Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
— низкотемпературного легирования;
— изготовления приборов с протяженной компенсированной базовой областью;
— компенсации базовой области готовых изделий примесями, вводящими в запрещенную зону материала глубокие центры рекомбинации;
— упрочнения и улучшения электрических свойств контактов;
— дополнительного формирования диффузионного профиля приборов, изготовленных методами термической диффузии или ионно-лучевой имплантации;
— декорирования дислокаций.
Низкотемпературная диффузия, а также ионная имплантация снижают степень загрязнения исходного материала, которое имеет место при термодиффузионном отжиге. Подбирая надлежащим образом энергию и интенсивность
310
ОБРАЗОВАНИЕ II МИГРАЦИЯ АТОМНЫХ ДЕФЕКТОВ (ГЛ. 8
излучения, а также температуру, можно свести до минимума влияние радиационного дефектообразования на изменение исходных свойств материала.
§ 1. Деградация полупроводниковых излучателей оптического диапазона [2]
Процесс преобразования электрической энергии в энергию оптического излучении в полупроводниковых излучателях включает четыре основные стадии: генерацию (ипжекцию) неосновных носителей заряда, излуча-тельную рекомбинацию носителей, распространение фотонов в полупроводнике, вывод фотонов в воздух либо Другую среду. На всех этапах возможно увеличение потерь, приводящее к снижению внешнего квантового выхода излучения.
В светоизлучающих диодах (СИД) на основе АшВу обычно излучение связано с рекомбинацией электронов, инжектированных в p-область. Эффективность инжекции электронов в ^-область уменьшается, если возрастают безызлучательные компоненты тока: ток,
обусловленный рекомбинацией электронов и дырок через глубокие примесные уровни в обедненном слое, а также ток, связанный с туннелированием электронов в обедненном слое через глубокие уровни. Причиной увеличения этих компонент тока является увеличение концентрации глубоких примесных уровней, участвующих в соответствующих электронных переходах, а также локальное увеличение общей концентрации электрически активных центров, приводящее к сужению области объемного заряда.
Вероятность излучательной рекомбинации электронов в ^-области светодиодов уменьшается за счет либо уменьшения концентрации излучательных центров, либо компенсации, либо увеличения концентрации безызлучатель-ных центров.
Потери фотонов, связанные с поглощением и рассеянием в полупроводнике, растут при увеличении концентрации свободных носителей заряда, при компенсации излучательных центров в p-области, а также при нарушении оптической однородности кристалла вследствие выпадения второй фазы либо осаждения примесей на
§ i] ДЕГРАДАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ЗЦ
дислокациях. Потери фотонов на границе раздела полупроводник — воздух увеличиваются в основном при разрушении поверхности кристалла.
Концентрация безызлучательных центров в р — re-переходе и в активной области может возрастать либо за счет их «фотохимического» рождения вследствие перезарядки примесных комплексов, либо вследствие дрейфа примесных ионов из квазинейтральной части р-области к р — «-переходу. •
Основными причинами "уменьшения концентрации активных центров в p-области в литературе называются: распад излучательных комплексов (например,
Zn—О в GaAsP) либо переход примесного атома из узла в междоузлие (механизм деградации Голда — Вайсберга). Эти механизмы привлекались в первых работах по деградации туннельных и светоизлучающих диодов. Однако экспериментальные данные, полученные в последнее время, невозможно объяснить на основе модели деградации Голда — Вайсберга. Генерация электронов светом в GaAs<Zn> не приводит к деградации люминесценции.
Методом термбстимулированных токов в излучающих р — «-переходах на основе GaAs, GaAlAs, GaAsP обнаружен ряд примесных уровней, изменяющих концентрацию при деградации. В зависимости от структуры р — «-перехода наблюдается уменьшение интенсивности излучения светодиодов при длительном пропускании тока. Особенно значительные изменения концентраций примесных центров происходят в неоднородностях р — «-переходов. Увеличение напряженности электрического поля в р-области при неизменной плотности тока усиливает деградацию. При деградации светодиодов уменьшается время жизни электронов в p-области. Все эти факты можно объяснить дрейфом безызлучательных центров в р — «-переходах.
Анализ экспериментальных данных показывает, что в GaAs, GaAlAs, GaAsP деградация связана с несколькими примесными центрами со значениями коэффициентов диффузии от 10-14 до 10-11 см2/с.
Были исследованы спектры излучательной рекомбинации и поглощения в области края собственного поглощения и особенности распространения света в кристаллах арсенида галлия с дислокациями. Дислокации вводились в кристаллах с помощью пластического деформирования.
312 ОБРАЗОВАНИЕ И МИГРАЦИЯ АТОМНЫХ ДЕФЕКТОВ [ГЛ. 8
Излучательная рекомбинация исследовалась в спектральном диапазоне 1,40—1,57 эВ при высоких уровнях возбуждения. Установлено, что эффективность дислокаций как центров безызлучательной рекомбинации возрастает при изменении температур от 5 до 300 К. Прй температурах ниже 80 К в спектре люминесценции кристалла с дислокациями появляется ряд новых линий.
