Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках - Вавилов В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Ис#гедование края собственного поглощения в названном температурном интервале показало, что в кристаллах с дислокациями возникает новый механизм поглощения, обусловливающий смещение края собственного поглощения в длинноволновую сторону.
Наряду с поглощением дислокации, сгруппированные в полосы скольжения, вызывают в арсениде галлия заметное перераспределение интенсивности света. Это объясняется градиентом показателя преломления в окрестности полосы и скачком его на самой полосе. В результате свет притягивается к полосе скольжения, а при встрече с ней отражается. Таким образом, происходит фокусировка и каналирование света дислокациями. Это приводит к дополнительным оптическим потерям. Кроме того, значительная концентрация световой энергии у дислокаций может вызвать необратимые изменения структуры кристалла.
В ряде работ [2] теоретически анализируется изменение концентрации дефектов в излучательном слое лазерных диодов в процессе постепенной деградации. Для механизмов образования безызлучательных и поглощающих центров рассматривается изменение квантового выхода люминесценции и коэффициента внутренних оптических потерь. На основе полуфеноменологических формул исследуются энергетические характеристики деградирующих лазерных диодов и рассчитывается скорость их деградации при токах накачки как ниже, так и выше порога генерации. Для диодов с компенсированным или нелегированным активным слоем возрастание порогового тока определяется в основном падением квантового выхода люминесценции. При деградации лазера с некомпенсированной легированной активной областью основной вклад в изменение порога и мощности генерации вносит увеличение оптических потерь. Рассматривается влияние
§ 1] ДЕГРАДАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ 313
дислокаций и обсуждаются пути для идентификации механизма деградации инжекционных лазеров и электро-люминесцентных диодов.
Для инжекционного лазера с двухсторонней гетеро-структурой GaAs—AkGai-xAs и полосковым контактом рассчитывается тепловое сопротивление в зависимости от теплопроводности эпитаксиальных слоев, их размеров и ширины контакта. В случае одностороннего теплоотвода тепловое сопротивление диода, прикрепленного к хладо-проводу, со стороны эпитаксиальных слоев на порядок меньше, чем при креплении образцов со стороны подложки. Проводится сравнение полученных результатов с расчетами теплового сопротивления лазеров с широким контактом и указываются возможные способы улучшения тепловых характеристик гетеролазеров с целью повышения срока их службы.
В последнее время исследования деградации светоизлучающих р — «-структур привели к различным точкам зрения на ее природу. Экспериментальных данных, даю; щих предпочтение какой-либо из них, пока недостаточно. Ряд авторов [2] предполагает, что деградация обусловлена возрастанием роли безызлучательного канала при протекании тока сквозь объем р — «-структуры.
Целью работы [3] являлась проверка этого предположения. Для этого до и после деградации исследовались следующие характеристики двойных гетеро- и варизонных структур: ток — напряжение (/ — F), мощность излучения— ток (P — I), мощность излучения — напряжение (Р— V).
Установлено, что Р — F-характеристики описываются формулой Р — Р„ ехр [qU/kT] и не изменяются при деградации. Характеристики двойных гетеро- и варизонных структур экспоненциальны, Р — /-характеристики носят степенной характер, Р = (Ро/П) /"•
Пользуясь тем обстоятельством, что lg-Р линейно зависит от F, а Р-I- и /—F-характеристики «сшиты», получена составная кривая, которая трактуется как / — F-характеристики р — «-перехода во всей области измеряемых токов.
Из анализа составной кривой следует, что по мере деградации возрастают четыре безызлучательные компоненты тока, имеющие экспоненциальную зависимость
314 ОБРАЗОВАНИЕ II МИГРАЦИЯ АТОМНЫХ ДЕФЕКТОВ [ГЛ. 8
I = h ехр lqU/$kT], причем каждой из компонент соответствует свой сорт дефектов, через которые протекает ток. На возрастание при деградации порогового значения, тока влияет только одна безызлучательная компонента тока с (3 = 1, 2.
В [4] экспериментально изучалась быстрая деградация СИД на основе GaAs, Ga^A^As и GaAst-J^ с p-областью, легированной Zn, Si, Ge. Деградация СИД с Zn в качестве активатора не связана с механизмом Голда — Вайсберга. Об этом свидетельствует отсутствие деграда-/ ции фотолюминесценции GaAs(Zn), возбуждаемой излучением Ga,_*Al*As в гетероструктурах. Быстрая деграда-, ция СИД на основе GaAs(Zn) и Gai_*ALAs(Zn) связана с влиянием локальных сужений р — п-переходов.
Методом термостимулированных токов обнаружен ряд примесных уровней, изменяющих концентрацию при деградации. Подвижные дефекты стягиваются электрическим полем к неоднородностям р — re-перехода. Введение в обедненную область р — re-перехода слоя с повышенной, концентрацией электрически активных центров ускоряет деградацию СИД.
Наблюдалось существенное повышение стабильности СИД прп введении в р — re-переходы слоя с пониженным содержанием примесных центров. Повышение электрического поля в p-области СИД при неизменной плотности тока приводит к усилению деградации. Все основные экспериментаьпые результаты объясняются дрейфом подвижных дефектов, в частности междоузельных доноров в р-области.
