Современные светодиоды

Согласование параметров кристаллических решеток

В двойных гетероструктурах для создания активных и барьерных слоев используют разные материалы, которые, однако, должны иметь одинаковые кристаллические структуры и постоянные решеток. Невы­полнение этих условий ведет к возникновению на границе двух по­
лупроводников или вблизи нее специфических дефектов. На рис. 7.12 показаны дефекты, которые называются оборванными связями.

Согласование параметров кристаллических решеток

Время t, 10 ч

Рис. 7.11. Временные зависимости интенсивности излучения двух мезаструк - турных и двух планарных светодиодов (Schubert, Hunt, 1998)

оборванные связи

постоянная У решетки

постоянная У решетки а0

Рис. 7.12. Дислокации вблизи границы двух полупроводников, обладающих разными значениями постоянной решетки

Согласование параметров кристаллических решеток

Из рис. 7.12 видно, что на границе двух материалов с разными зна­чениями постоянной кристаллической решетки могут сформироваться ряды оборванных связей. Такие дислокации несоответствия имеют вид линейно вытянутых дефектов, которые можно увидеть в растровом электронном микроскопе в режиме локальной катодолюминесценции. На катодолюминесцентном изображении структуры с нарушением со-

Согласование параметров кристаллических решеток

Рис. 7.13. Изображение слоя Ino. osGao. gsAs толщиной 0,35 мкм, выращенного на подложке GaAs, 75 мкм, в растровом электронном микроскопе в режиме локальной катодолюминесценции. Темные перекрестные линии соответствуют дислокациям несоответствия (Fitzgerald, 1989)

ответствия параметров кристаллических решеток выглядят как пере­крестные штриховые полосы (рис. 7.13). Темные полосы соответствуют линиям дислокаций, на которых происходят акты безызлучательной рекомбинации пар носителей.

Дислокации несоответствия могут возникать не на самой границе раздела двух материалов с разными значениями постоянной решетки, а на некотором удалении от нее. Это объясняется тем, что в начале процесса роста кристалла на полупроводнике с параметрами решетки, отличными от его собственных параметров, этот кристалл, обладая достаточной упругостью, растягивается так, что горизонтальная по­стоянная его решетки становится равной постоянной решетки ниже­лежащего кристалла-подложки. Именно такая ситуация показана на

6 О—©— ©—®—©— ©—© Л

т I I I I I I I I постоянная

1^1 решетки

• • ©—©—©—о—©—©—© J °°

• • • •—•—•—•—•—Л

і і || | | а | постоянная решетки

. п, L L L. L. Л п 1. [ ВДОЛЬ ПЛОСКОСТИ

_ •----- •---- •---- •---- • f~srf Г пленки ап

©—О.—О І І І і і И!

I III ®®^^®^^ I постоянная решетки

в0 | і | і і | л | по нормали к

А Л’ Л I I I I I Г* "И пленке а

О © О ©—©—©—©—©—©—© ■>!

| | | | | | | I постоянная

ill / Решетки

°—°—° ©—©—©—©—©—©—© J “°

Рис. 7.14. Кубические симметричные кристаллы с равновесными постоянными решеток ао и dj (а). Тонкий равномерно растянутый кристаллический слой с равновесной постоянной решетки ai, выращенный между двумя полупровод­никами с равновесной постоянной решетки ао (б). Равномерное растяжение предполагает, что постоянная решетки, параллельная поверхности пленки, становится равной ао, а нормальная постоянная решетки — а„

рис. 7.14. Однако по мере роста кристалла энергия, затрачиваемая на его растяжение до соответствующей формы, возрастает и в какой-то момент времени становится больше энергии, необходимой для обра­зования дислокаций несоответствия. Именно в этот момент тонкая выращенная пленка релаксирует и принимает форму, соответствующую равновесной постоянной ее решетки, формируя при этом дислокации несоответствия. Толщина пленки, при которой происходит формиро­вание дислокаций несоответствия, называется критической толщи­ной. Методика ее расчета приведена в работе Мэтьюза и Блэксли (Matthews, Blakeslee, 1976). Если решетки выращиваемого кристалла и подложки имеют разные периоды, вырастить слой, свободный от дислокаций, можно только при условии, что его толщина будет меньше критической, рассчитанной по методике Мэтью-Блэксли.

Плотность дислокаций несоответствия на единицу длины пропор­циональна величине рассогласования решеток. Следовательно, с ро­стом рассогласования квантовый выход излучения светодиодов падает. На рис. 7.15 показано снижение интенсивности излучения светодиодов AlInGaP, выращенных на подложках GaAs. Полупроводник AlInGaP, используемый для изготовления светодиодов красного свечения высо­кой яркости, хорошо согласован по параметрам кристаллических реше­ток с подложкой GaAs. Из рис. 7.15 видно: как только рассогласование решеток А а/а превысит значение 3 • 10~3, произойдет резкое падение интенсивности излучения.

Согласование параметров кристаллических решеток

Рассогласование решеток, Да/а-10 3

Рис. 7.15. Зависимость интенсивности излучения светодиодов AlInGaP от рассогласования параметров решеток активной области AlInGaP и подложки GaAs. Зависимость получена при токе 20 мА (Watanabe, Usui, 1987)

В светодиодах GaAsP красного свечения, выращенных на подлож­ках GaAs, параметры решеток активной области плохо согласованы с параметрами решетки подложки, поэтому и квантовый выход та­ких светодиодов довольно невысок. Эти материалы имеют низкую стоимость. Самыми дешевыми светодиодами красного свечения были светодиоды GaAsP с гомогенными переходами, выращенные на под­ложках GaAs.

В то время как характеристики светодиодов, изготовленных из материалов семейств GaAs и InP, сильно зависят от поверхностной рекомбинации и рассогласования решеток, на параметры светодиодов на основе полупроводников семейства GaN эти явления практически не влияют. Это связано с тем, что

1) дислокации в нитридных соединениях типа GaN обладают более низкой электрической активностью;

2) диффузионная длина носителей в материалах типа GaN значитель­но меньше, чем в полупроводниках семейств GaAs и InP. Если среднее расстояние между дислокациями больше диффузионной длины носителей, в частности дырок, вероятность безызлучатель­ной рекомбинации на этих дефектах сравнительно невысока. Другая модель, объясняющая высокую эффективность светодиодов

InGaN, принимает во внимание флуктуации химического состава трой­ных твердых растворов, которые локализуют носители, препятствуя их диффузии к линиям дислокаций.

Современные светодиоды

Выбираем светодиодную фитолампу без ошибок

Ключевым моментом для правильного развития растений остается наличие достаточного количества света. Без него останавливается главный биологический процесс — фотосинтез. Это преобразование энергии света в углерод и воду с участием атмосферного …

Какие бывают уличные светодиодные светильники

Светодиодное освещение считается самыми комфортным, практичным и перспективным. Все благодаря преимуществам, открывающимся перед его пользователями. Приборы на светодиодах долговечны, расходуют мало электроэнергии, легко и быстро устанавливаются, отличаются небольшим весом. Это …

Почему выбор светодиодных ламп является хорошей идеей?

Люди всё чаще предпочитают led фонари, также называемые светодиодными. Это закономерно, благодаря наличию нескольких преимуществ перед привычными лампами накаливания. Они достаточно отличаются от традиционного освещения, так как led лампочки используются …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.