Потребность в светодиодах с гомопереходами можно удо­влетворить за счет использования приборов на основе гетеро­структур. В работе [485] сообщается о новом типе гетерострук-

туры, в которой краевая электролюминесценция наблюдалась при прямом смещении на п — р — /i-структуре в GaAs, создан­ной на вакуумном сколе (это подтверждает наличие поверх­ностно-контактных потенциальных барьеров). Дискуссия по этим приборам отражена в работах [486а — 486д]. Подробное рас­смотрение этих приборов выходит за рамки данной книги. В од­ном общем классе приборов с гетероструктурами сделана по­пытка инжектировать неосновные носители в контакте металл— диэлектрик—полупроводник (МДП) или других подобных кон­тактах.

Проблема с однородными контактами металл—полупровод­ник (МП), если они могут быть получены, состоит в том, что уровень Ферми металла остается фиксированным на поверх­ности полупроводника независимо от напряжения смещения в прямом направлении. Как показано в разд. 5.5, он лежит ниже Ес приблизительно на 2/3Eg для широкозонных полупро­водников AHIBV. В полупроводнике n-типа существует большой барьер для инжекции дырок и коэффициент инжекции у [выра­жение (2.29)] мал (рис. 3.73). В МДП-структуре условия для инжекции дырок при прямом смещении улучшаются в том слу­чае, если падение напряжения на диэлектрике (слой окиси) А1/ох дает возможность краю валентной зоны Ev приблизиться к Efm (рис. 3.73). Ожидаемое увеличение коэффициента инжек­ции с толщиной окисной пленки d было подтверждено в GaP : S, N, в котором получено существенное увеличение зеле­ной электролюминесценции при d = 40 А [486е]. К сожалению, к. п. д. таких приборов в подобных полупроводниковых материа­лах остается более низким, чем к. п. д. р — n-переходов, глав­ным образом в результате сильной рекомбинации внутри слоя окиси (плохая прозрачность барьера). На более тонких окис - ных слоях можно было бы получить оптимальное соотношение между Efm и Ev при использовании металлов с гораздо большей * работой выхода, чем Аи. К сожалению, таких металлов не су­ществует.

До недавнего времени лучшими характеристиками таких приборов при 300 К были характеристики, полученные для ZnTe: О [263], на котором Кеннеди и Расс наблюдали кван­товый выход 0,1% (к. п. д. в 2—3 раза меньше) для красного света в приборе с золотыми контактами к слою, компенсиро­ванному диффузией А1. Утверждалось, что эффективная инжек - ция происходит из электронной плазмы в узком компенсиро­ванном слое, когда к металлическому электроду приложено от­рицательное напряжение. Эффективность инжекции при этом хотя и велика для ZnTe, но мала по сравнению с эффектив­ностью для GaP : Zn,0 (разд. 3.2.8). В другом варианте свето­диоды с МДП-структурой на ZnTe были получены при создании

11 Зак, 1242

тонкого полуизолирующего слоя на слаболегированных моно­кристаллах p-типа бомбардировкой протонами с энергиями 50— 400 кэВ. Относительно эффективная люминесценция наблюда­лась при подаче прямого смещения между золотым контактом к полуизолирующему слою и омическим контактом к объему кристалла [296]. Предполагают, что свет генерируется при ре­комбинации электронов, созданных лавинным пробоем в полу - изолирующем слое, с дырками в объеме ZnTe. Зеленая элек­тролюминесценция наблюдалась при 300 К на нелегированном ZnTe с к. п. д. —■ 0,01 %. Это значение к. п. д. меньше, чем к. п. д. для GaP : N (разд. 3.2.7). Легированный кислородом ZnTe из­лучает при 300 К красный свет с к. п. д. —0,1%, что также го­раздо ниже, чем в GaP : Zn,0 (разд. 3.2.8). Однако методика получения этих светодиодов на ZnTe очень проста. В работе [487] исследована гетероструктура InAs — ZnTe, которая при 300 К имела квантовый выход порядка 10_3% для видимого света. Из работы, однако, неясно, был ли легирован ZnTe кис­лородом, дающим изоэлектронные ловушки О, которые обеспе­чивают эффективную красную фотолюминесценцию при 300 К [79]. Дальнейшее усовершенствование МДП-структур на ZnTe было достигнуто путем использования ZnTe p-типа, легирован­ного в процессе роста фосфором или литием, с высокоомными по-

верхностями <100), приготовленными диффузией алюминия в ат­мосфере, обогащенной цинком [487а]. Слой изолятора находился в контакте с пленкой In. Свет возникал в небольшой области лавинного пробоя возле этого контакта. Квантовые выходы для желтого света при 300 К и прямых смещениях 25 В составляли — 0,2% для подложек, легированных Li, и —0,1% для под­ложек, легированных Р. Предполагается, что люминесценция связана с акцепторами VZn. Светодиоды на основе гетерострук­тур, приготовленные методом газовой эпитаксии CdS на под­ложках ZnTe, давали при 300 К значительную красную элек­тролюминесценцию, вызванную, по-видимому, рекомбинацией в промежуточной области переменного состава Zn^Cdi-^Te [4876].

В работе [488] сообщается о зеленой электролюминесценции на гетеропереходах ZnSe — ZnTe, выращенных методом жид­костной эпитаксии из раствора ВІ или Zn, но не приводятся оценки ее эффективности. Твердый раствор ZnSexTei_x форми-' ровался на промежуточной поверхности [488в]. Ширина обла­сти твердого раствора увеличивалась с температурой из-за взаимной диффузии. К сожалению, состав твердого раствора стремится к составу с минимальной шириной запрещенной зоны.

Гетеропереходы между CdS я-типа, выращенным методом газовой эпитаксии, и подложками CuGaS2 р^-типа описаны в ра­боте [488а]. Эти два материала имеют при 300 К примерно оди­наковые запрещенные зоны для прямых переходов (табл. 3.7), поэтому инжекция носителей не ограничена барьерами на меж - поверхностных областях. Низкие внешние квантовые выходы ( — 0,001%) этих материалов при 300 К сужают область их при­менения. Однако CuGaS2 представляет интерес как низкотем­пературный люминофор [4886]. Возможно, что плохие харак­теристики электролюминесценции обусловлены в основном усло­виями инжекции. Гетеропереходы ZnSe — Ge представляют ин­терес для ключей памяти [489].

Для МДП-структур или барьеров Шоттки на CdS и ZnSe при комнатной температуре к. п. д. обычно составляет — 10_3% [490]. Однако в работе [490а] сообщается о получении гораздо лучших характеристик при эффективной туннельной инжек­ции дырок в монокристаллы GaAs и CdS n-типа. В этой ра­боте слой изолятора представлял собой ряд напыленных в ва­кууме слоев А1203, а проводимость определялась прямым тун­нелированием. Эффективная туннельная инжекция достигалась путем управления изгибом зон. Красный и желтый свет гораздо более эффективно может быть получен в приборах на ZnSe, в которых в качестве активаторов используются Си и Мп соот­ветственно [491]. В двух лабораториях были получены доста­точно обнадеживающие результаты на низкоомном ZnSe, леги-

U*

рованном А1, с использованием барьера Шоттки или МДП - структуры.

Парк, Гизнер и Шин [294] сделали диоды с золотым про­волочным верхним контактом и серебряным плоскостным ниж­ним контактом. Эти диоды при 300 К излучали широкую желто­оранжевую полосу люминесценции, если к золотому контакту прикладывалось положительное смещение (рис. 3.74). Эта лю­минесценция приписана самоактивированным переходам с уча­стием Vzn и неизвестной примеси. Ее спектр аналогичен спектру люминесценции, обусловленной Мп, о которой сообщали Аллеи и др. [492]. Они исследовали электролюминесценцию приборов, на которые подано обратное смещение и которые изготовлены подобными способами на ZnSe, легированном Мп и А1, но при напылении верхнего золотого контакта. Обе группы авторов считают, что люминесценция возбуждается ударной ионизацией в обедненном слое под золотым контактом, тогда как Шин и Парк [493] подчеркивали, что на вольт-амперную характери­стику влияют ловушки в изолирующем промежуточном слое.

Эти ловушки лежат на —0,5 эВ ниже зоны проводимости и имеют концентрацию — 1014 см-3.

Кроме Парка [293] (ссылка в табл. 3.5), голубую электро­люминесценцию в ZnS с аналогичной МДП-структурой наблю­дали Пекарь и др. [493а]. Диоды были изготовлены на низко­омных монокристаллах я-типа (удельное сопротивление 1— 10 Ом-см) с омическим контактом на основе сплава In и вы­прямляющим контактом из золота или другого металла с боль­шой работой выхода. Внешний квантовый выход составлял 0,01% в диапазоне плотностей тока 2-Ю-4 —2 А/см2 вследствие инжекции дырок из золотого контакта. Люминесценция может быть голубой или зеленой в зависимости от обработки осажден­ного слоя. Озан и Вудс [493г] сообщили о зеленом светодиоде на основе МДП-структуры в ZnSo,6Se0,4 с к. п. д. —0,06% и о го­лубом светодиоде с яркостью —300 кд/м2 при рассеиваемой электрической мощности 600 мВт.

Аллен [4936] представил доказательство того, что голубая самоактивированная люминесценция в ZnS, подобно соответ­ствующей желтой люминесценции в ZnSe, возникает при реком­бинации электронов и дырок на далеких донорно-акцепторных парах. Аллен и др. [492] провели довольно подробный анализ механизма ударной ионизации активаторов марганца, домини­рующего в их диодах [492а]. Основной причиной неоднород­ности яркости, характерной для этих приборов на ZnSe, счи­тается изменение плотности доноров А1 [297]. В работе [494] представлено доказательство того, что электролюминесценция на гетеропереходах ZnSe — Sn02, смещенных в прямом направ­лении, связана с инжекцией, но не даны оценки эффективности. Аллен с сотрудниками также сообщили об электролюминесцен­ции при прямом смещении у других гетеропереходов ZnSe — Au, не легированных [138] и легированных марганцем [495]. В обоих случаях эффективность при 300 К была много меньше, чем при обратном смещении, как для туннельной инжекции, так и для лавинного пробоя [492]. В соответствии с фотоемкост - ными измерениями [496] основное состояние Мп в ZnSe лежит при 300 К на 2,0 эВ ниже зоны проводимости или на 0,65 эВ выше валентной зоны. Предполагают, что электролюминесцен­ция и фотолюминесценция при межзонном возбуждении яв­ляются результатом излучательного захвата свободных элек­тронов, а не внутрицентровых переходов в Мп [497].

Ливинстон и Аллен [498] сообщили также об интересных свойствах диодов на ZnSe, связанных с переключением памяти. Эти свойства являются результатом соответствующей обработки поверхности изолирующего слоя в МДП-структуре и представ­ляют интерес для производства адресных X— У матриц, — дис­плеев большой площади с изменяемым форматом (разд. 3.5.5)-

В работе [294] сообщается о получении внешних квантовых выходов —0,1% при 300 К с яркостью —700 кд/м2 и световой отдачей, которая, как оказалось, составляет 0,068 кд/А (табл. 3.5). К-п. д. меньше приблизительно в 4 раза, так что этот прибор не так эффективен, как приборы из GaP (разд. 3.2.7). Изготовление этого типа приборов довольно просто и дешево. Однако в настоящее время имеются в больших количествах стандартные красные светодиоды на основе GaAsP фирмы «Ферчайлд» стоимостью 10 центов и фирмы «Хьюлетт — Паккард» стоимостью 17 центов за одну индикаторную лампу.