СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЕТОДИОДОВ СРЕДНЕГО ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА НА ОСНОВЕ InAs(Sb,P)

Предмет исследования. Рассмотрены спектральные характеристики светодиодов среднего инфракрасного диапазона с гетероструктурами на основе твердых растворов InAs(Sb,P), излучающих при температуре T=300 К в диапазоне длин волн 3,4–4,1 мкм. Целью исследования был поиск путей увеличения эффективности светодиодов. Методы. Выращивание гетероструктур выполнено методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений. Спектры записывались на автоматизированной установке на основе монохроматора МДР-23 при импульсном возбуждении. Регистрация сигнала осуществлялась синхронным детектором с помощью охлаждаемого фотодиода на основе InSb.Сравнительное исследование спектров электролюминесценции светодиодов выполнено при температурах 300 К и 77 К. Проведено сопоставление полученных данных с результатами расчета зонных диаграмм гетероструктур. Основные результаты. По итогам сравнительного исследования спектров электролюминесценции светодиодов при температурах 300 К и 77 К установлено, что повышению их эффективности препятствует значительное влияние оже-рекомбинации. В светодиодных гетероструктурах InAs/InAsSb/InAsSbP при 77 К впервые наблюдался эффект возникновения стимулированного излучения из активной области InAsSb. Для гетероструктур с квантовыми ямами InAs/(InAs/InAsSb)/InAsSbP обнаружено, что при 77 К рекомбинация происходит вне материала ям, что указывает на недостаточную локализацию носителей в активной области структур. Таким образом, показано, что основными путями повышения эффективности исследованных светодиодов являются подавление оже-рекомбинации и улучшение пространственной локализации носителей в активной области.Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при разработке гетероструктур для светодиодов среднего инфракрасного диапазона.

1. Стоянов Н.Д., Журтанов Б.Е., Астахова А.П., Именков А.Н., Яковлев Ю.П. Высокоэффективные светодиоды спектрального диапазона 1.6–2.4 мкм для медицинской диагностики и экологического мониторинга // Физика и техника полупроводников. 2003. Т. 37. № 8. С. 996–1009.
2. Mid-infrared Semiconductor Optoelectronics / Ed. A. Krier. Berlin: Springer, 2006. 379 p.
3. Allerman A.A., Kutrz S.R., Biefield R.M., Baucom K.C., Burkhart J.H. Development of InAsSb–based light emitting diodes for chemical sensing systems // Proceedings of SPIE. 1998. V. 3279. P. 126–133. doi: 10.1117/12.304418
4. Баженов Н.Л., Журтанов Б.Е., Мынбаев К.Д., Астахова А.П., Именков А.Н., Михайлова М.П., Смирнов В.А., Стоянов Н.Д., Яковлев Ю.П. Электролюминесценция в изотипных гетероструктурах n–GaSb/n–AlGaAsSb/n–GaInAsSb, обусловленная ударной ионизацией // Письма в журнал технической физики. 2007. Т. 33. № 23. С. 1–6.
5. Петухов А.А., Кижаев С.С., Молчанов С.С., Стоянов Н.Д., Яковлев Ю.П. Электрические и электролюминесцентные свойства светодиодов λ=3.85–3.95 µm на основе InAsSb в интервале температур 20–200°C // Журнал технической физики. 2012. Т. 82. № 1. С. 73–76.
6. Stoyanov N.D., Salikhov Kh.M., Kalinina K.V., Kizhaev S.S., Chernyaev A.V. Super low power consumption middle infrared LED–PD optopairs for chemical sensing // Proceedings of SPIE. 2014. V. 8982. Art. 89821A. doi: 10.1117/12.2036277
7. Krier A., Yin M., Smirnov V., Batty P., Carrington P.J., Solovev V., Sherstnev V. The development of room temperature LEDs and lasers for the mid–infrared spectral range // Physica Status Solidi (A) Applications and Materials Science. 2008. V. 205. N 1. P. 129–143. doi: 10.1002/pssa.200776833
8. Зотова Н.В., Ильинская Н.Д., Карандашев С.А., Матвеев Б.А., Ременный М.А., Стусь Н.М. Источники спонтанного излучения на основе арсенида индия. Обзор // Физика и техника полупроводников. 2008. Т. 42. № 6. С. 641–657.
9. Петухов А.А., Ильинская Н.Д., Кижаев С.С., Стоянов Н.Д., Яковлев Ю.П. Влияние температуры на электролюминесцентные свойства flip–chip светодиодов среднего ИК–диапазона (λmax~3.4 мкм) на основе гетероструктуры InAs/InAsSbP // Физика и техника полупроводников. 2011. Т. 45. № 11. С. 1560–1563.
10. Милнс А., Фойхт Д. Гетеропереходы и переходы металл-полупроводник. М.: Мир, 1975. 432 с.
11. Adachi S. Band gaps and refractive indices of AlGaAsSb, GaInAsSb and InPAsSb: key properties for a variety of the 2-4 μm optoelectronic device applications // Journal of Applied Physics. 1987. V. 61. N 10. P. 4869–4876. doi: 10.1063/1.338352
12. Vurgaftman I., Meyer J.R., Ram-Mohan L.R. Band parameters for III–V compound semiconductors and their alloys // Journal of Applied Physics. 2001. V. 89. N 11. P. 5815–5875. doi: 10.1063/1.1368156
13. Флюгге З. Задачи по квантовой механике. M.: Мир, 1974. Т. 1. 341 с.
14. Matveev B., Zotova N., Il'inskaya N., Karandashev S., Remennyi M., Stus N. Spontaneous and stimulated emission in InAs LEDs with cavity formed by gold anode and semiconductor/air interface // Physica Status Solidi C: Conferences. 2005. V. 2. N 2. P. 927–930. doi: 10.1002/pssc.200460343
15. Шерстнев В.В., Монахов А.М., Астахова А.П., Кислякова А.Ю., Яковлев Ю.П., Аверкиев Н.С., Krier A., Hill G. Полупроводниковые WGM-лазеры среднего инфракрасного диапазона // Физика и техника полупроводников. 2005. Т. 39. № 9. С. 1122–1128.
16. Monakhov A.M., Krier A., Sherstnev V.V. The effect of current crowding on the electroluminescence of InAs mid-infrared light emitting diodes // Semiconductor Science and Technology. 2004. V. 19. N 3. P. 480–484. doi: 10.1088/0268-1242/19/3/034
17. Koerperick E.J., Olesberg J.T., Hicks J.L., Prineas J.P., Boggess T.F., Jr. High-power MWIR cascaded InAs–GaSb superlattice LEDs // IEEE Journal of Quantum Electronics. 2009. V. 45. N 7. P. 849–853. doi: 10.1109/JQE.2009.2013176
18. Sanjeev, Chakrabarti P. Generic model of an InAsSb/InAsSbP DH-LED for midinfrared (2-5 µm) applica-tions // Optoelectronics and Advanced Materials, Rapid Communications. 2009. V. 3. N 6. P. 515–524.
19. Абакумов В.Н., Перель В.И., Яссиевич И.Н. Безызлучательная рекомбинация в полупроводниках. СПб.: ПИЯФ РАН, 1997. 376 с.
 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License