Неорганические люминофоры - Казгикин О.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Наиболее перспективным материалом для получения светодиодов с зеленым цветом свечения является твердый раствор In1_zGarP, так как он имеет прямо-зонные переходы при Eg = 2,2 эВ. Светодиоды с желтым свечением на основе In1_xGa<:P имеют светоотдачу 0,31 лм/Вт [97]. Для изготовления этого материала используют как жидкофазную эпитаксию, так и газофазную, причем в последнем случае достигнуты заметные успехи: получена эффективность 0,2% в красной области спектра (659 нм). Основная сложность, с которой приходится сталкиваться, — это плохая совместимость с материалом известных подложек.
Твердые растворы типа In1_xAllcP и AlxGa,_*P также весьма перспективны, но пока только показано, что они имеют высокую эффективность катодо-люминесценции. Эффективность электролюминесценции для излучения 550 нм в настоящее время не превышает 10_3% .
Светодиоды на основе арсенида галлия с покрытием пз люминофоров, возбуждающихся ИК-излучением [98]. Арсенид галлия — технологически наиболее разработанный материал, а диоды на его основе имеют самый высокий к. п. д., однако они излучают в невидимой области (900—1000 нм).
ИК-излучение арсенида галлия может быть преобразовано в видимое с помощью так называемых «антистоксовских» люминофоров (см. раздел IV.4), фторидов и оксисульфидов р. з. э. Эти люминофоры возбуждаются в области 900—1000нм и излучают в красной, зеленой и голубой частях спектра. Таким образом, используя диоды из арсенида галлия, покрытые «антистоксовскими» люминофорами, можно получить видимое излучение во всей спектральной области. Такие светодиоды имеют ряд особенностей. Они излучают в узкой полосе, характерной для редкоземельных ионов Ег3+ (зеленое и красное свечение) и Тт3+ (синее), и имеют степенную зависимость яркости свечения от плотности тока. Поэтому высокая эффективность может быть достигнута только при очень больших плотностях тока.
При использовании диода GaAs, Si, имеющего эффективность 10%, были получены светодиоды, излучающие в красной области с к. п. д. ~ 1% при плотности тока 300 А-см-2, светодиоды, излучающие в зеленой области с к. п. д. <~0,1%, и в синей — с к. п. д. ~ 0,01%. При плотности тока~ 10 А-см-2 эффективность светодиодов с люминофорным покрытием очень низка.
Карбид кремния. На основе карбида кремния (Я-политип) при легировании ^ором получены светодиоды с излучением в желто-зеленой области спектра (520 и 590 нм) с яркостью свечения ~ 200 (кд • м~2)/(А -см"2), что соответствует эффективности в несколько сотых процента. Максимальная величина внешней квантовой эффективности достигает 0,1—0,3% .
Кристаллы карбида кремния выращивают при 2500° в графитовых тиглях; при легировании азотом получается материал гс-типа. р — гс-Переход создается путем диффузии акцепторов (бор, алюминий) при 2200°. Разработаны также методы жидкофазной эпитаксии карбида кремния из растворов-расплавов в различных металлах (например, в кремнии) при температуре выше 1500°. Сложная и трудоемкая высокотемпературная технология получения кристаллов и р — /г-переходов на карбиде кремния делает этот материал очень дорогим, по сравнению с соединениями AniBv. Однако карбид кремния отличается очень высокой химической и механической стойкостью, а светодиоды на его основе — отсутствием спада яркости в процессе эксплуатации в течение 25 000 ч даже при 200—400° при плотности тока 20 А -см-2 [90, с. 61 — 67].
150
Светодиоды на основе соединений АПВУ1. Халькогениды цинка и кадмия обладают широкой запрещенной зоной с прямыми переходами, а также имеют высокую квантовую эффективность фотолюминесценции (0,3—0,9%) при комнатной температуре даже при малых плотностях возбуждения и довольно высокую для широкозонных соединений концентрацию и подвижность носителей тока; поэтому соединения АПВУ1 интенсивно исследуют как материал, перспективный для изготовления светодиодов.
Величина и тип проводимости соединений АПВУ1. Величина и тип проводимости халькогенидов цинка и кадмия, в отличие от соединений АП1ВУ, определяются не только концентрацией и видом примесей, но в значительной мере и степенью отклонения их состава от стехиометрического. Так, сульфид и селевид цинка могут быть получены с высокой концентрацией носителей тока только при давлении пара цинка, превышающего равновесное давление диссоциации халькогенидов при данной температуре.
Для халькогенидов цинка и кадмия характерна проводимость только одного типа. Исключением является теллурид кадмия, который получен с высокой проводимостью как «-, так и р-типа. Теллуриду цинка присуща проводимость только р-типа, хотя сообщалось о получении при легировании галлием в неравновесных условиях высокой проводимости «-типа [99, гл. 3—4]. Остальные материалы имеют проводимость только «-типа.
Невозможность изменения типа проводимости соединений АПВУ1 с широкой запрещенной зоной путем легирования соответствующими примесями объясняется явлением электрической самокомпенсации, т. е. захватом носителей внедренной примеси противоположно заряженным решеточным дефектом (например, вакансией [100, гл. 5]). Если энергия, выигрываемая при захвате носителей, больше энергии образования вакансий, то процесс внедрения примеси будет сопровождаться образованием вакансии. Энергия образования последних оказывается тем больше, чем выше энергия атомизации кристалла, величина которой, в свою очередь, уменьшается с ростом ионности связи и размера атома. С другой стороны, энергия, выигрываемая при компенсации, тем больше, чем шире расстояние между уровнями донора и акцептора (т. е. чем больше ширина запрещенной зоны и чем меньше глубина уровня компенсирующего дефекта). Отсюда ясно, что самокомпенсация более вероятна в соединениях с широкой запрещенной зоной и с ионной связью и менее вероятна в кова-лентных соединениях с узкой запрещенной зоной.
