Прямозонные полупроводники A, nBv, излучающие в види­мой части спектра, являются тройными твердыми растворами (разд. 3.4). Некоторые различия между светодиодами из прямо­зонных полупроводников и рассмотренными выше красными диодами из GaP заключаются в следующем:

1. Спектр излучаемого света зависит от составляющих ком­понентов соединения AmBv [37].

2. В таком тройном твердом растворе коэффициент поглоще­ния испускаемого излучения в области р — /г-перехода намного больше коэффициента поглощения красного света в GaP. Зна­чения коэффициента поглощения для GaAs при 300 К в макси­муме спектра лежат в пределах а = 103—104 см-1 [38, 39], что на 3—4 порядка выше соответствующих значений для крас­ного излучения в GaP.

3. Коэффициент поглощения излучения с данной энергией быстро изменяется при изменении состава; при увеличении ши­рины запрещенной зоны кристалла он уменьшается.

4. Внутренний квантовый выход возрастает (или остается неизменным) при увеличении плотности тока в противополож­ность эффектам насыщения в красных светодиодах из GaP [40].

5. Внутренний квантовый выход быстро уменьшается, когда состав тройного твердого раствора приближается к переходному ОТ прямозонного полупроводника к непрямозонному, как это

подробно описано в гл. 4 и экспериментально показано в ра­боте [41] для случая GaAsi-xP*.

Отсюда следует, что в противоположность конструированию светодиодов из GaP процесс оптимального конструирования диодов из прямозонных полупроводников состоит из следующих этапов:

1. Сначала должен быть установлен оптимальный состав тройного соединения для изготовления полупроводниковой пла­стины. При этом очень важную роль играет микроскопическая однородность состава тройного соединения.

2. Вследствие сильного внутреннего поглощения света, гене­рируемого в толще полупроводника, важно определить кванто­вый выход г)для такой глубины расположения перехода, при которой поток света, падающий на внутреннюю поверхность полупроводника, ближайшую к мелкому р — /г-переходу, дости­гает максимума. Более того, в тройных соединениях можно из­менять состав по кристаллу таким образом, чтобы свет входил в слабопоглощающую область с широкой запрещенной зоной сразу после короткого пути из объема, в котором генерируется излучение и который определяется диффузионной длиной. В этом случае глубина расположения перехода не является столь критичной, как у полупроводника с постоянным составом. Однако необходимо помнить, что такое «окно», обусловленное градиентом состава, существует только в одном направлении относительно плоскости перехода и что, следовательно, вероят­ность выхода света из диода после внутреннего отражения го­раздо меньше, чем это было бы в прозрачном кристалле типа GaP.

3. Как только свет достигает внутренней поверхности, его обязательно нужно вывести из полупроводника, показатель преломления которого обычно больше 3,3. Это чрезвычайно важно для прямозонных полупроводников из-за высоких вну­тренних потерь.

Определим сначала, какой состав для излучающего р — /г-пе­рехода является идеальным, используя в качестве примера GaAsi-xP*. Для красных диодов очень важен даже небольшой сдвиг в область более коротких волн из-за быстрого роста функции видности (рис. 6.2). Однако, как обсуждалось в разд. 3.4.2, внутренний квантовый выход быстро уменьшается, когда тройной твердый раствор приближается по составу к точке перехода от прямой к непрямой рекомбинации. Поскольку све­товая отдача определяется величиной к. п. д. диода и функцией видности, для оптимального состава р — я-перехода произведе­ние этих двух величин должно достигать максимума. На рис. 6.14 [42] приведена функция видности (рис. 1.2), умно­женная на максимальное значение видности для дневного зре-

4-Ю'3 . 2-Ю'2

I Ю~3

І •

4-Ю'4

I

| Z-10'4

'ST *г*

I

•a 9-fO's

■I

і 2-1(Ts £

|i f0's

4-Ю'6

«

ния (680 лм-Вт-1), в зависимости от длины волны максимума электролюминесценции для GaAsi-дгРл:. - При построении этой кривой известные из опубликованных работ спектры излучения сдвигались по длинам волн, причем предполагалось, что ши­рина полосы спектра остается неизменной. Хотя это приводит к небольшому увеличению разброса значений энергии для более коротких длин волн, расчетная кривая дает достаточно хоро­шее первое приближение. Заметим, что ордината на рис. 6.14 соответствует только функции видности (т. е. световому потоку на единицу излучаемой мощности) и не имеет отношения к све­товой отдаче (т. е. световому потоку на единицу входной мощ­ности) .

Согласно работе [42], предполагалось, что точка, разделяю­щая прямые и непрямые переходы, соответствует 2,00 эВ. Это значение верно для материала /г-типа и соответствует х « 0,44. Чтобы найти оптимальный состав перехода, излучающего свет, надо сравнить рис. 6.14 и 6.15. На последнем приведена сгла­женная кривая внешнего квантового выхода светодиодов из GaAs^xP* как функция состава тройного твердого раствора [41]. Полагая, что квантовый выход на рис. 6.15 приблизи­тельно равен к. п. д., можно получить световую отдачу в зави­симости от длины волны максимума излучения (или от состава тройного твердого раствора) (рис. 6.16). На рис. 6.16 показан широкий максимум, соответствующий изменению опти­мального состава от ї » 0,35 до х « 0,42. В этом интервале Концентраций фосфора снижение квантового выхода почти ком­пенсируется з? счет возрастания чувствительности глаза к ис­

пускаемому излучению (рис. 3.38). Значительно более широкий максимум (примерно при той же яркости) наблюдается в GaAs!_xP^, легированном азотом [43].