Введение:Светоизлучающие диоды:Прорыв Ш. Накамуры:Заключение | |
Эволюция приборов на основе ZnSeНачиная с 1980 года многие группы безуспешно пытались вырастить пленки р-типа ZnSe методом MOCVD, пока в 1990 году Р. Парк (R. Park (компания 3M, США)) не показал, что высокая концентрация дырок в образцах получается при легировании азотом и это можно было осуществить используя высокочастотные плазменные источники. После проведения успешного р-типа легирования ZnSe уже в конце 1991 года появилось сообщение об изготовлении первого лазерного диода, излучавшего зеленый свет. Такие диоды выращивали на GaAs-подложках (на рис. 2 хорошо видно, что постоянные решеток ZnSe и GaAs отличаются незначительно). Однако первые образцы работали лишь при 77 К в импульсном режиме и характеризовались коротким (несколько минут) временем жизни, которое к 1996 году удалось увеличить до 100 ч (400 ч в 1997 году). Было установлено, что причина наблюдаемой деградации заключалась в безызлучательной рекомбинации на дислокациях, попавших в активный слой. Увеличение времени жизни было достигнуто за счет уменьшения числа дефектов упаковки и дислокаций на межфазной границе GaAs/ZnSe от 106 до 103 см -2, но даже в этом случае отдельные дефекты продолжали диффундировать по объему, приводя к разрыву относительно слабых связей в соединениях II-VI и выходу приборов из строя. Систематические исследования, выполненные в компании "Sony", показали, что ответственными за деградацию являются также и точечные дефекты, а оценки времени жизни привели к значению 3*104 ч, что значительно превышало наблюдаемые 400 ч и указывало на существование неучтенных факторов, одним из которых могло быть влияние омического контакта со стороны р-области прибора. Такие контакты создают сильно легируя полупроводник, но дополнительное р-легирование активированным плазмой азотом может приводить к росту сопротивления образца из-за возрастания концентрации дефектов и к его перегреву при эксплуатации. Недостаточные времена жизни сдерживают широкое применение приборов из этих материалов, хотя определенные перспективы связываются с блокадой диффузии дефектов в активный слой гетеро-лазеров слоями сверхрешеток с переменной деформацией, а также с использованием соединения BeZnSe. Нитрид галлия и его сплавыИсследования свойств нитридов элементов группы III (AlN, GaN, InN) и их сплавов, представляющих собой широкозонные полупроводники с прямыми оптическими переходами, позволили заключить, что они являются наиболее перспективными материалами для изготовления свето- и лазерных диодов, излучающих во всей видимой и ультрафиолетовой (240-620 нм) областях спектра (табл. 1). Однако реализация этих преимуществ более 30 лет сдерживалась значительными трудностями в получении соответствующих материалов.
Из-за малости ковалентного радиуса N параметр решетки кристаллов нитридов значительно меньше, чем у других полупроводниковых соединений III-V групп, а большие значения энергии связи (2,2 эВ для GaN) являются причиной высокой температуры плавления и затрудняют выращивание кристаллов из расплава, поэтому их, как правило, получают в виде монокристаллических пленок. До недавнего времени все пленки нитридов, которые удавалось вырастить, отличались высокой концентрацией примесей n-типа, обусловленной большой плотностью дефектов, что препятствовало созданию примесей p-типа и тем самым образованию p-n - переходов. Основной причиной, препятствовавшей получению высококачественных пленок GaN, было отсутствие подходящих подложек, параметры решетки и коэффициент теплового расширения которых соответствовали бы GaN. Долгое время такие пленки выращивали на сапфире (рассогласование решеток 13,5%), достоинствами которого являются лишь термическая стойкость и возможность очистки перед началом роста. Другая проблема - получение кристаллов p-типа. Первые работы в этом направлении были начаты еще в 60-е годы XX века, однако все попытки надежно внедрить элементы группы II (Mg, Zn, Be) как примеси замещения, которые бы действовали как акцепторы, завершились неудачей. Трудности были так велики, что встал вопрос, следует ли вообще тратить время на работу с этим материалом. Подобные мысли, по-видимому, не приходили в голову Японскому профессору И. Акасаки (I. Akasaki), посвятившему жизнь изучению GaN. Из многих его достижений выделим два основных, сделанных в 80-е годы XX века. Он предложил включить между сапфиром и активным слоем буферный слой AlN, что отчасти снимало проблему несоответствия решеток, и уже в 1986 году получил пленки GaN высокого качества. А в 1989 году счастливый случай помог ему вместе с его аспирантом Амано (H. Amano) впервые изготовить образец p-типа. Изучая под электронным микроскопом легированную Mg пленку GaN, Акасаки и Амано обнаружили свечение образца после бомбардировки электронами. Завершив электронно-микроскопические исследования, они установили, что проводимость стала р-типа, и связали это с воздействием электронного пучка на пленку, способствовавшим замещению атомов Ga атомами Mg. Но к тому времени большинство исследователей прекратили работать с GaN, и сообщение Акасаки почти не привлекло внимания, а к концу 1991 года, когда Хаас (M. Haase (компания 3М, США)) объявил о создании первого ZnSe зеленого лазера, практически все уже работали с халькогенидами. При этом интерес к исследованию соединений II-VI групп был столь велик, что в некоторых университетах (Universitat Wurzburg, Deutschland) были организованы специальные центры для координации работ в этом направлении и выпуска соответствующих материалов и приборов.
|
|
<< Назад | Вперед >> |