. Поскольку в лазерах с контактами большой площади существенной становится величина поперечного сопротивления, глубина ионного легирования имеет конечные пределы.
