Матереиалы для изготовления светодиодов

Первые образцы светодиодов создавались на основе n-GaAs, р-область в котором образовалась диффузией цинка Zn.Большое число дефектов в такой структуре возникало с одной стороны, вследствие сильного легирования n- области (n+-p-переход) для достижения достаточной концентрации электронов в зоне проводимости полупроводника n-типа, и с другой –сильного легирования р-области (так как скорость излучательной рекомбинации пропорциональна концентрации основных носителей в р-области). Поэтому внешняя квантовая эффективность таких переходов не превышала 1…2%.

Значительно большей внешней квантовой эффективностью (до 20-28%) обладают наиболее распространенные в настоящее время светодиоды, создаваемые эпитаксиальным наращиванием арсенида галлия (GaAs), легированного кремнием р-типа (Si) на n-тип GaAs. Это обусловлено тем, что в области, сильно легированной кремнием, переходы происходят с участием применённых уровней, находящихся в запрещённой зоне. При этом излучаются кванты света с энергией 1,31 … 1,34 эВ, меньшей ширины запрещённой зоны Еg=1.43 эВ нелегированного арсенида галлия, что уменьшает самопоглощение при выводе излучения через n-область.

В ещё лучшей степени указанные проблемы решаются применением гетеропереходов (p-n-переход, образованный из различных полупроводниковых материалов, например GaAs-Ga1-xAIxAs, которые характеризуются различной шириной запрещённой зоны з- и n-областей-Egp и Egn). Значение nвнеш, близкое к 1, достигается без необходимости сильного легирования использованием в качестве области излучательной рекомбинации полупроводника (GaAs) c Egp меньшей, чем Egn окружающей его инжектирующей области (Ga1-xAlxAs). Соотношение Egp<Egn обеспечивает и полное отсутствие самопоглощения в n-области при выводе излучения через неё. Образование p-n-перехода и изменение Eg производится изменением состава (величины х в химической формуле).

Длина волны, излучаемая светодиодом, зависит от ширины запрещенной зоны, и соответственно от применяемых материалов. В таблице 1 приведены значения ширины запрещённой зоны и излучаемой длины волны для некоторых материалов.

Таблица 1

Материал	Формула	Ширина запрещенной зоны	Длина волны
Фосфид галия	GaP	2.24эВ	550 нм
Арсенид алюминия	AlAs	2.09эВ	590 нм
Арсенид галлия	GaAs	1.42	870 нм
Фосфид индия	InP	1.33эВ	930 нм
Арсенид алюминия-галия	AlGaAs	1.42-1.61 эВ	770-870 нм
Арсенид-фосфид индия-галлия	InGaAsP	0.74-1.13 эВ	1100-1670 нм

Диапазон излучаемых волн для некоторых неорганических материалов:

· Арсенид алюминия-галлия (AlGaAs) – красные и инфракрасные;

· Арсенид/фосфид-галлия(GaAsP) – красные, оранжевые и желтые;

· Нитрид галлия (GaN) – зелёные;

· Фосфид галлия (GaP) – зелёные;

· Селенид цинка (ZnSe) – синие;

· Нитрид индия-галлия(InGaN) – синие;

· Карбид кремний(SiC) – синие;

· Алмаз(С) – ультрафиолетовые;

Кремний(Si) – находится в стадии разработки./