Важным параметром светодиодных гетероструктур является величина внешнего квантового выхода. Однако к структурам, используемым при изготовлении кристаллов для синих и белых светодиодов, предъявляется еще одно жесткое требование: длина волны в максимуме спектра излучения и разброс ее величины по всей площади структуры должны составлять (460 ± 5) нм. В первую очередь это объясняется тем, что в наиболее применяемой конструкции белых светодиодов используются кристаллы, покрытые слоем люминофора определенного состава, возбуждаемого синим излучением. Отклонение от указанных значений спектральных параметров гетероструктур приводит к резкому ухудшению световых и цветовых характеристик светодиодов. В настоящей работе решается задача оптимизации конструкции и технологии выращивания активной области излучающей структуры, состоящей из набора квантово-размерных ям Ga In N и более широкозонных барьеров GaN с определенной длиной волны в максимуме спектра излучения. Проведен расчет изменения критической толщины псевдоморфного слоя для интервала коэффициента Пуассона от 0 до 0,2 для GaAlN и от 0 до 0,4 для GaInN. Длина волны излучения определяется как шириной запрещенной зоны объемного Ga In N, зависящей от мольной доли In в квантовых ямах, так и толщиной квантовой ямы в квантово-размерных слоях. Из полученных в работе зависимостей определено, что для достижения требуемой длины волны в максимуме спектра излучения 460 нм необходимо, чтобы слои Ga In N содержали примерно 10,3 % индия и имели толщину ям около 2,5 нм. Исследовано влияние профиля распределения In в квантовых ямах на внешний квантовый выход, однородность распределения значений длины волны излучения в максимуме спектра и однородность распределения мощности излучения по площади структуры. Наилучшие результаты получены при трапециевидном распределении In, так как достигаются наименьший разброс значений длины волны излучения в максимуме спектра и наилучшая однородность распределения мощности излучения по площади структуры. В результате исследования влияния количества квантовых ям на свойства гетероструктуры получено, что для достижения наибольшей величины внешнего квантового выхода излучения количество квантовых ям должно составлять от 4 до 5. Наилучшая однородность длины волны излучения в максимуме спектра по площади структуры достигается при числе квантовых ям от 5 до 7. Оптимальное количество квантовых ям в активной области гетероструктуры равно 5.
-
Ключевые слова:
нитрид галлия GaN, псевдоморфный слой, критическая толщина, вектор Бюргерса, квантовая яма, профиль концентрации, gallium nitride, pseudomorphic layer, the critical thickness, the Burgers vector, quantum well, the concentration profile
-
Опубликовано в разделе:
Элементы интегральной электроники
-
Библиографическая ссылка:
Вигдорович Е.Н. Квантовый выход гетероструктур на основе нитрида галлия с квантовыми ямами GaInN // Изв. вузов. Электроника. - 2017. - Т. 22. - № 6. - С. 559-568. DOI: 10.214151/1561-5405-2017-22-6-559-568
1. Юнович А.Э. Светодиоды на основе гетероструктур из нитрида галлия и его твер-дых растворов // Светотехника. – 1996. – Вып. 5, 6. – С. 28–33.
2. Шуберт Ф.Е. Светодиоды. – М.: ФизМатЛит, 2008. – 496 с.
3. Куэй Р. Электроника на основе нитрида галлия: пер. с англ. под ред. А.Г.Васильева. – М.: Техносфера, 2011. – 578 с.
4. Данилин В.Н., Докучаев Ю.П., Жукова Т.А., Комаров М.А. Мощные высокотемпе-ратурные и радиационно-стойкие СВЧ-приборы нового поколения на широкозонных ге-теропереходных структурах AlGaN/GaN // Обзоры по электронной технике. Сер.1. СВЧ техника. – 2001. – Вып.1. – 18 с.
5. Васильев А.Г., Данилин В.Н., Жукова Т.А. Новое поколение полупроводниковых материалов и приборов. Через GaN к алмазу // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Биз-нес. – 2007. – №4. – С. 68–76.
6. Вигдорович Е.Н. Механизм формирования квантово-размерных слоев гетерострук-тур AlGaN/GaN/InGaN/GaN // Изв. вузов. Электроника. – 2017. – Т.22. – №4. – С. 322–330.
7. Крапухин Д.В., Мальцев П.П. Монолитная интегральная схема малошумящего уси-лителя на нитриде галлия для диапазона 57–64 ГГц // Российский технологический жур-нал. – 2016. – Т. 4. – № 4 (13). – С. 42–53.
8. Вигдорович Е.Н., Свешников Ю.Н. Критическая толщина псевдоморфных слоев // Сб.докладов 3-й Всероссийской конференции «Нитриды галлия, индия и алюминия-структуры и приборы. – СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. – С. 36–37.
9. Ландау Л.Д., Лифщиц Е.М. Теория упругости. – М.: Наука, 1987. – 248 с.
10. Mattews J.W. Defects associated with the accommodation of misfit between crystals // J.Vac. Sci. and Technol. – 1975. – Vol. 12. – No. 1. – P. 123–126.
11. Вигдорович Е.Н. Технологическая инфраструктура производства и средства кон-троля свойств наногетероструктур на основе нитрида галлия // Приборы+автоматизация. – 2012. – №12 (150). – С. 20–26.