Неорганические люминофоры - Казгикин О.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. ?1.18. Схема аппаратуры для газофазной эпитаксии:
1 — смеситель; 2 — лодочка с галлием; 3 — подложка; 4 — кварцевый реактор.
148
в промышленных условиях сконструирован вариант с вертикальным расположением аппаратуры, что позволяет поместить в реакционную зону болыпоо количество подложек, которые медленно вращаются для создания равноценных условий кристаллизации.
В последние годы получены обещающие результаты по применению газофазной эпитаксип для выращивания твердых растворов типа 1п1_л:&ахР («желтые» и «зеленые» светодиоды).
Следует отметить, также, что подобная технология с успехом применена для выращивания нитрида галлия на подложках из сапфира, который обладает прозрачностью и хорошей теплопроводностью.
Свойства светодиодов различного типа
Фосфид галлия. Наибольшей эффективностью обладают светодиоды из фосфида галлия, полученные при жидкофазном выращивании. Освоено производство светодиодов типа ваР—2пО с красным свечением с внешней квантовой эффективностью 3%; рекордные величины эффективности (7—15%) были получены в лабораторных условиях [92]. Однако эти диоды были изготовлены при низкой концентрации акцептора-цинка, за счет чего уменьшился коэффициент внутреннего поглощения света, но появилось более раннее насыщение яркости от плотности тока — ниже 1,0А-см~2. Диоды с 3%-ной эффективностью насыщаются при 10А-см~2. Внутренняя квантовая эффективность по расчетам достигает 10—20% , и в дальнейшем можно ожидать как снижения стоимости, так и усовершенствования технологии, но не повышения эффективности. Диоды на осново ОаР с зеленым цветом свечения находятся в стадии разработки. Эффективность промышленных светодиодов не выше 0,1% при плотности возбуждения 10А -см-2. Максимально достигнутые величины эффективности — 0,2% при 33 А-см-2 и 0,7% при 200 А-см-2 [93]. Следует отметить, что эффективность 0,1% может быть получена также и у диодов, изготовленных методом газофазной эпитаксии.
Нитрид галлия. Нитрид галлия имеет запрещенную зону 3,5 эВ с прямыми-переходами и в принципе позволяет получить излучение во всем спектральном диапазоне видимого излучения. В 1969 г. слои нитрида галлия были приготовлены путем эпитаксиального осаждения на сапфировую подложку [94]. До настоящего времени получен только нитрид галлия низкого удельного электросопротивления «-типа; попытка легировать нитрид галлия до р-типа (например, цинком) приводит к образованию материала с высоким сопротивлением. Электролюминесценция была получена при приложении поля между двумя точечными контактами к высокоомному слою нитрида галлия, легированного цинком. Излучение наблюдалось в ультрафиолетовой, голубой и зеленой областях спектра.
Изготовлены также светодиоды, работающие на основе лавинно-инжек-ционного механизма в I—«-переходах, при этом получена зеленая и голубая люминесценция [94]. При комнатной температуре квантовая эффективность для зеленого излучения выше 1% , но энергетическая эффективность значительно ниже (0,1% для зеленого излучения и 0,005% для голубого) из-за большого падения напряжения на переходе (20 В). Величина выхода, рассчитанная из квантовой эффективности, достигала 12000 (кд -м-2)/(А -см-2) для зеленого излучения. Интересное преимущество нитрида галлия заключается в том, что он может быть выращен на сапфировой подложке, что значительно упрощает конструкцию прибора, обеспечивает хороший теплоотвод и вывод излучения. Диоды из нитрида галлия имеют высокую стабильность.
Твердые растворы на основе соединений АШВУ. В табл. VI.1 (стр. 145) приведены 6 типов твердых растворов на основе фосфидов алюминия, галлия и индия, а также арсенидов алюминия и галлия. В настоящее время достигнуты значительные успехи в разработке светодиодов на основе ОаАз^д; Рх — самого дешевого материала для светодиодов, так как он легко получается методом газофазной эпитаксии на подложках из арсенида галлия, который, в свою очередь, является наиболее качественным и доступным материалом. Промышленный выпуск светодиодов освоен в большом масштабе.
Светодиоды с Яп,ах = 660 нм имеют максимальную эффективность 0,5% (при 500 (кд-м_2)/(А-см-2)); оптимальное же значение — только 0,2%.
149>
Появились сообщения, что при легировании азотом можно получить эффективные ¦светодиоды с желтым и оранжевым цветами свечения с выходом 200 (кд • • м~2)/(А-см~2) [95]. Ожидается, что дальнейшее исследование твердых растворов в системе GaP — GaAs будет развиваться в направлении разработки монолитных многоэлементных структур.
Значительные успехи достигнуты при исследовании арсенида алюминия в качестве компонента твердого раствора. Несмотря на то, что это соединение -сильно подвержено гидролизу, в монолитном виде твердые растворы с составом Al^^Gav-As обладают стабильностью, вполне достаточной для практического использования. Этот материал отличается полной совместимостью по параметру решетки с GaAs. При х = 0,3 получено излучение с Ктах = 675 нм с эффективностью 1,3% и выходом 550 (кд-м~2)/(А-см-2); для А,тах= 750нм получен выход ~ 6%, а для гетероструктур типа GaAs — Gax _ v-AltAs — даже 10% [96].
