Из измерений емкости перехода можно получить важные сведения о величине и распределении концентрации примесей в диоде. При обратном смещении почти вся емкость диода со­здается его обедненным слоем, тогда как при прямом смещении значительный вклад в емкость диода дает накопление избыточ­ных неосновных носителей, инжектируемых в нейтральные обла­сти диода. Ограничимся рассмотрением емкости обедненного слоя. Для резкого перехода со ступенчатым распределением примеси

Г eeNnN, Г/2

C1*(VD±V)(KD + NA) • (2-26)

Эта зависимость линейна, за исключением области малых обратных смещений (V поло жнтельно). Для прямых смещений 5* 1,5 В диффузионная емкость пренебрежимо мала. Сдвиг линейной области, благодаря которому экстраполированное значение прямого на­пряжения, соответствующее I/С = 0, оказывается существенно больше Eg, может быть

вызван наличием /-слоя. Указанный сдвиг и отклонение экспериментальных точек от пря­мой можно также объяснить, исходя из представлений о зависимости от коорди­

наты вблизи перехода.

где знак плюс выбран для обратного смещения. Очевидно, что график зависимости 1/С2 от V представляет собой прямую ли­нию, наклон которой пропорционален NdNa/(Nd + Mi) » ND (при Na No) и которая пересекает ось напряжений в точке V = — Vo « —Eg/e (рис. 2.12).

Для перехода с постоянным градиентом концентрации при­меси

(2.27)

где а — градиент концентрации.

Основными методами изготовления р — я-переходов являют­ся методы диффузии, эпитаксиального выращивания из газовой или жидкой фазы и вплавления. Эффективные светодиоды из фосфида галлия (разд. 3.2.7—3.2.9) обычно получают методом жидкостной эпитаксии, а эффективные светодиоды из арсенида галлия — либо методом эпитаксии из газовой фазы (этот метод имеет преимущества с точки зрения технологии), либо диффу­зией. Однако наиболее высокоэффективные светодиоды из GaAs с гетеропереходом, предназначенные для работы в лазерном Режиме на постоянном токе при высоких температурах

(разд. 3.4.6), изготовлены методом эпитаксии из жидкой фазы. Все эти методы позволяют варьировать в широких пределах уро­вень легирования и степень компенсации материала в окрестно­сти перехода, но величина градиента концентрации примеси за­висит от применяемого метода. Резкие переходы (рис. 2.2) легче получаются методом вплавления или эпитаксии; диффузия дает плавные переходы. Величина контактной разности потенциалов, определенная по пересечению с осью напряжений продолженной экспериментальной прямой (рис. 2.12), оказалась значительно выше, чем Eg у фосфида галлия (~2,26 эВ при 300 К), которая в свою очередь больше Уд (рис. 2.1). Вначале это объясняли наличием ї-слоя [37], благодаря которому ширина обедненного слоя, как указывалось в разд. 2.2, не зависит от напряжения [в отличие от простого резкого перехода, для которого W ~ ~(Уо± У)1/2] • В работе [38] показано, что в предположении о независимости ширины обедненного слоя от смещения волът-ам - перные характеристики светодиодов из GaP, изготовленных ме­тодом жидкостной эпитаксии (n-слой на р-подложке), описы­ваются выражением (2.23) в диапазоне изменений тока на пять порядков при 300 К - Уход экспериментальных точек вниз от экстраполирующей прямой на рис. 2.12 объясняется наличием7 глубоких уровней, которые дают вклад в емкость диода, обус­ловленный захватом носителей, находящихся в обедненном слое.: В работе [39] обращается внимание на роль глубоких донорных и акцепторных уровней в сплавных диодах из фосфида галлия, легированного медью, в возникновении отклонений зависимости С-2(У) от линейной в области небольших обратных смещений. Диффузионная емкость 1) этих диодов, по-видимому, пренебре­жимо мала, по крайней мере до прямых смещений 1,5 В.

Хзкетт и Шарфеттер [40] подобрали такое распределение примеси (рис. 2.13), для которого машинный расчет зависимости С~2 от У совпадал с экспериментальной зависимостью (рис. 2.12) для светодиодов из GaP с оптимальным внешним квантовым выходом (2%), изготовленных методом эпитаксии из жидкой фазы п-слоя на р-подложке. Появление я-области обус­ловлено донорной примесью (теллуром), концентрация которой вблизи металлургического перехода постоянна, и цинком, кото­рый диффундирует из подложки во время эпитаксиального про­цесса. Подтверждение вида распределения примеси, вычислен­ного на основании С-2— У-зависимостей, было получено из из­мерений поверхностно-барьерной емкости на косом шлифе.

') Диффузионной емкостью принято называть приращение емкости за счет накопления неосновных носителей в нейтральных областях вблизи краев обедненного слоя. Эта составляющая приобретает существенное значение при прямых смещениях, когда инжекция неосновные носителей становится зна - чительноі;.

В этом эксперименте на поверхность пластины, сошлифованную под углом 3° к плоскости перехода, наносился ряд золотых кон­тактов диаметром 0,05 мм, расстояние между которыми в пло­скости шлифа составляло 0,1 мм, что позволяло получить разре­шение в направлении, перпендикулярном переходу, равное 5 мкм. Концентрация примеси iV; определялась по наклону вольт-фарадной характеристики контакта металл — полупровод­ник с барьером Шоттки в соответствии с равенством

*-=-|г[-7да>]- (2'28)

В разд. 2.4 продолжено рассмотрение р — л — n-структуры, пред* ставленной на рис. 2.13. Общим условием возникновения я-обла­сти в таких диодах является пространственное разделение металлургической границы и электрического перехода при выра­щивании последнего слоя. В работе [41] показано, что в свето­диодах из фосфида галлия, легированного теллуром и цинком, это выполняется при 4Na > Nd > Na/2,