Файл: Прикладная электролюминесценция..pdf

симум при 2,01 эВ), модификации 8Н — красио-орапжевый (макси­ мум при 1,83 эВ). Излучение источников из карбида кремния моди­ фикации ЗС, изготовленных по описанной методике, невидимо для человеческого глаза (максимум при 1,42 эВ). Квантовый выход

имеют источники света из карбида кремния модификации 4Н — она достигает 120 кд/м2 (пт) уже при плотности тока 0,75 А/см2.

Кинетика электролюминесценции диффузионных источников све­ та из карбида кремния имеет сложный характер. Свечение нараста­ ет до стационарного значения при рабочей плотности тока за время порядка 1 мс, а спадает примерно за 10 мкс (17]. При больших плотностях тока нарастание и затухание свечения происходят бы­

2,5 В. При смещении в обратном направлении диоды выдерживают напряжение до 15—20 В.

Температурная стабильность интенсивности излучения суще­ ственно зависит от режима питания источника света (это справед­ ливо для всех видов светодиодов). При питании от генератора на­ пряжения с ростом температуры интенсивность излучения, как пра­ вило, существенно увеличивается в результате роста тока, вызван­ ного уменьшением ширины запрещенной зоны и сопротивления полупроводника. При питании от генератора тока интенсивность излучения достигает максимума при некоторой температуре, близкой к комнатной. Температура, соответствующая максимуму интенсив­ ности излучения при заданном токе, зависит от плотности тока, протекающего через р—п переход.

Интересной особенностью р—/г переходов в карбиде кремния, полученных в результате диффузии бора и алюминия, является их очень высокая стабильность и огромный срок службы. При не­ прерывной эксплуатации источники света не изменяют интенсивности света при фиксированном токе по крайней мере в течение несколь­ ких лет.

Свойства вплавных р—п переходов в карбиде кремния суще­ ственно отличаются от свойств диффузионных. Такие переходы обычно получают в результате вплавления в кристаллы карбида кремния сплава кремния с алюминием, содержащего от 3 до 50 атомных процентов алюминия. Образцы с малым содержанием азота

экситонов. Этот пик несколько сужается с увеличением плотности тока, что сначала было ошибочно объяснено лазерным эффектом. Однако, как было показано впоследствии, плотность тока при этом

*Под этой величиной следует подразумевать яркость, которую источник имел бы, если бы он работал в непрерывном режиме при той же мощности, и спектральном составе излучения. При коротких импульсах яркость, наблюдаемая глазом, будет, конечно, гораздо меньше из-за инерционности зрительного восприятия.

387

в миллионы раз меньше той, которая требуется для начала инду­ цированного излучения.

Образцы с большим содержанием азота (5-Ю 18 см~3) имеют дополнительный максимум излучения при 2,3 эВ, который смещается к 2,53 эВ при увеличении плотности тока. (Питание в этом случае осуществляют импульсами тока с достаточно большой скважностью, чтобы исключить нагрев образцов.) Интенсивность излучения в мак­ симуме 2,3 эВ тем больше, чем выше содержание алюминия в ис­ ходных кристаллах. Интенсивность рекомбинационного излучения вплавных источников света прямо пропорциональна току (£= 1) в широком интервале возбуждения. Квантовый выход невелик. Ин­ тенсивность излучения вплавных р— п переходов при комнатной температуре примерно в сто раз меньше, чем диффузионных. Зато время релаксации свечения вплавных р— п переходов существенно меньше и не превышает единиц наносекунд.

Применение твердых растворов для светодиодов

Твердые растворы открывают широкие возможности в управлении спектром свечения. Меняя соотношения между двумя компонентами такого раствора, можно плавно изменять положение максимума в спектре излу­ чения. Например, из арсенида-фосфида галлия можно изготовить источники света с максимумом в спектре излучения от 1,4 до 2,2 эВ. Кроме того, можно сущест­ венно уменьшить поглощение света в объеме светодио­ да, если изготовить его с переменным по толщине соста­ вом. Если светодиод из арсенида-фосфида галлия (GaAsxPi-x) изготавливается так, что величина х умень­ шается по направлению к поверхности, через которую выходит излучение, то ширина запрещенной зоны такой системы в этом направлении постепенно увеличивается. Поэтому излучение большую часть пути проходит в про­ зрачной среде, что существенно повышает внешний кван­ товый выход светодиодов. Если в области р—п перехода

близкими по свойствам к фосфидо-галлиевым светодио­ дам.

Источники света на основе твердых растворов арсе­ нида-фосфида галлия обычно изготавливают методом жидкостной или газовой эпитаксии. При жидкостной эпитаксии пластину арсенида галлия погружают в рас­ плав арсенида-фосфида галлия и медленно охлаждают расплав от 1 000 до 800°С. В полученном слое GaAsxP4_x создают р—п переход путем диффузионного отжига в па-

388

pax цинка либо в результате эпитаксиального наращива­ ния слоя с противоположным типом проводимости. После создания р—п перехода подложку из арсенида галлия в некоторых случаях удаляют и при­ паивают омические контакты. Яркость таких источников

35 элементов, расположенных с интервалом 1 мм. Для этого на подложке из арсенида галлия n-типа методом газовой эпитаксии наращивали слой, в котором х по­ степенно увеличивается от 0 до 0,45. Плавное изменение состава необходимо для того, чтобы уменьшить количе­ ство дислокаций, появляющихся из-за различия постоян­ ных решеток подложки и наращиваемого слоя. Для это­ го в камеру вводили тщательно дозированные количест­ ва паров, содержащих мышьяк, фосфор, галлий и селен.

После получения слоя с переменным составом нара­ щивали слой GaAso,5 5 Po,4 5 . легированный селеном до кон­

центрации электронов 2-1018 см~3. Затем прекращали подачу паров селена и вводили в камеру хлорид цинка в таком количестве, чтобы нарастающий слой содержал 4 -К)18 дырок/см3. Этот слой старались сделать как можно тоньше, чтобы он меньше поглощал свет, генери­ рованный в р—п переходе. Затем подачу паров фосфора увеличивали, а подачу паров мышьяка уменьшали с тем, чтобы получить базовую область, слабо поглощающую свет. На заключительном этапе увеличивали подачу хло­ рида цинка, в результате чего образовывался слой повы­ шенной проводимости, который обеспечивал равномерное растекание тока по поверхности перехода.

После обработки ультразвуком на подложке" остав­ ляли ряд цилиндрических выступов, каждый из которых являлся излучающим элементом. На полученную полу­ проводниковую структуру наносили тонкий слой двуокиси кремния, который служил пассивирующим покрытием, а затем под давлением и при высокой температуре ее запрессовывали в стекло. Напротив цилиндрических вы­ ступов в стекле протравливали небольшие отверстия под контакты. Затем удаляли подложку и металлизацией наносили контакты, которые соединяли с одной стороны

389

с координатными шинами А*, а с противоположной сто­ роны— с шинами У. Любой элемент такой матрицы можно заставить светиться, если подавать напряжение на соответствующие ему шины А и У. При этом «эффект креста» практически отсутствует, так как излучающие элементы сами являются хорошими выпрямителями.

К арсениду-фосфиду галлия близок по свойствам арсенид алюминия-галлия. Меняя соотношение между алюминием и галлием, можно получить источники с мак­ симумом в спектре излучения в диапазоне 1,4—2,4 эВ. Их яркость может быть больше, чем яркость источников света из арсенида-фосфида галлия. Из AlxGai_xAs изго­ товлены инжекционные лазеры, эффективно работающие при комнатной температуре.

Для создания инжекционных источников света могут быть применены многие другие вещества, имеющие до­ статочно широкую запрещенную зону. Мы не будем останавливаться на этом вопросе, так как изготовленные из них источники света пока имеют сравнительно низкую эффективность. Более широкому применению этих ве­ ществ в значительной мере препятствует отсутствие до­ статочно совершенных монокристаллов, легированных нужным образом.

В настоящее время отечественная промышленность выпускает светодиоды из карбида кремния, фосфида и

рис. 10.6 показаны спектры излучения таких светодиодов (по оси ординат отложено относительное количество квантов, испускаемое в единицу времени в единичном интервале энергий квантов), а на рис. 10.7 — темпера­ турные зависимости яркости светодиодов из карбида кремния и фосфида галлия при постоянном токе. Свето­ диоды из карбида кремния имеют желтый цвет свечения,

10.2. ПРИМЕНЕНИЕ СВЕТОДИОДОВ

Первые электролюминесцентные диоды с воспроизво­ димыми свойствами появились в 1961— 1962 гг. За сравнительно короткое время они нашли широкое приме­ нение в электронике благодаря быстродействию, высо-

390 к