В течение последних 10 лет интенсивно изучались свойства диодов из GaAs, легированных кремнием и имеющих высокий квантовый выход [161 —168]. До сих пор эти диоды имели ма­ксимальные значения внешнего квантового выхода при комнат­ной температуре. Диоды с куполом из стекла с высоким пока­зателем преломления [169] имеют в постоянном режиме кван­товый выход, равный 32% [39]. р — я-Переход образуется в течение одного цикла процесса жидкостной эпитаксии с по­мощью одной легирующей примеси — кремния. Кремний — ам­фотерная примесь, т. е. он может быть донором в узле галлия (SiGa) и акцептором в узле мышьяка (SiAs). Хотя исследова­ния, выполненные в работе [166], показали, что'SiAs может не быть основным акцептором в некоторых материалах р-типа [166], для простоты изложения мы пренебрежем другими ак­цепторными центрами. Слои р - и я-типа сильно компенсиро­ваны, и большая часть кремния образует нейтральные пары

Слой, Выращенный жидкостной эпитаксией

<///>

ж"

£Л" Вытрабленж В подложке окно

а

ближайших соседних атомов SiGa — SiAs. Следовательно, тип слоя, полученного жидкостной эпитаксией, зависит от распре­деления Si между донорами и акцепторами на ближайших со­седних нейтральных узлах. Тот факт, что на это распределение влияет концентрация Si, температура роста [164], скорость ох­лаждения [170] и ориентация подложки [171], показывает, что эпитаксия из жидкой фазы является сложным управляемым кинетикой процессом, который накладывает, с одной стороны, жесткие условия на управление им, а с другой стороны, обла­дает большой гибкостью по отношению к свойствам выращивае­мого слоя.

На рис. 5.33 показано, как с температурой роста и концен­трацией кремния в расплаве изменяется тип проводимости для фиксированной скорости охлаждения и ориентации подложки. Если концентрация кремния в расплаве во время охлаждения превышает определенный уровень (~0,1 ат.%), сначала растет

слой п-типа, который при более низкой температуре роста пе­реходит в слой p-типа. При этом образуется выращенный р—«-переход. И температура инверсии, и степень компенса­ции зависят от ориентации подложки. Слои n-типа слабее ком­пенсированы и, таким образом, сильнее легированы при данной концентрации кремния в расплаве, если они растут на плоско­сти (1 1 1)6, по сравнению с ростом на плоскости (1 1 1)А или

(100) [171]. Получалось так, что инверсия к проводимости р-типа происходит при более низких температурах, если рост идет на плоскости (1 1 1)6, что дает более мелкие р — «-пере­ходы, чем на плоскости (10 0). И наконец, было обнаружено, что увеличение скорости охлаждения может привести к сдвигу к более высоким температурам перехода между п - и р-слоями (рис. 5.33) [39]. Из сказанного вытекает, что в одном цикле жидкостной эпитаксии могут быть выращены три слоя с раз­личным типом проводимости и уровнем легирования. При высо­ких температурах и быстром охлаждении первым получается p-слой. Уменьшение скорости охлаждения приводит к тому, что условия, при которых ведется жидкостная эпитаксия, соответ­ствуют условиям, указанным на рис. 5.33; это приводит к по­явлению дополнительного слоя «-типа, а затем и слоя р-типа. Данный цикл позволяет достаточно просто выращивать р — « — р — «-структуры, что дает возможность создавать переключае­мые светодиодные структуры [170].

Излучательная рекомбинация в диодах, легированных крем­нием, происходит при переходах электронов из хвоста зоны про­водимости на глубокие акцепторные уровни [171]. Спектр из - лучательноп рекомбинации сдвигается в область меньших энер­гий с увеличением уровня легирования кремнием, одновременно расширяясь на уровне, соответствующем половине максималь­ной интенсивности излучения. Следовательно, правильно выби­рая условия проведения жидкостной эпитаксии, можно выра­стить приборы с высоким квантовым выходом, у которых макси­мум излучения лежит в диапазоне 920—1000 нм [39].