Інжекційна люмінісценція зелених світлодіодів GaP

 

Є.В. Малий, О.В. Конорева, П.Г. Литовченко, І.В. Петренко, М.Б. Пінковська, В.П. Тартачник

 

Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ

 

Світлодіоди GaP, завдяки своїй простоті та дешевизні, широко використовуються в промисловості та побуті. Розробка випромінювачів на основі твердих розчинів і гетеропереходів (GaAs-GaP, GaAlAs) дала можливість розширити спектральну область свічення і плавно зміщувати її максимум у потрібний бік. Випромінювання p-n структур, легованих азотом, співпадає з  областю найвищої чутливості людського ока. Це дозволяє широко використовувати їх для конструювання світлових екранів, цифрових покажчиків, індикаторів та ін. Головна перевага ізоелектронної домішки N – можливість її введення у кристал в кількості до 10²⁰см^-3 без помітного збільшення концентрації вільних носіїв заряду, що підвищує ймовірність безвипромінювальної Оже-рекомбінації. Випромінювальний перехід через такий центр супроводжується передачею кванту всієї енергії рекомбінації.

Світлодіоди GaP(N) також є зручним і простим засобом перевірки фундаментального принципу невизначеності Гейзінберга  [1].

 Оскільки хвильові функції електронів на ізоелектронних домішках локалізовані у просторі (невизначеність координати ∆x – мала, невизначеність квазіімпульса ∆Р – велика)  – невизначеність положення енергетичних рівнів стає значною, в результаті чого зростає ймовірність випромінювальних переходів.

Вимірювання спектрів електролюмінісценції проводилося за допомогою портативного спектрометра StellarNet Inc. BLK-C F1000-VISNIR-1 для діапазону 190-850нм при різних інтенсивностях збудження – від 1.5 до 20мА для інтервалу температур 70 – 300 К. У спектрі випромінювання зелених світлодіодів GaP, легованих N, виявлено тонку структуру і з’ясовано природу та походження спектральних ліній.

Встановлено, що основна смуга свічення зумовлена рекомбінацією екситона, зв’язаного на домішкових атомах азоту, які займають сусідні місця в підґратці фосфора (лінія NN₁). Лінія меншої інтенсивності в білякрайовій області спектра виникає в результаті анігіляції екситона, локалізованого на ізольованому атомі азоту; присутні також фононні повторення обох ліній. Перерозподіл інтенсивностей екситонного випромінювання при зростанні струму через p-n-перехід виникає завдяки зміні перерізу захоплення неосновних носіїв заряду на кожний із центрів при зростанні рівня інжекції.  Показано, що експериментальна ширина лінії випромінювання зелених світлодіодів зумовлена природним розширенням енергетичних рівнів, між якими відбуваються переходи.

 

1. А. Берг, П. Дин. Светодиоды, Москва, Мир (1979).