Легирование барьерных слоев
Легирование барьерных слоев сильно влияет на квантовый выход излучения светодиодов с двойными гетероструктурами. Удельное сопротивление этих слоев определяется концентрацией в них примесей. Для предотвращения нагрева барьерных слоев их удельное сопротивление должно быть низким.
Другим влияющим фактором является концентрация остаточных примесей в активной области. Даже если активная область не легирована, в ней всегда имеются остаточные примеси. Обычно концентрация легирующих примесей в активной области составляет 1015-1016 см-3. Их концентрация в барьерных слоях всегда должна превышать концентрацию примесей в активной области.
|
|
|
2 О |
|
а и аз s EJ |
|
сг <я |
|
Глубина z, отн. од. |
|
Рис. 7.6. Изменение положения р-п-перехода в результате сильного легирования барьерной области (а —начальный профиль; б — равновесный профиль). Если коэффициент диффузии акцепторной примеси сильно зависит от ее концентрации и резко возрастает при превышении концентрацией некоторого критического уровня, происходит смещение положения перехода в активную область (Schubert, 1995) |
|
£ !§ |
В работе Сугавары (Sugawara, 1992) приведен анализ влияния концентрации легирующих примееей в барьерных слоях на внутренний квантовый выход светодиодов. На рис. 7.7 и рис. 7.8 представлены результаты этого анализа. Видно, что для барьерных слоев существует оптимальный диапазон концентраций легирующих примесей. Для слоев n-типа это диапазон 1016-2 • 1017 см-3, а для р-типа 5 х х 1017-2 • 1018 см-3, т. е. значительно больше, чем для слоев п-типа. Причина таких различий снова заключается в большой разнице между диффузионными длинами электронов и дырок. Высокая концентрация примесей р-типа в барьерном слое удерживает электроны в активной области и предотвращает их диффузию в соседние слои.
Утечка носителей из активной области лазеров на основе двойных гетероструктур в барьерный слой р-типа рассмотрена Казариновым и Пинто (Kazarinov, Pinto, 1994). Показано, что утечка электронов из активной области намного превышает утечку дырок. Причина этого в том, что коэффициент диффузии электронов обычно намного выше коэффициента диффузии дырок.
На рис. 7.9 приведена зонная диаграмма двойной гетероструктуры при прямом смещении. Видно, что на границах раздела барьерный слой — активная область возникают две обеднённые области, создающие для носителей потенциальный барьер. Для уменьшения этого
|
Концентрация носителей в барьерном слое p-типа ІУд, см 3 Рис. 7.8. Зависимость квантового выхода излучения светодиодов на основе двойных гетероструктур AlInGaP 565 нм, от концентрации легирующих примесей в барьерных слоях p-типа (Sugawara et al., 1992) |
|
|
|
эЕ 2 дз О |
|
Рис. 7.7. Зависимость квантового выхода излучения светодиодов на основе двойных гетероструктур AlInGaP с длиной волны излучения 565 нм от концентрации легирующих примесей в барьерных слоях n-типа (Sugawara et al., 1992) |
|
к § |
|
& |
|
область с меньшей концентрацией доноров
|
|
eV„ |
барьерный слой р-типа
|
Fp_ V/ |
область накопления дырок
Г*-Ч
область с меньшей концентрацией акцепторов
Ч->
область накопления электронов
|
|
Рис. 7.9. Зонная диаграмма двойной гетероструктуры при прямом смещении. Барьерный слой р-типа состоит из слаболегированной области, расположенной вблизи активной области, и более легированного слоя, находящегося за ней
(Kazarinov, Pinto, 1994)
барьера используется градиентное изменение химического состава соединения вблизи границ между слоями.
На рис. 7.10 представлена температурная зависимость внутреннего квантового выхода излучения лазера на основе двойной гетероструктуры от концентрации легирующих примесей в барьерном слое и температуры (Kazarinov, Pinto, 1994). Нетрудно видеть, что эта концентрация сильно влияет на квантовый выход излучения лазера. Низкая концентрация примесей в слое р-типа способствует утечке электронов из активной области, что приводит к снижению внутреннего квантового выхода.
|
Рис. 7.10. Зависимость внутреннего дифференциального квантового выхода излучения, определяемого количеством испущенных фотонов на один инжектированный электрон, от температуры и концентрации примесей р-типа в барьерном слое (Kazarinov, Pinto, 1994) |
