Современные светодиоды

Ограничивающие слои

Носители зарядов всегда стремятся перескочить из активной обла­сти светодиода в граничащие с ней слои. В двойных гетероструктурах число носителей, «сбежавших» из активного слоя в соседние слои, возрастает при уменьшении высоты потенциального барьера на грани­цах между этими слоями. Повышение температуры приводит к росту тепловой энергии носителей, что также способствует процессу утечки носителей из активной области.

В полупроводниках типа АШВ[6] коэффициент диффузии электронов обычно выше коэффициента диффузии дырок, поэтому ток утечки электронов практически всегда больше тока утечки дырок. Для сниже­ния утечки носителей из активной области применяются дополнитель­ные запирающие слои. Во многих структурах светодиодов используют­ся слои, ограничивающие электроны, которые располагаются между активной областью и барьерными слоями и обладают большей шириной запрещенной зоны.

На рис. 4.14 показана зонная диаграмма светодиода InGaN с запи­рающим слоем. Такой светодиод состоит из активной области с мно­жественными квантовыми ямами InGaN/GaN и барьерными слоя­ми AlGaN. На границе раздела активная область — барьерный слой p-типа встраивается барьерный слой AlGaN, запирающий электроны. На рис. 4.14, а показана нелегированная структура, иллюстрирующая создание запирающим слоем AlGaN препятствия для оттока носителей как в валентную зону, так и в зону проводимости.

Однако из рис. 4.14,6 видно, что в легированной структуре нет препятствия для оттока дырок в валентную зону барьерного слоя p-типа через запирающий слой. Значит все разрывы в зонной диаграм­ме сосредоточены в зоне проводимости, т. е.

высота потенциального _ „ „ Л „ /л лп

барьера для электронов с, б.с. С, а.о. д. (

где АЕд — разность между шириной запрещенной зоны барьерного и запирающего слоев, б. с. — барьерный слой, а. о. — активная область.

На рис. 4.14 также показан в увеличенном масштабе край ва­лентной зоны слоя, запирающего электроны. Видно, что на границе раздела барьерного и запирающего слоев, в барьерном слое р-типа наблюдается энергетический провал, что свидетельствует о накопле­нии в этой области дырок, а в запирающем слое, наоборот, всплеск потенциала — свидетельство недостатка там дырок. Поэтому дыркам для попадания в активную область приходится преодолевать потенци-

альный барьер. Однако следует отметить, что в случае градиентного изменения химического состава при приближении к границе раздела барьерного и запирающего слоев удается полностью избавиться от всплесков и провалов края валентной зоны. При этом запирающий слой совсем не будет препятствовать току дырок.