Матереиалы для изготовления светодиодов

Первые образцы светодиодов создавались на основе n-GaAs, р-область в котором образовалась диффузией цинка Zn.Большое число дефектов в такой структуре возникало с одной стороны, вследствие сильного легирования n- области (n+-p-переход) для достижения достаточной концентрации электронов в зоне проводимости полупроводника n-типа, и с другой –сильного легирования р-области (так как скорость излучательной рекомбинации пропорциональна концентрации основных носителей в р-области). Поэтому внешняя квантовая эффективность таких переходов не превышала 1…2%.

Значительно большей внешней квантовой эффективностью (до 20-28%) обладают наиболее распространенные в настоящее время светодиоды, создаваемые эпитаксиальным наращиванием арсенида галлия (GaAs), легированного кремнием р-типа (Si) на n-тип GaAs. Это обусловлено тем, что в области, сильно легированной кремнием, переходы происходят с участием применённых уровней, находящихся в запрещённой зоне. При этом излучаются кванты света с энергией 1,31 … 1,34 эВ, меньшей ширины запрещённой зоны Еg=1.43 эВ нелегированного арсенида галлия, что уменьшает самопоглощение при выводе излучения через n-область.

В ещё лучшей степени указанные проблемы решаются применением гетеропереходов (p-n-переход, образованный из различных полупроводниковых материалов, например GaAs-Ga1-xAIxAs, которые характеризуются различной шириной запрещённой зоны з- и n-областей-Egp и Egn). Значение nвнеш, близкое к 1, достигается без необходимости сильного легирования использованием в качестве области излучательной рекомбинации полупроводника (GaAs) c Egp меньшей, чем Egn окружающей его инжектирующей области (Ga1-xAlxAs). Соотношение Egp<Egn обеспечивает и полное отсутствие самопоглощения в n-области при выводе излучения через неё. Образование p-n-перехода и изменение Eg производится изменением состава (величины х в химической формуле).

Длина волны, излучаемая светодиодом, зависит от ширины запрещенной зоны, и соответственно от применяемых материалов. В таблице 1 приведены значения ширины запрещённой зоны и излучаемой длины волны для некоторых материалов.

Таблица 1

Диапазон излучаемых волн для некоторых неорганических материалов:

· Арсенид алюминия-галлия (AlGaAs) – красные и инфракрасные;

· Арсенид/фосфид-галлия(GaAsP) – красные, оранжевые и желтые;

· Нитрид галлия (GaN) – зелёные;

· Фосфид галлия (GaP) – зелёные;

· Селенид цинка (ZnSe) – синие;

· Нитрид индия-галлия(InGaN) – синие;

· Карбид кремний(SiC) – синие;

· Алмаз(С) – ультрафиолетовые;

Кремний(Si) – находится в стадии разработки./