Светоизлучающий инжекционный полупроводниковый прибор

 

Изобретение .-eT быть использовано при проектировании и производстве светоизлучающих полупроводниковых приборов. Целью изобретения яв ляется обеспечение управления интен- CifflHocTbio излучения, пс вышение быстродействия и квантовой эсЬфективности с вето излучающего и ;-:ек; (ионного полу проводникового HjiifOopa. (. ветоизлучяющий пiжe a иoнный п : Лупроводникоп1- Й приббр включает два полуиролодниковых слоя, первый из которых BbicoKOjierHpo-; ванный Первого типя проводимости выполнен из 6ojit.e широкозониого ил гериала, второй слой нт орого типа проводимости выполнен из материала с прямой структурой энерг етических зон. В первом слое сформиро лна дополни тельная область из шпрокозонного .материала, вкл члрщая дне расположенные друг над другом подобласти, первая из которых соОственной пронодимости расноложе1та на втором слое и тор-i цопой частью примыкает к первому слою. К второй подобласти выгоколегиронаиного материала H i oji jro типа пропод1гмости и к первому и }1 10рому полупроводниковым cjioH-i с юрмиров пны невыг рямт Я101цие KOH r.iKiLU То. лкина слоя пространственного перехода мел ду дополнительными подобластями не превьш ает в подобласти собственной проводимости ее TOjiiiuiHy. 3 ил. Ф й

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИН (5))5 tl Ol L 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННт СССР (46) 23. 11. 90. В(с>л. 1> 43 (21) 4.270856/3)-25 (22) 15 ° 05 ° 87 (71) Институт проблем кибернетики

АН СССР (72) В.И.Ар(((инов, F, В. Векн(цна и В.И.Стлфеен (53) 621.382(088.8) (56) Пожела )0.К., )с((гене В.И. Физикл сверхпроводящих трлнзисторон ° Вилг.— г(юс:))окслас, 1985, с.)12.

Алферог(Ж,И,, I лрбузон t1 3, (;(l ктр рекомбинаццонного (folly>(eH(isf арсе(и(да галлия при токовом возбуждении р-игетеропереходон фосфид галлия-apcefff(g) галлия. — ФТТ, т ° 7, н.8, с.23752378. (54 ) СВЕТОИЗЛУЧА)ОИИЙ И)))((1> КЦИОИ! !Ь)Й

ПО))У))РОВО,Ц) (ИКОВЬ)1! I)PI)bf (i (57) Изобретение может быть использовано при проектировлнни и производстве снетоизлучаю((ц(х ((o!>y(fpoBojI(ff(Koных приборов. Целью изобретецня является обеспечение упрлнления интецсивностью излучения, поньяа. ние быстродействия и квантовой эффективности

Изобретение относится к области проектирования и производства светоизлуча(»((гих (электролвь(цнес(гентных) полупроводниковых приборов.

Целью изс(бретения является обеспечение управления интенсивностью излучения, унеличени быстродействия к кнантовой эффективности снетоизлучающих пЬлупронодникон((х приборов.

На фиг.! показлн об((гцй нид предлагаемого светоиэлуча(>((гего инжекцион„„sU„„(щд(щ А г снетоизлучлк>щ. го и(, :с к;(((онного полу-. проводникового (Ipfff>op>i. Светоизлучающий H(mepfi(HoHHbff(((> лупроноднцкс>вый прис>О! В(<лючлет два полунронодниковь(х слоя, первый из которых высоколегиро-; нанный верного тцг;л г(ронодимостн выполнен (3 боз(ее ((в(рокс лонного материала, второй с if>(f второго типа проводцмос ти выполи -.и из материала прямой структурой энергетических зон.

В перном слое сфор;f»I>oi>BI(B дополнит льная область цз ((fffpoKoBoHHoi матег>г(апа, вклк»(л(щая д(iе рлcïîëоженные ДРУГ нлД ДРУ«ом (if>)(f>f»f;(c Tff > lif.".l!вля из которых сof><. r!3i ннои пронодимоClif РЛСНОЛОж НЛ НЛ Цтс>POM СЛОЕ И тОРцоной частью примыклет к ffdpBoMp спок>

К второй подобллстii вь(с.околегиронаиного млтери (лл н > ор.lс типа проводимости и к первому i(ii1с рс »у полупронод(н(коным слоя(> с;)>Op(fi(poI> лцг(негЗьяl!>ям>(яю(яц е кон г >к i ь(. Тол(нина сло>( пространств Hilol с(л)>г>,(га и рехс дл глежду дог(олнительнь(ь(((подобластями

1 не г(реньп((лет н пс>.(об>(асти собственной проводимости ее (о;((>(((ну. 3 ил. ного полупроводникового прибора; на фнг.2 - его эн .рг..т(((ескц зон(в(о диаграммы, вертикальный разрез, I3 случае. соответствия пер(>о(О т(.пл н(>онодимОсти электронной ffpnf>o;ii!. «сти ((л фиг.3 — то же, в случл . со<>тнетствця первого типа прс води,.(остi(дырочной проводимости.

)(редллглемый if(»«»р с с>це(ь-(>т днл полупроводниковых ссв >, «. (Iii и слой ! нысоколегировлн(н li> (;»ого т>ff;B

1493034 про))одимости выполнен иэ более широкоэЬ)»ного материала, второй слой 2 второго типа проводимости вылолнен иэ материала с прямой структурой энергетичеcK)»x зон. В слое 1 сформи.» рована дополнительная область 3 иэ широкозоииого материала, вк))ючающая две подобласти. Первая подобласть 4 собственной проводимости расположена на слое 2 и торцовой частью прииьг кает к слою 1. К второй подобласти 5 высоколегированного материала второго типа проводимости и к слоям 1 и 2 сфоРмиРованы невыпрямляющие контакты, 15 толщина слоя пространственного заря да перехода между подобластями 4 и 5 не превьппает в подобласти 4 ее толщину.

Из фиг.2,3 видно, что различие ширины запрещенной зоны в двух контактирующих полупроводниковых материалах при определенных концентрациях легирующих примесей обуславливает формировани в плоскости гетеропере 25 хода в уэкозонном полупроводнике инверсного канала проводимости. Внутрен нее поле большой, величины, образующееся в инверсном канале при термодинаt мическом равновесии вследствие высо кой плотности заряда подвижных носителей (электронов или дырок) в этом канале, приводит к электрическому квантованию энергии и квазиимпульса носителей перпендикулярно плоскости гетероперехода. В соответствии с фиг.2 в канале инверсной проводимости образуется двумерный электронный газ

2DEG в соответствии с фиг.3 двумерный дырочный гаэ 2DHQ.

40 ,Пвуиернь))» газ носителей заряда 2D рас)пространяется в канале с высокой дрейфовой скоростью. Наличие тонкой подобласти 4 собственной проводимости в структуре гетероперехода позволяет ослабить рассеяние носителей заряда в канале на дальнодействующем кулоновском потенциале ионизированных прииесей подобласти 5, что еще более повышает подвижность носителей заря50 ла в инверсном канале. Высоколегированные области соответствующего типа проводимости в широкоэоннои полу™ проводник являются источником поI движных носителей для инверсного

5S канала, примыкающего к ним. устройство работает следующим образом.

При прямом смещен)»и, подаваемом на переход между подобластями 4 н 5, неосновные носители )»нжект)»руются им в область и)»версного канала, где рекомбинируют с основными носителями.

Рекомбинация электронно-дырочных пар сопровождается излучением квантов света, энергия которых зависит от ширины запрещенной зоны уэкоэонного полупроводника с прямой структурой энергетчческих эон. Непрокомбинированные неосновные носители выбрасы ваются встроенным полем пространственного заряда перехода поцобласть

4 — слой 2 из активной области инвер . сного канала в примыкающую к ней область слоя 2 и уходят во внешнюю цепь. Ускоренный вывод непрокомбини ровавших неосновных носителей из активной области в значительной мере повышает быстродействие прибора.

Нарушение электронейтральности инверсного канала,вызванное рекомби» нацией части носителей заряда с ин)Фе»

KtHpoBBHHbIMH неосновными носителями) компенсируется поступлением дополнительных носителей из цепи питания через контакт к слою 1, )

Изменение потенциала на этом кон такте приЬодит к изменению числа Ho сителей инверсного канала, рекомбинирующих с неосновными носителя, а следовательноу к изменению интенсивно»» сти процесса светоизлучения. Это позволяет управлять выходным сигна лом-потоком фотонов.

Высокая концентрация подвижных носителей заряда в канале инверсной проводимости обеспечивает высокие величины квантовой эффективности работы светоиэлучающего прибора, т.е, отношения числа излучаемых во вне фотонов к числу неосновных носителей, ннжектируемых в область инверсного канала. Увеличение этой концентрации к структуре рассматриваемого. светоиэлучающего прибора приводит к возрастанию квантовой эффективнос . ти, однако не сопровождается уменьшением коэффициента инжекцин неоснов» ных носителей, как это происходит в известных структурах.

Толщина слоя пространственного заряда перехода иелду подобластями 4 и

5 в термодинаиическом равновесии не должна превышать в подобласти 4 ее толщину. В противном случае инверси1493034 онньй слой пронодичости под высоколегированной подобластью 5 будет разорван рбластью пространственного заряда и светоизлучение осуществлять5 ся не будет из-за отсутствия в активной области канала необходимого количества носителей одного иэ знаков.

Был изготовлен следующий светоиэлучающий инаекционный полупроводниковый 1р прибор, В качестве уэкозонного материала использовался GaAs, в качестве широкоэонного Са е, А1 е Ав ширины запрещен1 ных эон которых соответственно равны

1,43 эВ и I В эВ. Первым типом проводимости являлась электронная проводи» мость, т.е. в канале инверсной проводимости прибора образовывался двумерный электронный гаэ 2DEG (фиг.2). 2р

Электрофизические параметры структуры: удельное сопротивление второго слоя р-типа проводимости Р >

l0 Ом см, удельное сопротивление подобласти собственной проводимости 25

5-10 Ом см, поверхностное

Ь опротивление первого слоя и-типа проводимости р» 200 Ом/O, поверхностное сопротивление высоколегированной подобласти р-типа проводимости ч0

Рзр 400 Ом/Q, Геометрические параметры: площадь . дополнительной области S 100 к 100 мкм площадь первого слоя S 300 ° 300 мкм, толщина высоколегированной подобласти р-типа Mp 2 мкм, толщина первого слоя W 4 мкм.

Конструкция светоизлучающего индеек ционного полупроводникового прйбора позволяет управлять интенсивностью излучения, повысить быстродействие до величины 10 с, а квантовую

- iI эффективность — до 10-15Х.

Формула изобретения

Светоиэлучающий июкекциоиный полупроводниковый прибор, включающий два полупроводниковых слоя, первый из которых высоколегированный первого типа проводимости выполнен из широко» эонного материала, второй слой второго типа проводимости выполнен иэ ма» териала с прямой структурой энергетн ческих зон, и невыпрямляющие контакты к этим слоям, о т л и ч а ю щ и и » с я тем, что, с целью обеспечения управления интенсивностью излучения, увеличения быстродействия и кванто- вой эффективности, в первом слое сфор» мирована дополнительная область, включающая две подобласти, первая иэ которых собственной проводимости рас» положена на втором слое и торцовой частью примыкает к первому слою, вторая подобласть выполнена иэ высо» колегированного материала второго типа проводимости, располошена на первой подобласти и торцовой частью также примыкает к первому слою, к второй подобласти сформирован невы» прямляющий контакт, а толщина слоя пространственного заряда перехода между дополнительными подобластями не превышает в первой подобласти ее толщину.! 493034

Составитель В.Тэгай

Текред И.Дидык

Редактор И.Шубина

Корректор А. Коэориэ

Заказ 4344 Тираж 436 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5

Пр иэводственно-издательский комбинат "Чатент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101